1. ábra. Az MTA Csillagászati Kutatóintézetének 60/90/180 cm-es Schmidttávcsöve

Több mint másfél évszázada, 1839-ben készült az elsõ csillagászati fénykép: Amerikában John William Draper 20 perces expozíciós idõvel készített dagerrotípiát a Holdról. A fényképezés feltalálása hatalmas távlatokat nyitott a csillagászoknak, akik az éjszakai ég halvány fénypontjainak elemzésével próbálják megfejteni a csillagok természetét, a világegyetem szerkezetét és mûködését. Az azóta eltelt másfél évszázad felidézésére tulajdonképpen egy másik esemény adott okot: alig több mint egy éve, hogy egy kis közép-európai csillagvizsgálóban, az MTA Csillagászati Kutatóintézetének piszkés-tetõi obszervatóriumában is CCDkamera került az eredendõen fényképezésre kitalált Schmidt-távcsõ fotókazettája helyére. A világ fejlettebb részén már több mint egy évtizede, hogy az elektronikus képrögzítés elkezdte felváltani a hagyományos fényképezést. Évtizedünkben a csillagászati fotográfia tudományos jelentõsége csökkent. Az egyre nehezebben elérhetõ és megfizethetõ fényérzékeny filmen, üveglemezen rögzített képekrõl sokkal hosszadalmasabb, fáradságosabb munkával nyerhetünk tudományos információt, mint az elektronikus képekrõl. Úgy tûnik, a fotóemulzió használata tudományos célokra éppen napjainkban kerül a tudománytörténet világába. Az elektronikus kameráknak óriási elõnyeik vannak a fotóemulzióval szemben: lényegesen nagyobb a hatásfokuk, a kép intenzitása egyenesen arányos a csillagéval, és közvetlenül számítógéppel olvasható formában jön létre. Így aztán feldolgozásuk nemcsak sokkal kényelmesebb, mint a fotólemezeké, hanem különféle matematikai, képfeldolgozási fogásokkal sokkal több információt lehet belõlük kiolvasni.

2. ábra. Az Orion-köd*

Cikkünk rövid és részben személyes viszszapillantás a csillagászati fotográfia másfél évszázados történetének néhány állomására. A világegyetemrõl szerzett ismeretek fejlõdési irányát az is meghatározta, hogy a megismerés eszközei éppen olyanok voltak, amilyenek: azaz másfél évszázadon át a csillagos égrõl egyre jobb minõségû fényérzékeny emulzióval bevont üveglemezeken gyûltek az adatok.

John William Draper, aki, mint említettük, az elsõ dagerrotípiát készítette a Holdról, sokoldalú természettudós volt, többek között a fény kémiai hatásait is kutatta. Fia, Henry Draper(1837-1882) volt az elsõ csillagász, aki már rendszeresen alkalmazta a fényképezés technikáját csillagászati megfigyelésekre. Mint általában a kor csillagászai, maga tervezte távcsöveit, saját kezûleg csiszolta a tükröt, maga kísérletezte ki a fotoemulzió receptjét, és az észlelés elõtt maga kente az üveglapra a fényérzékeny réteget. A fényképek nem mutattak sokkal többet az égbolt titkaiból, mint az emberi szem. (Például 1850-ben Lewis Morris Rutherfurdnak ötperces expozíciós idõre volt szüksége, hogy az égbolt egyik legfényesebb csillagáról, a Vegáról dagerrotípiát készítsen. Ez volt az elsõ, csillagról készült fénykép.)

Henry Draper elsõsorban a csillagok színképeit kutatta. A színképek elemzéséhez pontosan meg kell mérni a színképvonalak egymáshoz viszonyított helyzetét. Ebben a munkában felbecsülhetetlen jelentõsége volt annak, hogy a spektrumról megfogható kép készült. Korábban a kivetített színképen kellett a méréseket elvégezni, ami jóval pontatlanabb eredményeket adott. Ennek az úttörõ spektroszkópiai kutatásnak a tiszteletére Henry Draper-katalógusnak nevezték el azt a kilenckötetes, több mint 225 000 csillag égi pozícióját, fényességet és színképtípusát tartalmazó katalógust, amelyet a Harvard College Observatory csillagászai századunk elején hoztak létre. A megfigyeléseket 20 cm átmérõjû refraktorral végezték, a színképeket a távcsõobjektív elé helyezett, ún. objektívprizma segítségével hozták létre. A csillagokat a színképükben látható sötét (abszorpciós) vonalak alapján osztályokba sorolták. Aszínképosztályozásnak ez a korai rendszere a Harvard-féle, vagy Henry Draper (HD) -színképosztályozás.

3. ábra. Az IC1396 nevû óriás ionizált hidrogénfelhõ. A köd látszó átmérõje 3fok (a telehold hatszorosa). A csillagközi gázt a benne keletkezett nagy tömegû, forró csillagok sugárzása készteti világításra. A fénylõ háttéren látható kis, sötét foltok nagy sûrûségû, porban dús felhõk, amelyekben most folyik a csillagkeletkezés. A felvétel a palomarhegyi Schmidt-távcsõvel készült.

Henry Draper készítette az elsõ fényképet az Orion-ködrõl, arról a fényes, szabálytalan alakú ködfoltról, amely az Orion kardját kirajzoló csillagok körül szabad szemmel is látszik derült téli estéken*. Az égen látható világító ködfoltoknak különbözõ típusaik vannak, amelyeknek fizikai természete nagyon változatos. Vannak világító csillagközi gázfelhõk, amelyek atomjait a belsejükben levõ forró csillagok ibolyántúli sugárzása készteti világításra (ionizált hidrogénfelhõk, ún. HII-zónák, ebbe a csoportba tartozik az Orion-köd is), vannak, amelyek közeli csillagok fényét verik vissza (reflexiós ködök). Lehetnek felrobbant csillagok szétrepülõ külsõ rétegei (szupernóva-maradványok), vagy öreg csillagok ledobott légkörei (planetáris ködök). Ködfoltnak látszanak a távoli csillaghalmazok és a még távolabbi galaxisok is. (Sõt, a Naphoz közeledõ üstökösök is. A csillagos égen látható halvány ködfoltok elsõ katalógusát a 18. század végén éppen azért állította össze a lelkes francia üstökösvadász Charles Messier, hogy még véletlenül se nézhessék õket üstökösnek.) Ezek az égitestek általában nagyon halványak, alakjuk rendkívül változatos. A fényképezés elõtti megfigyelõik megpróbáltak szemléletes leírást adni arról, amit a távcsõben láttak, vagy pedig lerajzolták õket. Mivel ezek a ködök néha alig láthatóak, nem meglepõ, ha két megfigyelõ teljesen eltérõ leírást vagy rajzot közölt ugyanarról az égitestrõl. Megismerésükre csak a fényképezés adott lehetõséget. A fotólemez, a szemünkkel ellentétben, el tudja raktározni a fotonokat, így a halvány égitestekrõl hosszú idõ alatt elegendõ fényt gyûjthetünk össze.

4. ábra. A 3. ábrán bemutatott köd kinagyított részlete. A nagyítás számítógéppel készült, a Palomar-atlasz digitális változatának felhasználásával.

Kezdetben nedves fotóemulziót használtak, amely elvesztette érzékenységét, mihelyt megszáradt. Ez komoly korlátot jelentett az expozíciós idõkre. Másrészt azonban a hosszú expozícióhoz a megfigyelt égitest pontos követésére, azaz a távcsõ pontos és megbízható mozgatására volt szükség. Henry Draper legmélyebb felvétele 137 perces expozíciós idõvel készült 1881 telén. Ezóriási teljesítmény volt. Mégis, az Orionköd természetének megfejtéséhez nem volt elég. Akár a csillagok, akár a ködök fizikájának megismeréséhez összetevõire kell bontani a fényt. Az éjszakai égen nem látunk színeket, ehhez túlságosan kevés fény jut a szemünkbe. Ahhoz, hogy a világító anyag minõségére, hõmérsékletére következtethessünk, prizmával vagy optikai ráccsal, esetleg színszûrõkkel részeire kell bontani a csillagok és ködök sugárzását. Ha a fénynek csak egy kis részét használhatjuk, természetesen még hosszabb expozíciós idõkre van szükség. A századforduló táján nem volt ritka a 10-20 órás expozíciós idõ. Az éjszaka végén kivették a lemezt a távcsõbõl, másnap este visszatették, és folytatták ugyanazt a felvételt. Így soha nem látott halvány égi jelenségek megpillantására nyílt lehetõség. Ilyen esemény volt, amikor 1886-ban Gothard Jenõ(természetesen saját készítésû távcsövével és saját készítésû fotólemezre) lefényképezett egy halvány csillagot a híres Gyûrû-köd közepén a Lant csillagképben. Ez a csillag olyan halvány, hogy távcsõvel nézve sem látta még senki korábban. Milyen különös: kortársai nehezen hitték el, hogy a képen látott pont valóban egy csillag. (Szó ami szó: lemezhibák gyakran vezetik félre a fényképekkel dolgozó csillagászokat.)

Az expozíciós idõ lerövidíthetõ, ha a távcsõ tárgylencséje rövid fókuszú, nagy fényerejû. A múlt század közepén a fényképészek ilyen fényerõs, ún. portrélencsékkel dolgoztak, hogy elkerüljék az emulzió megszáradását az expozíció alatt. Késõbb a száraz emulziók elterjedése fölöslegessé tette a fényerõs objektívek használatát a portréfényképezésben. Ilyen, fotószalonban fölöslegessé vált portrélencse volt Edward Emerson Barnard (1857-1923) elsõ távcsövének objektívje is. A szegény családból származó Barnard gyerekkorában fényképészsegédként dolgozott, hogy családja megélhetését segítse. Késõbb elkötelezett megfigyelõ csillagászként írta be nevét a csillagászati fényképezés történetébe. Számos üstököst, változócsillagot fedezett fel, elsõsorban azonban a Tejút fotográfusaként vált ismertté. Õ hívta fel a figyelmet a Tejút fénylõ sávjában látható kis sötét foltokra. Úgy vélte, ezek a sötét foltok lyukak a Tejútban, amelyeken keresztül kiláthatunk a világegyetem üres mélyébe. Évtizedeken át foglalkoztatta a sötét foltok titka, míg végül meggyõzõdött róla, hogy nem lyukak, hanem sötét testek, porfelhõk, amelyek eltakarják a háttér csillagait. A Lick, majd Yerkes Obszervatórium munkatársaként rendszeresen fényképezte a Tejutat, és összeállította a Tejút fotografikus atlaszát. Feltérképezte és katalógusba rendezte a sötét ködöket. A gyönyörû Tejút-atlasz minden egyes példányába eredeti nagyítások kerültek, amelyeket személyesen ellenõrzött. Sajnos, az elsõ világháború miatt a könyv csak 1927-ben jelent meg, több mint négy évvel a szerzõ halála után.

5. ábra. Barnard 161, sötét felhõ a Cepheus csillagképben az északi Tejútban, E. Barnard katalógusából

A fotóemulziók is nagy fejlõdésen mentek át, amikor a fényérzékeny rétegek elõállítása a csillagászok helyett profi, kifejezetten erre szakosodott kutatók és gyártók kezébe került. Szemcsézetük, érzékenységük egyre jobb lett. Kifejlesztették a vörös fényre is érzékeny pankromatikus emulziókat. Ábráinkon néhány Schmidt-távcsõvel készült fényképet látunk, amelyek szép példái a fotóemulzióban rejlõ lehetõségeknek. Ilyen képeket más módszerrel ma sem nyerhetnénk. A Schmidt-távcsõvel való fényképezés legnagyobb jelentõsége az (volt), hogy az égbolt nagy területeirõl egyszerre, azonos minõségû adatot kaptunk. Ne felejtsük el, hogy a képeken látott alakzatok rendkívül halványak. Egy-egy kép még a mostani nagy érzékenységû fotólemezek és nagy fényerejû távcsövek birtokában is félóra-óra expozíciót igényel. A nagy látómezõ olyan összefüggések felismerését teszi lehetõvé, amelyek mellett egyébként könynyen elmennénk.

A halvány égitestek színeit is sikerült már képeken megjeleníteni. Nem úgy, hogy színes filmre fényképeznek, ehhez a csillagok fénye nem elég. Fekete-fehér fotóanyagra vörös, kék és zöld színszûrõkön át három képet készítenek alkalmasan megválasztott expozíciós idõkkel, majd a három negatívot, a megfelelõ szûrõkön át ugyanarra a színes filmre másolják. Ennek a technikának híres mestere Ausztráliában David Malin.

A világ legnagyobb Schmidt-távcsöveivel az egész égboltot lefedõ fényképsorozatok készültek. Elõször a kaliforniai Palomarhegyen mûködõ 126/183/307 cm-es Schmidt-távcsõvel örökítették meg az északi égboltot az ötvenes években. Két felvétel készült minden területrõl, kék- és vörösérzékeny lemezre. A felvételek 40 cm-es, négyzet alakú üveglemezre készültek, és egy-egy lemezen az égbolt 6 fokos kiterjedésû része látható. A képeket üveglemezen is, papíron is sokszorosították. A Palomaratlasz azóta is a megfigyelõ csillagászok nélkülözhetetlen munkaeszköze, mint öszszehasonlítási alap bármihez, amit az égen látunk. Utóbb a Palomar-atlasz lemezeirõl digitális képeket is készítettek, amelyeket CD-ROM-okon hoztak forgalomba.

A déli égbolt hasonló nagy felmérését két Schmidt-távcsõvel végezték el: a vörös felvételek az Európai Déli Obszervatórium 100/160/306 cm-es távcsövével készültek, a kékek pedig az 124/183/307 cm-es angol -ausztrál Schmidttel. Ehhez a munkához - a nyolcvanas években - már fejlettebb, nagyobb érzékenységû emulziókat használhattak, mint a Palomar-atlaszhoz. Így aztán vagy négyszer gyengébb fényû égitestek megörökítése vált lehetõvé, mint az északi ég felmérése során. A palomar-hegyi Schmidt-távcsõvel a kilencvenes évek elején újra elkezdték az északi égbolt lefényképezését a mostani nagyobb érzékenységû lemezekre.

6. ábra Az S 240 katalógusszámú szupernóva-maradvány negatív képe. A Palomar Schmidt-távcsõvel, vörös szûrõvel készült, hosszú expozíciós felvétel.

Az elsõ fenyegetõ jelek a nyolcvanas évek tájékán tûntek fel, amikor a csillagászati fotóanyagokat gyártó Kodak cég néhány alapvetõ fontosságú emulzió gyártását megszüntette. Évrõl évre nehezebb volt megszerezni a szükséges lemeztípusokat, sõt a velük kapcsolatos információt is. 1992-ben Potsdamban a Nemzetközi Csillagászati Unió nagy látómezejû képek feldolgozásával foglalkozó szimpóziumára a kutatók együttes fellépésével sikerült írásban megkapni a Kodak-gyár állásfoglalását: üzletpolitikai, gazdasági, természetvédelmi okok miatt szinte az összes csillagászati emulzió gyártását beszüntetik. (Az elsõ okokat nem kell magyarázni: kis mennyiség gyártása nem kifizetõdõ. A természetvédelmi ok az, hogy az emulzió alapjául szolgáló zselatint az idõközben védetté vált bálnák testébõl állították elõ. Megfelelõ helyettesítõ anyagot pedig csak hosszú és költséges kutatómunka árán lehetett volna találni.) Késõbb a kutatói közösség együttes fellépésével sikerült elérni, hogy a folyamatban levõ égfelmérésekhez biztosítsák a lemezutánpótlást.

Ekkorra azonban a fényképezés már erõsen visszaszorult. A fotólemezek már évek óta drágultak, választékuk csökkent. Akisebb obszervatóriumokban a fényképezést a környezet erõsödõ kivilágítása is ellehetetlenítette. 1994-ben a Schmidt-távcsövek jövõbeli hasznosításának szentelt konferencián már jó néhány ígéretes eredményt mutattak be, amelyeket a CCDkamerával újonnan felszerelt távcsõvel értek el. Ezek a fényérzékelõk többnyire csak a távcsõ nagy látómezejének kis részét használják ki. Érdekes lehetõséget fejlesztettek ki a Schmidt-távcsõ fényképezés utáni használatára az angol-ausztrál Schmidten, ami jól hasznosítja a távcsõ nagy látómezejét: a csillagok fényét optikai szálak segítségével spektrográfba vezetik, és a spektrumokat egy CCD-re egymás mellé képezik le; ezáltal viszonylag nagy terület csillagairól egy idõben vesznek fel színképet.

7. ábra Az M81 és M82 galaxisok az Ursa Maior (Göncölszekér) csillagképben. A piszkés-tetõi Schmidt-távcsõvel készült felvétel.

A nagy látómezejû távcsövek legfontosabb szerepe az, hogy segítségükkel kiválasszunk bizonyos típusú, vagy összetartozó égitesteket a környezetükbõl. A fotólemezen szemmel könnyû olyan bonyolult alakzatokat felismerni, amelyet nehéz lenne számszerû formába önteni. Ezért aztán a fényképezés korszaka erõsen rányomta bélyegét az égen látható jelenségek osztályozására. Általános megjelenés alapján osztályozták a csillagszínképeket, alak szerint a csillaghalmazokat és a galaxisokat. Ezeknek a vizuális osztályozásoknak természetesen megvan a fizikai alapja: a Harvard-féle színképosztályozás, vagy a belõle kinõtt késõbbi, pontosabb osztályozások a felszíni hõmérséklet szerint rendezik sorba a csillagokat, a jól ismert Hubble-féle galaxistípusok pedig talán különbözõ fejlettségi fokokat tükröznek. Ezek az osztályozások még mindig általánosan elterjedtek, de az új megfigyelési módszerek elõbb-utóbb újabb osztályozási mintákat követelnek meg (például már nincs szükség a színképvonalak teljes sorozatára, azaz a csillag színképtípusára ahhoz, hogy a hõmérsékletére következtessünk: elég megmérni néhány alkalmasan megválasztott hullámhosszon a spektrum intenzitását. Ilyen mérésre a fénykép nem igazán alkalmas, de az elektronikus kamerával kapott képen a feladat könynyebben végrehajtható, mint a színképtípus meghatározása. Nagy látószögû, objektívprizmával készült fényképek segítségével, a spektrumukban látható fényes (emissziós) vonalak alapján fedezték fel a legtöbb aktív galaxismagot vagy a sötét csillagközi felhõkben a fiatal csillagokat.

A fényképek kis helyen, hosszú idõn át megbízhatóan stabil minõségben rengeteg információt tudnak tárolni. Az égbolt egy adott idõben megörökített képe nagyon hasznos bármilyen fényességváltozás és mozgás felismeréséhez és követéséhez. Ez talán a világon összegyûjtött csillagászati fényképek egyik legnagyobb értéke. 1999 márciusában „Kincsvadászat csillagászati lemeztárakban" címmel rendeztek nemzetközi konferenciát. Azt nagyjából mindenki tudja, miféle kincsekre számíthat a régi fényképeken. A csillagászat bármelyik területén dolgozó kutató találhat rajtuk magának valami értéket. Nem könnyû azonban a kincshez hozzáférni.

A csillagászati fotólemezek „elolvasására" több automatikus mérõberendezést is kifejlesztettek, amelyek a lemezeket nagyon finom lépésekben letapogatják, és a képintenzitásokat számítógépen tárolják. Az így digitalizált képek már könnyen hozzáférhetõk, összehasonlíthatók más képekkel, méréseket végezhetünk rajtuk. Ekkor azonban újabb nehézség lép be: egy Schmidt-lemez információtartalma - ha a digitalizálás során meg akarják õrizni a fotóemulzió nagy felbontását - nagyon nagy adattömböt eredményez. Ennek a hatalmas adatmennyiségnek a tárolása, kezelése - és egyáltalán, létrehozása - jelenti az ilyenfajta kincsvadászat legnagyobb nehézségét.

Valószínû, hogy a csillagos égrõl fotóemulzióra már nem készül sok kép a jövõben. Folyamatban van az elsõ digitális égfelmérés, a Sloan Digitized Sky Survey, amely sokkal jobb minõségû adatokat szolgáltat majd, mint fotografikus elõdei. A csillagászati lemeztárak azonban olyan kincsesbányák, amelyek feltárása kemény kutatómunkát igényel. A csillagászati fényképezésnek búcsút mondunk, de a fényképeknek nem.