Obserwacje indywidualne meteorów

Wiadomo, że miło i przyjemnie jest od czasu do czasu popatrzeć na opisywane powyżej zjawiska, nic jednak z tego podziwiania, oprócz zachwytu nie wynika. Coś zacznie jednak wynikać, gdy spróbujemy wykonać prostą obserwację astronomiczną. W zasadzie jedyną rzeczą potrzebną aby się do niej zabrać jest dobra orientacja wśród gwiazdozbiorów. Proszę się jednak nie zniechęcać, jest to rzecz tak prosta, że można ją opanować przez dwie, trzy noce.

Do czego jest nam przydatna znajomość gwiazdozbiorów? Na pewno słyszeliśmy kiedyś określenia typu ``rój Perseid'', ``rój Orionid'' lub ``rój Leonid''. Kiedy będziemy już znali większość konstelacji zauważymy, że nazwy te coś nam przypominają. Znamy bowiem gwiazdozbiór Perseusza, Oriona i Lwa (łac. Leo). Jaki mają związek gwiazdozbiory z meteorami? Prawda jest taka, że cząstki pozostawione przez jedną kometę (czyli należące do jednego i tego samego roju) wpadają w ziemską atmosferę równolegle do siebie. Popatrzmy na Rysunek nr 1 i zobaczmy co będzie obserwował obserwator znajdujący się na Ziemi. Efekt rzutowania równoległych torów meteoroidów na sferę niebieską daje złudzenie, że meteory pochodzące od jednej komety (tzn. z jednego roju) zdają się wybiegać z określonego miejsca na niebie. Dla meteoroidów pozostawionych przez kometę P/Swift-Tuttle miejsce to, zwane radiantem roju, znajduje się w gwiazdozbiorze Perseusza i stąd Perseidy. Podobnie cząstki pozostawione przez kometę Halleya wpadając równolegle w naszą atmosferę zdają się wybiegać z północnej części gwiazdozbioru Oriona, stąd Orionidy. Aby ułatwić zrozumienie pojęcia radiantu można posłużyć się prostym przykładem. Stojąc na środku prostej drogi i patrząc wzdłuż niej widzimy, że na skutek perspektywy jej równoległe brzegi wydają się łączyć gdzieś na horyzoncie. Przypadek powstawania radiantu to to samo tyle, że w trzech wymiarach i na sferze niebieskiej!

Rys1: W taki sposób powstaje radiant.

Tak się składa, że liczba obserwowanych dotychczas rojów sięga kilkuset, a wszystkich gwiazdozbiorów na niebie jest tylko 88. Nic więc dziwnego, że w obrębie jednego gwiazdozbioru może znaleźć się kilka radiantów. Na przykład w konstelacji Wodnika (łac. Aquarius) mamy h-Aquarydy, t-Aquarydy, δ-Aquarydy N, d-Aquarydy S, i-Aquarydy N, i-Aquarydy S i κ-Aquarydy.

Z dużej liczby rojów i faktu, że każdy z nich ``promieniuje'' od kilku dni do nawet kilku miesięcy wynika, że w zasadzie każdej nocy jest aktywnych kilka rojów. Trudno więc znaleźć taką pogodną noc, podczas której nie uda się nam zaobserwować żadnego zjawiska. Jest natomiast kilka nocy, kiedy to w dobrych warunkach atmosferycznych możemy podziwiać kilkadziesiąt lub czasami nawet kilkaset meteorów w ciągu godziny.

Po tym teoretycznym wstępie przejdźmy do omówienia najprostszej obserwacji. Załóżmy, że jest pogodna noc 11 września. Zaglądamy do zestawienia rojów (patrz Tabela 1) i widzimy, że w tym okresie aktywne są d-Aurygidy, k-Aquarydy, Piscydy, s-Orionidy i a-Triangulidy. Odczytujemy współrzędne równikowe ich radiantów, szkicujemy je na mapie pamiętając, że mają one około 10o średnicy (dokładne wartości podane w Tabeli 1). Pisząc "szkicujemy" mam na myśli narysowanie nie punktu, który odpowiada centrum radiantu lecz wyraźnego okręgu o średnicy 10o. Pozwoli to uzmysłowić sobie jak duży jest radiant. Dziesięć stopni to w rzeczywistości nie tak mało jak na pierwszy rzut oka mogłoby się wydawać. Dla porównania, tarcza Księżyca w pełni ma średnicę 0.5o.

W Tabeli nr 1 podana jest także wartość zwana dryftem. Jest to wielkość określająca dobowy ruch radiantu w rektascencji i w deklinacji. Warto więc pamiętać, że radiant prawie każdego roju nieznacznie z czasem przemieszcza się na niebie i wartości jego współrzędnych podane w Tabeli nr 1 odnoszą się tylko do momentu maksimum. Obserwując np. 2 dni przed maksimum należy od każdej współrzędnej odjąć odpowiednio, pomnożone razy 2, wartości dryftu. Obserwując np. 5 dni po maksimum dodajemy te wartości do współrzędnych radiantu w maksimum tyle, że tym razem pomnożone przez 5. Weźmy na przykład noc z 14 na 15 grudnia, kiedy to wybraliśmy się na obserwacje Geminid i Coma Berenicyd. Współrzędne radiantu Geminid w maksimum (13/14 XII) wynoszą a=112o d=+33o, a dryft radiantu Da=+1.0o Dd=-0.1o. Tak więc w momencie naszej obserwacji radiant Geminid będzie miał współrzędne a=112o+1.0o=113o d=+33o-0.1o=32.9o (aby otrzymać rektascencję w godzinach, należy jej wartość w stopniach podzielić przez 15; a=113/15=7.533h=7h32m). Natomiast Coma Berenicydy maksimum aktywności osiągają w nocy z 19 na 20 grudnia i wtedy ich radiant ma współrzędne a=175o d=+25o. Ponieważ my obserwujemy pięć dni wcześniej, musimy od tych wartości odjąć wartości dryftu pomnożone razy pięć, tak więc: a=175o-(+0.8o·5)=171o d=+25o-(-0.3o·5)=26.5o. Po wykonaniu tych czynności zabieramy notatnik i ołówek (zamiast tego może być o wiele poręczniejszy dyktafon), zegarek, leżak lub polówkę i jeśli to konieczne latarkę (najlepiej ze słabym czerwonym światłem). Mile widzianą rzeczą byłby termos z ciepłą herbatą lub kawą. Proszę pod żadnym pozorem nie dolewać alkoholu, jego nawet mała kropla powoduje raptowny wzrost liczby obserwowanych meteorów, co bardzo odbija się na wiarygodności obserwacji! Ponadto dobrze jest też ciepło się ubrać. Z własnego doświadczenia nawet w letnie noce, polecam ciepłe kurtki, grube spodnie i skarpety, a także koc lub śpiwór. Wraz ze zmianą pory roku na chłodniejszą, nasze obserwacyjne odzienie powinno stawać się coraz grubsze i obfitsze. Tak wyekwipowani możemy zacząć obserwację. Jej pierwszym bardzo ważnym punktem jest adaptacja wzroku do ciemności, która nie powinna trwać krócej niż 15 minut. Dopiero po takim czasie możemy zacząć właściwą pracę. Przez godzinę (nie zaleca się stosowania krótszych czasów obserwacji) lub dłużej patrzymy na wybrany fragment nieba i patrolujemy go czekając na meteory. W momencie zaobserwowania takiego zjawiska sprawdzamy, czy wybiega ono z jednego z zaznaczonych na naszej mapie radiantów. Jeśli tak, to możemy podejrzewać, że jest ono meteorem należącym do roju, z którego radiantu wybiegało. Aby się co do tego upewnić musimy sprawdzić jeszcze dwie rzeczy. Pierwszą z nich jest prędkość zjawiska. Wartość tą dla każdego roju możemy znaleźć w Tabeli nr 1. Jest ona podana w kilometrach na sekundę, warto jednak powiedzieć jak te liczby przedstawiają się dla naszych subiektywnych przecież zmysłów. I tak prędkości 12--35 km/s odpowiadają meteorom bardzo wolnym i wolnym, prędkości około 40 km/s meteorom średnim, a prędkości 49--72 km/s meteorom szybkim i bardzo szybkim. Jeśli więc obserwując Perseidy zauważymy zjawisko wolne lub bardzo wolne wybiegające z ich radiantu, nie możemy zaliczyć go do Perseid, bowiem meteory z tego roju mają prędkość 59 km/s, są więc szybkie lub bardzo szybkie, w ostateczności średnie. Na odwrót, obserwując a-Capricornidy, które charakteryzują się meteorami wolnymi i bardzo wolnymi, nie będziemy do tego roju zaliczać zjawisk szybkich i bardzo szybkich nawet jeśli pasują one do ich radiantu. Gdyby jednak bardziej szczegółowo zająć się prędkościami meteorów, okaże się, że to co napisałem powyżej nie do końca jest prawdą. Na skutek rzutowania tras meteorów na sferę niebieską kątowa prędkość meteoru na niebie zależy nie tylko od prędkości wejścia w atmosferę ale także od odeległości zjawiska od radiantu i wysokości tego radiantu nad horyzontem. Szczegółowiej zajmiemy się tym w innej broszurce, dotyczącej obserwacji meteorów ze szkicowaniem.

Trzecią rzeczą, na którą zwracamy uwagę chcąc określić przynależność obserwowanego zjawiska do danego roju jest długość jego trasy. Meteory blisko radiantu roju, są bowiem krótkie, dalej od niego są dłuższe. Należy kierować się następującą zasadą: meteor zaliczamy do danego roju, jeśli odległość pomiędzy radiantem tego roju a początkiem trasy zjawiska jest conajmniej dwa razy dłuższa od samej trasy meteoru. Reguła ta nie stosuje się jednak do meteorów bardzo jasnych i bolidów. Ze względu na swoją dużą masę spalają się one dłużej i docierają do głębszych warstw atmosfery, a przez to ich trasy na niebie mogą być dłuższe. Podsumujmy więc: w momencie zaobserwowania zjawiska musimy zapamiętać jego trasę i prędkość. Jeśli przedłużymy kierunek przeciwny do kierunku lotu meteoru i natrafimy na radiant jakiegoś aktywnego w tym okresie roju, możemy podejrzewać, że jest to zjawisko należące do tego roju. Sprawdzamy dodatkowo prędkość i długość trasy i jeśli meteor spełnia wszystkie te warunki zaliczamy go do owego roju i zapisujemy to w notatkach. Jeśli choć jeden z warunków nie jest spełniony mamy do czynienia z meteorem sporadycznym. Zjawisk takich możemy w ciągu godziny zaobserwować nawet kilkanaście. Zdecydowanie najwięcej będzie ich w drugiej połowie roku nad ranem. Zapisanie liczby takich zjawisk odnotowanych podczas naszej obserwacji jest jedną z ważniejszych rzeczy jakie powinniśmy zrobić. Po godzinie mamy wykonaną najprostszą obserwację. Określiliśmy bowiem liczby godzinne rojów aktywnych tej nocy, a także liczbę zaobserwowanych meteorów sporadycznych.

Bardziej doświadczeni obserwatorzy mogą przy dość małym wysiłku spróbować zrobić coś więcej (nie znaczy to jednak, że wszyscy początkujący powinni przerwać czytanie tego poradnika w tym momencie, przeciwnie, znajdą tu oni dla siebie kilka interesujących informacji, niezbędnych do prawidłowej pracy). Zajmiemy się teraz problemem oceniania własności fizycznych obserwowanych przez nas meteorów.

W zasadzie najważniejszą chyba wartością przy obserwacji meteoru jest jego jasność. Niestety jak to bywa z rzeczami najważniejszymi, z powodu krótkotrwałości zjawiska, jest ona bardzo trudna do oceny. Przyczyną dodatkowych błędów i trudności może być też miejsce pojawienia się meteoru. Jeśli zjawisko było obserwowane w centrum pola widzenia to jego jasność możemy ocenić z dokładnością 0.4 mag., jeśli jednak widziane było na skraju obserwowanego obszaru dokładność maleje do 0.6 mag. W zasadzie więc potrzebujemy oceny jasności z dokładnością około 0.5 mag. Robimy to porównując jasność meteoru do gwiazdy o podobnej jasności i znajdującej się na podobnej wysokości nad horyzontem (jest to o tyle ważne, że nie trzeba potem brać poprawek na absorpcję atmosferyczną). Dla ułatwienia, dla początkujących obserwatorów, w Tabeli nr 5 podajemy jasności niektórych obiektów na niebie, pomocnych do wyznaczania jasności meteorów.

Kolejną ważną do określenia wartością jest wysokość meteoru nad horyzontem. Meteory to najbliższe obserwowane przez nas zjawiska astronomiczne, w związku z tym meteor widziany w zenicie znajduje się bliżej obserwatora niż meteor obserwowany nisko nad horyzontem. Żeby nie być gołosłownym posłużę się liczbami. Zjawisko obserwowane na wysokości 30o nad horyzontem znajduje się około dwa razy dalej niż taki sam meteor widziany w zenicie. Ten drugi jest więc cztery razy jaśniejszy, co daje różnicę w jasności około 1.5 mag.! Tak więc podanie samej jasności zjawiska bez określenia jego wysokości nad horyzontem zmniejsza wartość naukową naszej obserwacji. Ocenianie wysokości nie jest trudne, ponieważ wystarczy robić to z dokładnością tylko 5 - 10 stopni. Warto jednak pamiętać, że sferę niebieską wyobrażamy sobie jako ogromną, spłaszczoną miskę i w związku z tym mamy skłonności do przeceniania wysokości kątowej obiektów nad horyzontem. Pamiętajmy więc, że na przykład Gwiazda Polarna w naszych szerokościach geograficznych jest zawsze na wysokości około 52o.

Wyjaśnienia jeszcze może wymagać fakt, co zrobić z meteorem, który przebiegał sporą część nieba. Otóż w tym przypadku zanotujmy po prostu wysokość jego początku i końca.

Następną rzeczą, którą na pewno warto ocenić jest pozorna prędkość meteoru na niebie. Oceniamy ją zupełnie subiektywnie w skali od 0 do 5. Przy czym 0 odpowiada meteorowi stacjonarnemu (czyli lecącemu wprost na nas i widocznemu jako najpierw jaśniejący, a później słabnący punkt na niebie), 1 bardzo wolnemu, 2 wolnemu, 3 zjawisku o prędkości średniej, 4 meteorowi szybkiemu, a 5 bardzo szybkiemu. Jeśli chodzi o meteory stacjonarne, to często zdarza się tak, że spore problemy stwarza obserwatorom początkującym odróżnienie ich od satelitów. Część z tych sztucznych obiektów obraca się bowiem dookoła swojej osi i zdarza im się co pewien czas błyskać, co do złudzenia przypomina zjawisko meteoru stacjonarnego. W przypadku satelitów błysk ten powtarza się najczęściej raz lub dwa razy i to odróżnia je od meteorów. Tak więc w momencie zaobserwowania zjawiska podobnego do meteoru stacjonarnego, wstrzymajmy się chwilę z wpisywaniem do do notatnika i popatrzmy jeszcze przez pewien czas w tą okolicę nieba gdzie odnotowaliśmy zjawisko. Jeśli błysk się nie powtórzy, wtedy dopiero uznajemy go za meteor stacjonarny.

Czasami warto też coś powiedzieć o barwie obserwowanego przez nas zjawiska. Jest to przecież wartość bardzo prosta do oceny. Najczęściej będziemy obserwowali meteory białe lub żółte, ale zdarzają się też zielone, czerwone, niebieskie, pomarańczowe jak i mieszane np. biało-niebieskie czy biało-czerwone. Barwa meteoru zależy głównie od jego składu chemicznego i tak kolor zielony sugeruje dużą zawartość magnezu, pomarańczowy i żółty sodu, a mniej intensywne kolory na przykład żelazo i wapń.

Warto także zanotować wszelkiego rodzaju uwagi dotyczące przebiegu obserwowanego przez nas zjawiska, czyli czy obserwowany był ślad, smuga czy nawet rozbłysk, fragmentaryzacja lub szum.

Najbardziej zaawansowaną czynnością jakiej możemy się podjąć podczas obserwacji meteorów jest szkicowanie na mapie dróg poszczególnych zjawisk. Pozwala to na dokładne wyznaczenie położenia radiantu, jego ruchu (dryftu), struktury i wielkości. Szkicowanie jest jednak bardzo trudne i wymaga sporego już doświadczenia. Trzeba bardzo dobrze orientować się wśród gwiazdozbiorów i opanować umiejętność dokładnego zapamiętywania drogi meteoru na niebie i wiernego przeniesienia jej na mapę. Na szczęście nie trzeba nanosić każdego zaobserwowanego zjawiska. Zasada jest taka: jeśli meteor był słaby lub widziany na skraju pola widzenia i nie ma się pewności co do jego dokładnej trasy, należy zostawić go w spokoju. Nie traćmy czasu na wpisywanie zjawisk niepewnych, bo podczas tej czynności może umknąć naszej uwadze kilka zjawisk, co do których mielibyśmy pewność, bo będą jaśniejsze i widziane w centrum obserwowanego obszaru.

Dodatkowo należy jeszcze wspomnieć, że nie każda mapa nieba nadaje się do szkicowania dróg meteorów. Mapa ze zwykłym odwzorowaniem powoduje, że na niej trasy meteorów są łukami co dodatkowo komplikuje sprawę ich rysowania. Problem ten rozwiązują atlasy, w których zastosowano odwzorowanie gnomoniczne. Na nich bowiem drogi meteorów są już liniami prostymi. Po wykonaniu pierwszych podstawowych obserwacji meteorów i przesłaniu ich do PKiM, każdy z Was otrzyma taki atlas bezpłatnie wraz z krótką instrukcją jak go używać i jak prowadzić obserwacje ze szkicowaniem.

Wyjaśnienia wymaga jeszcze fakt, jak zachować się podczas bardzo wysokiej aktywności roju. W czasie trwającej dłuższy czas obserwacji warto wyraźnie zaznaczać czas, w którym pojawiły się dane meteory. I tak w przypadku liczb godzinnych większych niż 50 meteorów notujemy czas co 15 minut, gdy aktywność przekroczy 100 zjawisk na godzinę co 10 minut, a gdy przekroczy 200 co 5 minut. W powyższych przypadkach rezygnujemy z obserwacji innych rojów (ewentualnie traktujemy je jako sporadyczne) i koncentrujemy się tylko na obserwacjach aktywnego roju. Możemy zrezygnować też z oceniania barwy, wysokości nad horyzontem, dokładnego czasu pojawienia się i prędkości, koncentrując się na ocenianiu tylko jasności. Jeśli zajdzie taka potrzeba oceniajmy ją z dokładnością do 1 mag.