Gözlemsel astronomi

Gözlemsel astronomi astronomi bilimlerinin, teorik astrofizikten farklı olarak veri almayla ilgilenen bir dalıdır. Ana olarak fiziksel modellerin ölçülebilir içeriklerini bulmaya dayanır. Uygulama olarak, Teleskop ve diğer astronomi araç gereçleri kullanılarak gökcisimlerinin gözlenmesidir.

Bilim olarak, evrenin büyüklüğü gibi bazı nedenlerle astronominin doğrudan deney yapma alanı engelleniyor veya mümkün olmuyor. Bununla beraber, bu sorun gök bilimciler tarafından kısmen telafi edilebilir çünkü uçsuz bucaksız uzayda çok sayıda gözlenebilir astronomik cisim incelenmek üzere bulunuyor. Gökcisimlerinin çok sayıda olması gözlem verilerinin grafiğe dökülebilmesine olanak tanıyor ve genel akım kaydediliyor. Daha fazla uzaklıktaki cisimlerin davranışlarını temsil etmesi için değişen yıldızlar gibi belirli olgular kullanılabilir. Bu mesafe ayarlamaları, galaksi gibi diğer komşu olguların ölçülmesinde kullanılabilir.

Galileo Galilei teleskobunu gökyüzüne çevirip ne gördüyse kayıt etti. O zamandan beri, gözlemsel astronomi, teleskop teknolojisindeki her bir gelişmeyle birlikte istikrarlı bir avantaj kazanmış oldu.

Gözlemsel astronomiyi, geleneksel yöntemlerle gözlenen elektromanyetik tayf bölgelerince ayırabiliriz:

Optik astronomi aynalar, lensler ve katı haldeki dedektörler gibi optik parçaların kullanıldığı astronominin bir parçasıdır. Astronominin bu kısmı kızılötesi dalgaboyundan morötesi dalgaboyuna kadar olan aralığın ortasına düşer ve ışık gözlemlenerek çalışmalar sürdürülür. Görünür-ışık astronomisi, göz ile fark edilebilen 400 – 700 nm dalgaboyu aralığında çalışır.
Kızılötesi astronomi, kızılötesi ışımanın analizi ve keşfiyle uğraşır. Katı haldeki silikon dedektörü limitinin keşfinden daha uzun olan dalga boyuna karşılık gelir. (Yaklaşık 1 μm dalgaboyu) En yaygın alet kızılötesi dalgaboyuna hassas olan dedektörlü bir aynalı teleskoptur. Uzay teleskopları, belirli dalgaboylarında, atmosferin ışığı geçirmeyen opak bölgelerinde bir başka deyişle gürültüyü(atmosferden gelen termal radyasyon) yoksayabileceğimiz bölgede kullanılır.
Radyo astronomi dekametre dalgaboyundaki radyasyonu belirler. Alıcılar radyo ve televizyon alıcılarında kullanılan aletlere benzer ancak çok daha fazla hassastır. Ayrıca bakınız: Radyo teleskopları.
Yüksek enerji astronomisi,X ışını astronomisini, gama ışını astronomisi ve en uç morötesi(UV) astronomisini içerir. Aynı zamanda nötrino ve kozmik ışınlar da çalışma alanına girer.

Optik ve radyo astronomisi yer tabanlı gözlemevleri ile çalışmalarını sürdürebilir. Çünkü çalışılan dalgaboyu aralığında atmosfer neredeyse geçişkendir. Gözlemevleri genellikle yüksek rakımlı bölgelere kurulur böylece Dünya'nın atmosferinin neden olduğu emme ve çarpıtmalar minimuma indirilmiş olur. Kızılötesi ışığın bazı dalgaboyları su buharı ile çok yüksek miktarda emilir. Birçok kızılötesi gözlemevleri yüksek rakımlı bölgelerdeki kuru yerlere inşa edilir. Veya bir uzay aracı ile yörüngeye yerleştirilebilir.

X ışını astronomisi, gama ışını astronomisi, morötesi astronomi ve bazıları dışında uzak kızılötesi astronomisi tarafından kullanılan dalga boylarında atmosfer ışığı geçirmez, opaktır. Bu yüzden gözlemler genellikle balonlarla veya uzay gözlemevleriyle atmosfer dışına taşınmak zorundadır. Kozmik ışınlar alanı astronominin hızlıca genişleyen bir çalışma alanıdır.

Gözlemsel astronomi tarihinin birçok kısmında, neredeyse bütün gözlemler optik astronomi alanında çalışılan görsel tayfda yapılmıştır. Dünya'nın atmosferi bu elektromanyetik tayfda göreceli olarak geçişken olmasına rağmen, birçok teleskop hava koşullarına ve havanın saydamlığına bağımlıdır. Çoğunlukla gece gözlemine sınırlanmış durumdadır. Koşulların gözlemlenmesi havadaki burgaca ve termal değişikliklere bağlıdır. Çoğunlukla bulutlu ve bölgenin atmosferik burgacının çok fazla olması gözlem için üretilebilecek çözümleri kısıtlıyor. Ayrıca, dolunayın gökyüzünde olması ve ışık kirliliği ile birlikte gökyüzünü aydınlatması sönük gökcisimlerinin gözlemlenmesini engeller.

Mauna Kea Gözlemevlerinden Güneş’in batışı

Gözlem amaçları için, optik teleskopların kurulabileceği en uygun yer şüphesiz uzaydır. Burada gözlemler Dünya'nın atmosferinden etkilenmeyerek yapılabilir. Bununla beraber, günümüz koşullarında teleskopları yörüngeye taşımak bir hayli pahalıdır. O yüzden bir sonraki en iyi yerler kesinlikle dağların zirveleridir. Buralaryüksek sayıda bulutsuz günlere sahiptir ve çoğunlukla güzel atmosfer koşullarını elinde tutar. Mauna Kea, Hawai ve La Palma adalarının tepeleri bu koşulları ellerinde tutuyor. Llano de Chajnantor Gözlemevi, Paranal Gözlemevi, Cerro Tololo Gözlemevi ve Şili'deki La Silla Gözlemevi gibi yüksek rakımda ancak daha düz alanda da gözlemevleri vardır. Bu gözlemevlerinin konumu, milyarlarca Amerikan doları yatırımla çok güçlü teleskopların kurulmasına imkân veriyor.

Gece gökyzünün karanlık olması optik astronomide çok önemli bir faktördür. Şehirlerin büyümesi ve insanların yoğunlaştığı alanların sürekli artmasıyla geceleri yapay ışıklandırma miktarı her geçen gün artıyor. Bu yapay ışıklar bir arka plan ışımasının yayılması üretiyor. Bu aydınlanma zayıf gökyüzü cisimlerinin özel filtreler olmadan gözlemlenmesini çok zor kılıyor. Arizona ve Birleşik Krallık gibi çok az bir bölge, ışık kirliliğinin azaltılmasına yönelik seferberlik yürütüyor. Sokak lambalarının üzerinde başlık kullanılması ışığın direkt olarak yere verilmesi için yapılan çalışmalardan biri olmakla birlikte, aynı zamanda ışığın gökyüzüne doğru verilmesini engelleyerek enerjinin boşa gitmesini önler.

Atmosfer efektleri, teleskobun kararlılığını ciddi seviyelere kadar yok edebilir. Değişen atmosferin bulanıklık efekti için düzeltme araçları olmadan, 15–20 cm açıklığından büyük teleskopların görünen dalgaboyundaki teorik değeri yakalaması mümkün değildir. Sonuç olarak, büyük teleskopların kullanılmasının ana faydası ışık toplama kapasitesinin gelişmiş olmasıdır. En sönük kadirdeki cisimlerin bile gözlemlenmesi mümkündür. Bununla birlikte, teleskobun kararlılığındaki engellerin, uyarlanabilir optikteki, noktasal fotoğraflama ve interferometrik fotoğraflamadaki gelişmelerle üstesinden gelinmeye başlanmıştır. Bu gelişmeler tıpkı uzay teleskoplarının kullanılması gibi bir etkiye sahiptir.

Astronomlar, gökyüzü ölçümlerinde kullanılabilen birçok gözlem aracına sahiptir. Güneş'e ve Dünya'ya göreceli olarak yakın olan cisimler için, neredeyse sabit duran arka plana göre, gökölçüm teknikleri kullanılarak doğrudan ve yüksek hassasiyetle konum ölçümleri yapılabilir. Doğadaki ilk gözlemler birçok gezegen için çok yüksek kesinlikte yörünge modelleri geliştirmek için kullanılıyordu. Buna bağlı olan kütleçekim karışıklıkları ve kütleleri belirlemede kullanılıyordu. Bu ölçümler Uranüs'ü, Neptün'ü ve dolaylı yoldan Plüton'u keşfetmemize izin verdi. Bu ölçümler aynı zamanda, hatalı farzetmeden kaynaklanan ve Merkür'ün yörüngesi yakınında dolanan kurgusal gezegen Vulkan ile sonuçlandı. (Merkür'ün yörüngesinin devinimiyle ilgili açıklamalar Einstein'in genel görelilik teorisinin bir zaferi olarak düşünülüyordu.)

Diğer araç gereçler

Optik tayf aralığında evrenin incelenmesine ek olarak, astronomlar artan bir hızla elektromanyetik tayfın diğer bölgelerinde de bilgi toplamaya devam ediyorlar. Optik bölgede olmayan ilk gözlemler Güneş'in termal yapısı ölçülerek yapıldı. Aletler güneş tutulması süresince Güneş'in taç küresinden gelen ışımayı ölçmek için kullanıldı.

Radyo dalgalarının keşfedilmesiyle, radyo astronomi astronominin yeni bir alanı olarak su yüzüne çıktı. Radyo dalgalarından en uzun dalgaboylu olanları çok büyük teleskop çanaklarıyla toplanıp, iyi kararlılıkta resimler oluşturulur. Daha sonraları girişimölçer teknolojisiyle çoklu çanak yöntemiyle çok yüksek kararlılıkta radyo resimleri(veya radyo haritaları) oluşturulmuştur. Mikrodalga antenlerindeki gelişmeyle birlikte büyük patlama ile bağlantılı olan kozmik mikrodalga arka plan ışımasının keşfinin önü açılmıştır.

Radyo astronomi sınırları genişletmeye devam ediyor. Girişimölçer teknolojisinin kullanıldığı radyo astronomi uyduları kullanılarak Dünya'dakine göre çok daha iyi ölçümler yapılabiliyor. Bununla birlikte, Radyo tayfında kullanılımın artması yıldızlardan gelen sönük radyo sinyallerinin zamanla bastırılmasına neden oluyor. Bu nedenden dolayı, radyo astronominin geleceği, tıpkı Ay'ın uzak noktaları gibi, koruma altındaki bölgelerin performansına kalıyor.

20. yüzyılın son parçası astronomi alet ve edevatlarında çok hızlı teknolojik değişimlere ve avantajlara şahit oldu. Optik teleskoplar sürekli büyümeye devam ediyor. Atmosferin neden olduğu bulanma ise ise sürekli yok ediliyor. Yeni teleskoplar uzaya ulaştırıldı ve elektromanyetik tayfın kızılötesi, morötesi, x ışını, gama ışını dalgaboylarında uzayı araştırmaya başladı. Aynı zamanda kozmik ışınları da araştırıyor. Girişimölçer(ing. Interferometer) radyo, kızılötesi ve görünür bölgelerde ilk son derece yüksek kararlılıkta fotoğrafların düzenlenmesini sağladı. Hubble Uzay Teleskobu gibi yörüngede dönen aletler astronomi bilgimizin hızlıca gelişmesini sağladı. Özellikle sönük cisimlerin görünür ışıktaki gözlemlerinde çok büyük faydalar sağladı. Geliştirilmeye devam edilen yeni uzay aletleri, yıldızların etrafındaki gezegenleri doğrudan gözlemleyebilmeyi umuyor. Belki de bu araştırmalar sonucunda Dünya benzeri gezegenler bulunacaktır.

Teleskoplara ek olarak, astronomlar gözlem yapmak için çeşitli aletler kullanmaya başladılar.

Nötrino astronomisi, özel gözlemevlerindeki nötrino dedektörüyle astronomi cisimlerini gözlemleyen bir astronomi dalıdır. Bu özel gözlemevleri, genellikle yer altındaki büyük tanklardır. Yıldızlardaki ve süpernova patlamalarındaki nükleer çok yüksek miktarlarda nötrino üretir. Bunların sadece çok az bir kısmı nötrino dedektörleri tarafından tespit edilebilir. Nötrino astronomisi, Güneş'in çekirdeği gibi optik teleskoplarla ulaşılamayan noktaları gözlelediği için önem verilen bir alandır.

Yerçekimi dalgası dedektörleri, nötron yıldızlarının çarpışması gibi çok büyük cisimlerin çarpışmasını yakalaması için tasarlandı. Robotik uzay araçları da Güneş Sistemi içindeki yüksek detaylı gezegen gözlemleri için kullanılmak üzere tasarlandı. Böylece gezegen bilimi jeolojı ve meteoroloji gibi disiplinleri bile geçmek üzere.

Gözlem

Astronomlar, kırmızıya kayan galaksilerin, AGNs, Büyük Patlama'dan sonra oluşan kızıllık ve birçok farklı yıldız ve ilkel yıldızların da dahil olduğu gök bilim kaynaklarını geniş çapta gözlemlerler. Her bir nesne için çeşitli veriler gözlemlenebilir. Bu nesnelerin pozisyonları küresel astronominin teknikleri kullanılarak belirlenebilir ve büyüklük Dünya'dan görünür parlaklığı ile saptanır. Spektrumun farklı bölümlerindeki parlaklığa göre sıcaklık ve nesnenin fiziği hakkında bilgi elde edilir. Spektranın fotoğrafları nesnenin kimyasını incelemeye imkân verir.

Bir yıldızın geriye karşı ıraklık açısı rotasyonu uzaklığı saptamak için kullanılabilir. (araç kararı tarafından belirlenen sınırın dışında olan uzaklığı).Yıldızın zaman geçtikçe elde ettiği pozisyonundaki değişiklikler(uygun hareket) ve açısal hızı onun güneşe göre hızını ölçebilmek için kullanılabilir. Yıldızın parlaklık durumu içindeki değişiklikleri yıldızın atmosfer içindeki dengesizliklerinin kanıtını veya saklı eş değer objelerin varlığını gösterir. İkili yıldızların yörüngeleri her eş diğer bir nesnenin kütlelerini veya sistemin kütlesini ölçmek için kullanılabilir. Spektroskopik ikilikler yıldızın tayfını veya onun yakınındaki eş değer objenin doppler rotasyonları kullanılarak gözlemlenilebilir.

Aynı zamanda ve aynı koşullar altında meydana gelerek benzer kütlelere sahip olan yıldızlar genel olarak yaklaşık aynı özelliklere sahiplerdir. Küresel kümelenen yıldızlar gibi çok yakın ilişkilenmiş yıldızların kütlesinin gözlenilmesi yıldızımsı tiplerin dağıtımının bir araya getirilmesine olanak sağlar. Daha sonra bu tablolar grubun yaşını ortaya çıkarmak için kullanılanilir.

Uzak galaksiler ve AGNs gözlemleri galaksinin özellikleri ve tam şekillerinden oluşur. Çeşitli yıldızların ve standart mum olarak adlandırılan aydınlığın süpernovası ve diğer galaksilerin net türlerinin gözlemleri ana galaksiye olan uzaklığı çıkarımına olanak sağlar. Uzayın genişlemesi bu galaksilerin spektralının uzaklığa bağlı olarak değişmesine neden olur ayrıca galaksinin açısal hızının doppler etkisi tarafından değiştirilir. Galaksinin ve onun kırmızıya kayma değişikliğindeki büyüklük galaksinin uzaklığı hakkında bilgi edinmek için kullanılabilir. Galaksilerin çok sayıdaki gözlemi kırmızıya kayma anlamını taşır ve galaksi formlarının değerlendirilmesinde model olarak kullanılır.