Amatőr csillagász a Holdon

Közösségi oldalon jöttek velem szembe az alábbi kérdések, és a vízre bocsátott Szaturnuszhoz hasonlóan jó agytorna volt ezekre gondolatkísérletképp válaszolni.

Tehát képzeljük el, hogy amatőr csillagászként nem a kertbe, mégcsak nem is a város szélére, esetleg egy közelebbi hegy tetejére települünk ki, hanem a Holdra. Ott nem gond az időjárás, nincs fényszennyezés, tiszta a horizont és úgy általában nem nagyon zavarják az embert.

1) A Holdnak melyik tájékán volna jó észlelni. Egy hegytetőn vagy egy kráter mélyén, az egyenlítőn vagy a pólusnál? A Föld felőli vagy a túlsó oldala jobb-e?

Nos, az amatőr eszközöket földi viszonyokhoz építették, amiből most a legfontosabb a hőmérséklet. -150 és +130 fok között kellene teljesítenie az egyszeri dobsonnak, amit nem néznék végig, sajnálnám a csövet.

Talán lehetne olyan sarkvidéki krátert találni, amelynek a belsejébe nem, de a falaira épp úgy süt a nap, hogy a belsejében szóródó fény és hő 25 fokos hőmérsékletet adjon. De ennek kicsi az esélye. Hűteni nehéz volna, de sok-sok ellenállással megpakolni talán nem volna nehéz a csövet, mechanikát (bár az akkumulátornak önmagát is fűtenie kellene egy kicsit). A hő alapvetően ott maradna, mivel légkör hiányában csak sugározni tud, hővezetést adó közeg nincs.

Libráció 2014 márciusában. Ilyenkor a Föld is mozog a Hold egén

A Föld felőli oldal szépsége, hogy lehetne a Földet is észlelni, szép time-lapse-et készíteni a Föld tengelyforgásáról, fázisairól, a libráció miatt imbolygó Föld helyét fotózni. Nem is beszélve a fogyatkozásokról. A Hold túloldalán erre nem volna lehetőség, illetve onnan nehezen lehetne facebook-ra feltölteni a fotókat (avagy van különbejáratú internetes műhold-hálózatunk a Hold körül?). A sarkvidéken lemaradnánk az égbolt nagy részéről, úgyhogy:

Föld felőli, éjszakai oldal, egyenlítői vidék.

Amatőrök állítják fel műszereiket a Holdon. Romániai útviszonyoknak megfelelően kb. fél évig autóztak a városból az észlelőhelyig.

2) Milyen eszközzel fényképeznéd a környező tájat?

A Hold a ráeső fény kb. egytizedét veri vissza, vagyis olyasmi színű, mint az aszfalt. Az aszfaltot pedig mindannyian tudjuk, mennyire egyszerű lefényképezni.

A kőzetek színárnyalatainak kiemeléséhez raw-ban kellene fotózni, ennyi. A JPG 8 bites, vagyis 256x256x256 szín a maximum, amit tárolni képes. Ezzel szemben a 12, 14 vagy 16 bites kamerák sem ritkák, amik ennek megfelelően akár 65536x65536x65536 különböző szín rögzítésére is képesek.

Nem is szürke a Hold

3) Lehetne-e asztrofotózni, mélyegezni úgy, hogy a Nap az égen van?

Tulajdonképpen csak asztrofotózni lehetne a Holdon. Az amatőr távcső okulárján nagyot koppanna a szkafanderünk sisakja, és esélyt sem látok arra, hogy a sisak üvegéhez nyomjuk a szemünk úgy, hogy az 1-2 centiről nézendő okulárban tiszta képet lássunk. Még ha le is hajtjuk a gumikarimát.

Kopp…

Mélyegezni viszont lehetne, hiszen nincs légkör, így a fény nem szóródik: az égbolt fekete. Főleg a Nap, de némileg a teleföld közvetlen fényétől is és a lencse-csillanásoktól kellene óvakodni. Ezt leszámítva a távcső mérete és nagyítása szempontjából a határ a csillagos ég, illetve hát az optikai elemek anyaga, tulajdonságai. A Földön ugyanis a légkör az egyik fő korlátozó tényező, és a légkör miatt van szükség a legnagyobb távcsövekben adaptív optikára. A Holdon nincs sem fényszennyezés, sem turbulencia, sem légkörfény, sem sarki fény. Semmi ilyesmi.

Galaxispár: az M81 és az M82-es jelű ködök kolozsvári, kb. 7-es égen. Balra: 1 percnyi nyers megvilágítás. Jobbra: 37 percnyi nyersanyag több órán át tartó feldolgozásának eredménye. A fényszennyezés eltávolítása különálló, időigényes lépése a feldolgozásnak.

Külön érdekesség, hogy a Hold tengelyforgása nagyon lassú, nem mint a 10 óra alatt pörgő Ceresé. Így az ekvatoriális állványzatnak jóval lassabban kellene ketyegnie (kb. 1/27-ed sebességgel), és az autoguider otthonfelejtése sem akkora probléma még igen hosszú fókusznál sem. Itthon egy percig pontszerűek maradnak a csillagaim a vezetés nélküli EQ3-as állvánnyal, 750 mm-es fókuszon – ott ez az idő kb. 27 perc volna… Viszont a csíkhúzós felvételekhez… hát szóval… nagy akkumulátor kell.

A Holdon ez a kép nem bő másfél órán át készült volna, hanem szűk két nap alatt. Persze felhő nélkül

A pólusra állás is érdekes volna: a holdi északi pólus nagyon durván számolva valahol félúton van a Sarkcsillag és a Vega között, térkép kellene hozzá.

4) Milyen felszerelést vinnél magaddal, tekintve a kisebb gravitációt, a terepviszonyokat, a poros talajt és a légkör nélküli eget? Mennyivel volna jobb a látvány, mint a Földről?

A Holdon egyhatod akkora gravitációval kellene megküzdenem, mint a Földön. Vagyis 180 kilónyi felszereléssel a hátamon még meg tudnék mászni egy szelidebb lejtőt. A Holdon finom por van, több kilométer mélységig, ám ez a por nagyon kompakt. Az űrhajósok lábnyoma nem túl mély. Tehát egy-egy méretesebb téglát letéve biztosan nem süppedne meg az állvány lába. A kisebb gravitáció azt is jelenti, hogy nehezebb csöveket bírnak meg az állványok – feltéve, hogy nem akarjuk alulméretezett mechanikával goto üzemmódban rángatni a kémény méretű csövet, mert a súllyal szemben a tehetetlenség (azaz a tömeg) ott is ugyanakkora, mint a Földön.

„Amatőr csillagász lábnyoma az EQ3 állvány mellett” (Természetesen az Apollo 11 küldetés felvétele)

Igaz, ezek nagyon drága téglák volnának. A kb. egy kilós kockaműhold (cubesat) költségei 100 ezer dollárosak, és bár tégláról van szó, messzebb utaznának. Ezek a téglák a Holdon könnyen lehet, drágábbak volnának, mint nálunk az aranyrudak (kb. 400 ezer dollár).

Seeing – a sodródás oka, hogy 2 perces videóból vannak a képkockák, de a hullámzás a légkör számlájára írandó

A látvány sokkal jobb volna. Kolozsvárról ritkán lehet 250-szeres nagyításig, esetleg fölé menni. Teljesen nyugodt, kontrasztos, Hubble minőségű a holdi égbolt. Hubble – annak jó és rossz oldalaival. Nem lévén légkör, számolni kell ugyanis a kozmikus sugárzással. A Hubble nyers felvételei tele vannak a részecskék hagyta pacákkal, amiket átlagolással lehet eltávolítani. De a Csernobilban, a reaktorban készült felvételeken is látszik, mekkora galiba a sugárzás.

5) Mit lehetne látni a Földön?

Ez attól függ. Alapvetően az eszközünk felbontóképessége és a Föld légköre a korlátozó tényező. Az emberi szem felbontó képessége valahol 1 ívperc körüli – ha két fényforrás ekkora távolságra van egymástól, akkor az már az egészséges emberi szem számára nem olvad egybe. Ha a Föld távolságát 384 ezer kilométernek vesszük, akkor ez valahol 100 kilométernek felel meg. sin(1 ívperc) = x km / 384000 km. Tiszta éjszakákon a városok különálló fényforrásként jelennének meg a szabad szemes észlelő számára. És Észak-Korea kb. hiányozna a térképről.

A Koreák éjszakai világítása. Északon a fényszennyezés nem probléma…

A 150/750-es newton távcsövem elvi felbontóképessége 1 ívmásodperc. Ezt lefordítva távolságra nagyjából 2 kilométert kapunk, bár ez függ ugye a légkörtől és némiképp a Föld görbületétől is. Kolozsvárnak látható volna az alakja, a viharfelhőket pedig élmény volna nézni. Pontosan látszódna, hol van épp napfogyatkozás. Újföldkör, illetve holdfogyatkozáskor pedig vörösesen derengene a Föld légköre.

A 2015 márciusi napfogyatkozás műholdról

7) Milyen védelemre volna szükség? Egy kupola megvéd?

A kolozsvári csillagvizsgáló kupolái

Az nyilvánvaló, hogy mi, holdbéli amatőrcsillagászok minimum szkafanderben volnánk a műszer felállításakor. Egyébként egy otthonos holdbázis kínálkozik lakóövezetnek. De tegyük fel, hogy mi rendben vagyunk, levegő, sugárzás, kaja-pia, csak a távcsövet kellene védeni.

Időjárás, illetve falu széli csirkefogó nem gond, nincs a földi logikába férő izé, ami kárt tegyen a csőben, ha a napfénytől védve van. A sugárzásról már volt szó fennebb.

Holdrengések. Ezek okozhatnak némi galibát, évente 6 rengésre illik számítani, legalábbis 1972 és 1976 között ennyit mértek.

És jól sejti az olvasó: meteorok. A viharfelhő-bogarászás után itt már tényleg kell egy kis matek, vegyünk elő hát egy üresebb újságlapot, ceruzát, számológépet. Helyzeti energia, mozgási energia, ezek hővé alakulása, lássuk.

Potty

Ejstünk le egy homokszemet mondjuk 100 kilométer magasról. A Földön ez a Kármán-vonal, kb. ettől a magasságtól számoljuk a világűrt. Legyen a homokszemnek a tömege 23 milligramm.

A szabadesés képletéből (100,000 m = t^2 * 1.6 m*s^-2 / 2 ) tudjuk, hogy kb. 6 percig esne és 565 m/s sebességgel csapódna be. Ez kb. egy puskagolyó sebessége.  Viszont ez egy homokszemcse, sokkal könnyebb, tehát kevesebb energiával érkezik meg: kb. annyival, amennyivel a Földön egy alma puffan az asztalról a padlón. Még ha ez nem is túl rémisztő, mert Newtonnak magasabbról eshetett az almája, nem szeretnék almákat potyogtatni a főtükrömre. Úgyhogy kupola. És bár fennebb láttuk, drága a tégla, ne sajnáljuk ki ebből a kupolából az anyagot.

Alma… De mi van az igazi meteorokkal? 20 km/s gyakori, de 70 km/s sebességet is figyeltek már meg. Vegyük a 70-es számot. Huszonhárom milligrammos homokszemünk becsapódása ebben az esetben (E = 0.5 * m * v^2) kb. 100 kJ energiát jelent. Ez a 100 kJ, mint azt ez a kedves kis lista is mutatja, nagyjából annyi, mint 100 darab ceruzaelemé – nem bírtam kihagyni :D -, egy autópályáról a falba csapódó autóé, vagy hát – nem meglepő – egy meteoré (bár ők kisebb sebességgel, de nagyobb meteorral számoltak). Vasbeton falak ki szoktak bírni beléjük csapódó autókat, tehát egy megfelelő kupola egészen tűrhető védelmet biztosíthatna ilyen homokszemcsék ellen. Bár ez a csillagászati kupola kezd lövészárokhoz hasonlítani.

Na jó, és egy kavics? Legyen ez a kavics 100x nehezebb. Vagyis 10^7 J energiánál tartunk. Ez megfelel az ISU-152 tank páncéltörő lövedéke által szállított energiának. Mivel a kavics kisebb, ez az energia kisebb felületen jelenik meg, amikor becsapódik.

Egy tank csak egy bikini ahhoz képest, ahogyan ez a csillagászati kupola öltöztet.

Ezer ilyen homokszem 23 gramm, ez még mindig csak egy kő, amivel a Szamoson lehetne kacsázni. Nos, ez a kő már elég az időutazáshoz: a Vissza a jövőbe DeLoreanje 88 mérföld per órás sebességgel 1.21 GW teljesítményt fejtett ki, hogy áthaladjon a síkként megjelenő szingularitáson – bármit is jelentsen ez. A mobiltelefonom 120 grammos. Ha a mobiltelefonom csapódna be meteorként, az felérne egy villámcsapás teljes energiájával. Ez most lehet, hogy nem tűnik soknak.

Vegyünk egy nem túl nagy sziklát, nagyjából egy tonnásat. Ez még sehol sincs a cseljabinszki meteorit tömegéhez képest. Ez a vaskosabb szikla is igencsak felszámolná az amatőr csillagász észlelőhelyét. Az általa szállított energia, mely jobb híján hővé alakulna, 10^13 J nagyságrendbe esik. Ami megfelel a 21 kilotonnás, Hiroshimára ledobott Little Boy atombombának.

Az amatőr csillagvizsgáló találkozása egy meteorral

Ezek a meteorok persze ritkák, de azért azt hiszem, amatőr társaimmal egyetemben mégiscsak inkább nem a Holdról, hanem a Földről fogjuk bámulni az ég csodáit.

A Hold saját fotó, a sziluettek rajz