Schielen auf Saturn durch Technologie des 17. Jahrhunderts

(ISNS)--hat eine Mannschaft der französischen Forscher werfen Licht auf einem wichtigen Moment der astronomischen Geschichte durch Tests die alten Objektive von Astronomen Jean-Dominique Cassini verwendet, als er bemerkte, eine winzige Lücke zwischen zwei Saturns Ringe im Jahre 1675. Fragen haben blieb über es möglich sei, diese Lücke zu sehen, die später die "Cassini-Teilung" benannt wurde, mit der Optik hatte er zu seiner Verfügung.

"Ich glaube nicht, dass ich schon einmal in der Lage, die Cassini Teilung klar mit meinem eigenen Hinterhof-Teleskop zu sehen", sagte enge Laird, Astronom an der University of Arizona Steward Observatory. Die 3000-Meilen Breite Lücke ist"keine triviale Sache zu sehen."

An seiner engsten ist Saturn fast 750 Millionen Meilen von der Erde. Auf diese Entfernung hat die Cassini Teilung einer Winkelgröße von 0,65 Sekunden des Bogens, oder etwa 3.000 Mal kleiner als der Mond, der etwa ein halbes Grad der Gesichtswinkel erstreckt.

Als Galileo 1610 erstmals die Ringe des Saturn beobachtet, beschrieb er sie als "Ohren", weil sein Fernrohr die Ringe getrennt vom Planeten auflösen konnte. War nur 65 Jahre später, wie Cassini in der Lage, nicht nur die Ringe, sondern auch das Band zwischen den beiden prominentesten Ringen zu sehen? Es stellt sich heraus, dass eine zufällige Reihe von Umständen – Timing, atmosphärischen Bedingungen und qualitativ hochwertige Objektive – der erfolgreiche Beobachtung beigetragen.

In einem Brief an die Royal Society im Jahre 1676 beschrieben Cassini Saturns Ring als "durch eine dunkle Linie geteilt wird."

Die Ringe des Saturns verändern ständig ihre Winkel oder die Neigung, in Bezug auf die Erde, und Galileo war ratlos, als im Jahre 1612, sie wurde orientierte Kante auf und "verschwunden".

Allerdings, sagte der neue Studie Erstautor Julien Lozi Cassini hatte einen Vorteil.

"Die Bedingungen waren fast optimal – die Ringe waren fast bei einer maximalen Neigung und die Division hatte eine maximale Größe", sagte Lozi, eine optische Wissenschaftler an der University of Arizona und NASA Ames Research Center in Kalifornien.

Die Höhe und die Atmosphäre von Paris, wo Cassini machte seine Beobachtungen und seine Objektive sind noch gehalten, waren nicht ideal, aber auf der positiven Seite, gab es keine behindernden Straßenbeleuchtung. Lozi sagte Cassini Zeichnungen aus der Zeit nicht zeigen eine ganz klare Grenze, sondern ein Farbunterschied zwischen den beiden wichtigsten Ringen, und etwas getrennt.

Neben der glücklichen planetarische Neigung sagte gut getimten atmosphärischen Schwankungen – Grund Planeten schimmern und Funkeln der Sterne – haben dazu beigetragen, die Division in den Ringen herauskitzeln schließen.

Aber Cassini nicht auf Glück allein verlassen. Die Qualität von seinem Teleskop Linsen, hergestellt von Optiker Giuseppe Campani in Rom, war "beeindruckend", nach Lozi.

Das größte Problem zur Zeit war Gestaltung und Polieren des Glases, so es einen einheitliche Brechungsindex erreichen würde – ein Maß dafür wie stark einfallenden Lichts gebogen ist, um einen Fokus zu erreichen. Zwar gab es Seifenblasen und Kratzer auf den Linsen, Campani offenbar war eines der besten Lensmakers der Zeit und bewacht seine Techniken sorgfältig, mit nur seine Tochter zu teilen. Nach Lozi dauerte"es eine lange Zeit zu verstehen, wie er so gute Objektive produzieren konnte. "Es dauerte 100 Jahre nur um seine Instrumente zu finden."

Das zentrale Problem mit den Linsen war allerdings ihre Farbigkeit oder die Möglichkeit, die verschiedene Wellenlängen des Lichts ungleich biegen Sie beim Durchgang durch eine Linse. Der Blick durch das Okular schließen, gesagt hätte "ein Regenbogen Lichtkranz um ihn herum, weil Wellenlängen sich an verschiedenen Punkten kommen, aber Ihr Augapfel kann nur an einem Ort gleichzeitig sein."

Moderne Teleskope und Ferngläser haben optische Mechanismen, um diese Aberrationen – zu korrigieren, die natürlich immer dann auftauchen, Licht ist gebogen – aber im 17. Jahrhundert waren diese nicht zur Verfügung. Der einzige Weg zum Ausgleich von Farbigkeit war mit Objektiven mit langen Brennweiten, was bedeutet, dass die scharfen Bild irgendwo zwischen sieben und 50 Meter von der Linse entfernt erscheinen würde. Dies bedeutete, dass die Teleskope der Zeit unhandlich werden könnte. Das Okular betrachten könnte auf der Straße, aber das Objektiv beurteilen kann, oben auf einem Gebäude oder Turm.

"Diese Teleskope waren lächerlich, extrem lang," sagte schließen. "sie waren so lang wie Telefonmasten aber so breit wie eine Kaffeetasse." Und das Teleskop bei Saturn zeigt, wie es am Himmel bewegt hätte eine mühsame Arbeit, durchgeführt von einem Team von Assistenten. Die Teleskope Cassini verwendet gehörte 11 m (36 ft) lang mit einem 34-Fuß Brennweite Objektiv, während andere Objektive im Arsenal Brennweiten hatte bis 155 Fuß. Die Durchmesser der Linsen übertroffen 13,5 Zentimetern (etwa 5,3 Zoll).

Auf Geheiß des Paris Observatory Lozi Kollegen geprüfte Qualität der Linsen und simuliert, wie die Planeten zu Cassini ausgesehen haben würde, wenn er sie in seinem Sternenhimmel benutzt. Ihre Ergebnisse wurden auf der SPIE Optics + Photonics-Konferenz im August vorgestellt und in einem Repository um vorläufige wissenschaftliche Papiere namens ArXiv online erscheinen. Die langen Brennweiten nicht nur verringern die Farbwirkungen, sondern vermindern auch die Auswirkungen der manchmal fehlerhaft Polieren.

Schließen, der nicht Teil der Studie war, zeigte sich ebenfalls beeindruckt. "Die Qualität der Objektive war so gut, wie es sein könnte." In eine Linse war die Strehl-Verhältnis, ein Maß für optische Qualität 0,94, wo 1 perfekt. Auch für moderne Optik ist dies ein außerordentlich gutes Objektiv, Nähe sagte. "Mit Ausnahme der Farbigkeit sind das fast perfekte Linsen."

Mit Informationen über die Fokussierung Fähigkeiten der fünf getesteten Objektive, produziert die Forscher Bilder von Planeten, die ungefähre was Cassini gesehen haben mehr als 300 Jahren konnte. Die Lücke in die Ringe des Saturn ist deutlich erkennbar. "Für die Anzeige von sehr heller Sachen wie Planeten, zu der Zeit war es die perfekte Technik," sagte schließen. "Aber es noch nicht gewesen wäre eine einfache Beobachtung." Und vielleicht deshalb gab es keine Zweifel: sah die Lücke in den Ringen direkt an der Rand dessen, was damals möglich.

Für Lozi hält dieses Nebenprojekt Relevanz für die moderne Suche nach Exoplaneten, die seine primäre Forschungsgebiet ist. Die Cassini-Teilung war das erste Beispiel von Lücken in der planetarischen Ringe, und Astronomen haben ähnliche Festplatten Stäube um Stars wie TW Hydrae, die etwa 176 Lichtjahre von der Erde ist inzwischen gefunden.

Suche nach Lücken in den Scheiben um Sterne, Astronomen, besonders spannend ist, weil sie die Präsenz von Exoplaneten signalisieren könnte. Cassini Beobachtung der Division in die Ringe des Saturn und seine Verwandten Theorie über den Staub rund um laufenden Planeten--das sogenannte Zodiakallicht--also weiterhin moderne Astronomie zu beeinflussen.

Eines der Studie simulierten Ansichten des Saturn durch Cassini Linsen. Das Bild erscheint abwechselnd verschwommen und klar wegen atmosphärischen Turbulenzen Effekte.

In Science News Service wird unterstützt durch das American Institute of Physics. Amanda Alvarez hat für die Milwaukee Journal-Hinweissymbol, Yale Medizin und GigaOM über Wissenschaft geschrieben. Sie promovierte in Vision Science an der University of California, Berkeley und Tweets bei @sci3a.