Способы изучения космического пространства
Телескопы из прошлого и до наших дней
Стремление проникнуть как можно дальше в глубь Вселенной и увидеть как можно больше новых объектов, послужило стимулом для создания более мощных наблюдательных приборов. С появлением телескопов возникли и первые серьезные проблемы. Дело в том, что реальная оптическая система способна «строить» изображение точки только в виде размытого кpyжка или пятна неправильной формы, иногда окрашенного по краям, происходит это из-за ошибок оптической системы - аберраций. Для однолинзовых телескопов наиболее характерна хроматическая аберрация, которая связана с тем, что показатель преломления стекла находится в зависимости от длины волны. А потому астрономы стали искать способы ее устранения. Оказалось, что хроматическую аберрацию можно уменьшить, используя объективы с очень большим фокусным расстоянием. Так на свет появились довольно громоздкие и крайне неудобные в эксплуатации телескопы. Шло время, и на смену им пришли «воздушные». В них объектив и окуляр крепились почти независимо друг от друга на собственных штативах. Такие телескопы использовались вплоть до середины XVIII века, хотя при наблюдениях на открытом воздухе, особенно при ветре, подобная конструкция вела себя не лучшим образом.
После того, как Иоганн Кеплер применил в окуляре не отрицательную - двояковогнутую - линзу, а
положительную - двояковыпуклую, стало возможным использовать окуляры с крестом нитей и микрометром. Теперь телескопы стали
применять не только для обзора неба, но и в качестве измерительных приборов. И все же недостатки однолинзовых
телескопов-рефракторов заставляли ученых искать новые пути. Исаак Ньютон одним из первых изготовил зеркало, получив
«зеркальный» сплав из меди, олова и мьшьяка. Новый телескоп с зеркалом диаметром 30 мм, помещенном в трубу длиной 1б0 мм,
давал очень четкое изображение. Это был первый рефлектор. И хотя у него не наблюдалось хроматической аберрации, но и он
не был лишен недостатков. Главный же заключался в том, что всех других типов аберраций было больше, чем в рефракторе.
Оригинальную конструкцию двухзеркальной системы, состоящей из первичного и вторичного
параболического зеркала, предложил французский скульптор и художник Кассегрен. Эта конфигурация очень удобна и широко
применяется в настоящее время, но в те далекие времена идея не была реализована из-за невозможности получить зеркала нужной
формы. В России большего успеха в изготовлении металлических зеркал достиг Я.В. Брюс, а М.В. Ломоносов разработал новую
конструкцию телескопа с наклоненным главным зеркалом без вторичного, что существенно уменьшало потери света. Такую же
схему, независимо от него, использовал п У. Гершель. В своем доме, превращенном в мастерскую, он вместе с братьями получал
особый сплав из меди и олова, а затем изготавливал зеркала и сам их шлифовал. Вершиной его трудов стал гигантский по тому
времени телескоп с диаметром главного зеркала в 122 см. К середине XVIII века компактные, удобные в обращении
высококачественные рефлекторы с металлическими зеркалами практически вытеснили громоздкие рефракторы. Однако и они были
далеки от совершенства. Во-первых, металлические зеркала имели низкий коэффициент отражения, а их поверхность со временем
тускнела. Во-вторых, их изготовление было трудоемким и дорогостоящим. В-третьих, большие металлические зеркала
деформировались под собственным весом. И тут очень помогли успехи в деле стекловарения. В 1758 году были получены два сорта
стекла: легкий - крон и более тяжелый - флинт, а следовательно, появилась возможность создания двухлинзовых объективов.
Англичанин Дж. Доллонд, изготовил объектив из положительной кроновой и отрицательной флинтовой линз и получил патент на
изобретение объектива-ахромата, то есть свободного от хроматической аберрации. Такие объективы, названные доллондовыми
трубами, быстро получили распространение.
Немецкий оптик Й. Фраунгофер ввел в широкую практику научный метод изготовления линзовых
объективов и контроль за их качеством. Он конструировал и изготавливал первоклассные ахроматические объективы. Венцом его
оптического искусства стал 25-сантиметровый рефрактор, купленный у него Россией и установленный в Тартуской обсерватории.
К середине ХIХ века фраунгоферовские рефракторы стали основными инструментами наблюдательной астрономии. Казалось, что у
них безоблачное будущее. Но по мере расширения спектрального диапазона наблюдений вновь стал проявляться главный недостаток
линзовых объективов - хроматизм. Большие проблемы вызвало и дальнейшее увеличение диаметра объектива рефрактора. Было
невозможно получить однородные большие блоки стекла для линз, а толстые линзовые объективы поглощали слишком много света.
Самый большой рефрактор с диаметром объектива 1,02 м был построен н 1897 году, но на этом их дальнейшее развитие
остановилось.
И тут создатели телескопов снова вспомнили о рефлекторах. В середине XIX века получил
известность химический метод серебрения стеклянных поверхностей. Это позволило изготавливать зеркала из стекла.
Серебряная пленка - фильм наносилась на стеклянное зеркало путем воздействия виноградного сахара на соли азотнокислого
серебра. Такие зеркала со свежим серебряным фильтром отражали уже не 60% упавшего света, как бронзовые, а от 90 до 95%, а
значит, были более светосильными при том же размере зеркала. Вскоре Л. Фуко разработал метод определения формы и качества
поверхности зеркал. Благодаря его исследованиям появились рефлекторы с параболическими зеркалами.
Новым толчком в дальнейшем развитии телескопостроения стало использование алюминированных
зеркал. Они, в отличие от серебренных, медленнее старились и лучше отражали ультрафиолетовые лучи. В конце XIX века начало
первому поколению новых рефлекторов положил состоятельный человек, любитель астрономии Кросслей, который приобрел вогнутое
стеклянное параболическое зеркало диаметром 91 см и изготовил телескоп. Следующий телескоп такого же типа с диаметром
зеркала 1,5 м был установлен на обсерватории Маунт Вилсон. В 1918 году здесь же был построен 2,5-метровый рефрактор, а в
1947-м в Паломарской обсерватории был введен в строй телескоп с 5-метровым зеркалом. И все же проблемы, возникшие при
создании этого телескопа, заставили специалистов в дальнейшем продвигаться в сторону увеличения диаметров более осторожными
шагами. Особенно с учетом того, что работа на крупных телескопах показала, что 3-метровый диаметр с применением
высококачественной оптики в пункте со спокойной атмосферой может оказаться гораздо эффективнее 5-метрового. А потому в
50 - 80-е годы в основном строились 3-4-метровые телескопы. Единственный 6-метровый был построен в СССР и установлен в
Специальной астрономической обсерватории на Кавказе.
Параллельно с развитием оптической части совершенствуются и механические конструкции,
управление телескопом доверяется компьютерам. Сейчас уже все готово к созданию больших телескопов, но из-за отсутствия
достаточных средств обсерватории, институты и даже страны объединяются для совместного строительства. Весь имеющийся
арсенал телескопов ученые используют для решения важных астрономических вопросов, таких как происхождение планет, звезд,
Солнечной системы, квазаров и активных галактик. Судя по всему, будущие разработки в телескопостроении обещают быть
поистине грандиозными. Уже сейчас предлагаются проекты 50- и 100-метровых телескопов, оснащенных самой современной
приемно-регистрирующей аппаратурой, способной обеспечить качество наблюдений, о котором сейчас можно только мечтать.
Зачем их строят
Необходимость построения таких телескопов определяют задачи, требующие предельной чувствительности инструментов для регистрации излучения от самых слабых космических объектов. К таким задачам относятся:
- происхождение Вселенной;
- механизмы образования и эволюции звезд, галактик и планетных систем;
- физические свойства материи в экстремальных астрофизических условиях;
- астрофизические аспекты зарождения и существования жизни во Вселенной.
В настоящее время эффективность приемников в оптическом диапазоне, понимаемая как доля регистрируемых квантов от общего числа пришедших на чувствительную поверхность, приближается к теоретическому пределу (100%), и дальнейшие пути совершенствования связаны с увеличением формата приемников, ускорением обработки сигнала и т.д.
Помехи при наблюдениях - весьма серьезная проблема. Помимо помех природного характера (например, облачность, пылевые образования в атмосфере) угрозу существованию оптической астрономии как наблюдательной науки представляет нарастающая засветка от населенных пунктов, промышленных центров, коммуникаций, техногенное загрязнение атмосферы. Современные обсерватории строят, естественно, в местах с благоприятным астроклиматом. Таких мест на земном шаре очень мало, не более десятка. К сожалению, на территории России мест с очень хорошим астроклиматом нет.
Единственным перспективным направлением развития высокоэффективной астрономической техники остается увеличение размеров собирающих поверхностей инструментов.
Крупные наземные оптические телескопы - обсерватории |
||||||
ТЕЛЕСКОП |
Диаметр зеркала, м |
Параметры главного зеркала |
Место установки телескопа |
Участники проекта |
Стоимость проекта, млн. $ USD |
Первый свет |
параболическое |
Mauna Kea, Гавайи, США |
|||||
тонкое активное |
Paranal, Чили |
ESO, кооперация девяти стран Европы |
||||
тонкое активное |
Mauna Kea, Гавайи, США |
США (25%), Англия (25%), Канада (15%), Чили (5%), Аргентина (2,5%), Бразилия (2,5%) |
||||
тонкое активное |
Mauna Kea, Гавайи, США |
|||||
сотовое толстое |
Mt. Graham, Аризона, США |
США, Италия |
||||
11 (реально 9.5) |
сферическое много-сегментное |
Mt. Fowlkes, Texac, США |
США, Германия |
|||
сотовое толстое |
Mt. Hopkins, Аризона, США |
|||||
сотовое толстое |
Las Cаmpanas, Чили |
|||||
Гора Пастухова, Карачаево-Черкесия |
||||||
аналог KECK II |
La Palma, Канарские острова, Испания |
Испания 51% |
||||
аналог НЕТ |
Sutherland, Южная Африка |
Южно-Африканская Республика |
||||
35 (реально 28) |
аналог НЕТ |
150-200 аванпроект |
||||
сферическое
|
Германия, Швеция, Дания и др. |
Около 1000 аванпроект |
||||
Синим цветом обозначены проекты сверх огромных телескопов, строительство которых скоро начнется. |
||||||
Большие оптические телескопы
VLT
- совместный проект восьми европейских стран, названный Очень большой телескоп.
Его основной идеей стало создание четырех однотипных телескопов с диаметром главного зеркала 8,2 м и установка их в одном
месте с максимально благоприятным астроклиматом. Каждый из них может работать как в автономном режиме, так и в комбинации
с другими телескопами, обеспечивая в этом случае собирательную способность 16-метрового телескопа. Эти телескопы имеют
цельные зеркала из особого сорта стекла, их толщина всего 175 мм, поэтому специально для них была разработана сложная
система разгрузки. В перспективе эти телескопы будут работать н режиме интерферометра для получения высокого разрешения.
KECK I и KECK II
- первыми «ласточками» нового поколения больших телескопов стали два 10-метровых близнеца для
оптических инфракрасных наблюдений, получивших имя «Кек». Они появились на свет благодаря помощи фонда У. Кека,
предоставившего 140 000 долларов на их строительство. Размером с восьмиэтажный дом и весом 300 тонн, они работают с высокой
точностью. В «сердце» каждого из них - главное зеркало диаметром 10 и, состоящее из 36 шестиугольных сегментов, работающих
как одно отражательное зеркало. Они установлены в одном из лучших на Земле мест для астрономических наблюдений - на Гаваях,
на склоне потухшего вулкана Мануа Кеа высотой 4 200 м. К 2002 году эти два телескопа, расположенных на расстоянии 85 м друг
от друга, начали работать в режиме интерферометра, давая такое же угловое разрешение, как 85-метровый телескоп. Дело в том,
что зеркало телескопа имеет две характеристики. Первая из них - светособирающая способность, пропорциональная площади
зеркала, в вторая - способность зеркала разделять или разрешать малые объекты, называемая угловым разрешением и
пропорциональная диаметру зеркала. Если убрать из зеркала некоторую часть, то его собирательная способность резко упадет,
а угловое разрешение останется тем же, что и при целом зеркале. Это и позволяет использовать два телескопа «Кек», как два
кусочка большого 85-метрового зеркала. Для улучшения качества изображения эта система будет дополнена еще четырьмя
телескопами с диаметром зеркала 1,8 метра.
LBT
- в отличие от обычного рефлектора бинокулярный телескоп имеет два первичных зеркала. Вращение
вторичных зеркал дает возможность быстро переключать телескоп с одного типа наблюдений на другой. Короткое фокусное
расстояние первичных зеркал позволяет создать компактную, но достаточно жесткую структуру. Механическая система телескопа
была смонтирована в Италии, а затем перевезена и установлена в Аризоне. 3еркала для телескопа сделаны в лаборатории зеркал
Университета Аризоны в Таксоне из специального стекла, произведенного в Японии. После установки зеркал и окончательной
настройки телескоп станет частью международной обсерватории Грэхема.
БТА
- около 30 лет назад в СССР построен и введен в эксплуатацию 6-м телескоп БТА
(Большой Телескоп Азимутальный). Долгие годы он оставался крупнейшим в мире и, естественно, был гордостью отечественной
науки. БТА продемонстрировал ряд оригинальных технических решений (например, альт-азимутальную установку с компьютерным
ведением), ставших впоследствии мировым техническим эталоном. БТА по-прежнему мощный инструмент (особенно для
спектроскопических исследований), но в начале XXI в. он уже оказался лишь во втором десятке крупных телескопов мира.
Кроме того, постепенная деградация зеркала (сейчас его качество ухудшилось на 30% по сравнению с первоначальным) выводит
его из числа эффективных инструментов. С распадом СССР БТА остался практически единственным крупным инструментом, доступным
для российских исследователей. Все наблюдательные базы с телескопами умеренного размера на Кавказе и в Средней Азии
существенно потеряли свою значимость как регулярные обсерватории в силу ряда геополитических и экономических причин.
Сейчас начаты работы по восстановлению связей и структур, но исторические перспективы этого процесса туманны, и в любом
случае потребуется много лет только для частичного восстановления утраченного.
Разумеется, развитие парка крупных телескопов в мире предоставляет возможность российским
наблюдателям для работы в так называемом гостевом режиме. Выбор такого пассивного пути неизменно означал бы, что российская
астрономия будет всегда играть только второстепенные (зависимые) роли, а отсутствие базы для отечественных технологических
разработок приведет к углублению отставания, и не только в астрономии. Выход очевиден - коренная модернизация БТА, а также
полноценное участие в международных проектах.
GEMINI North и GEMINI South
- большой международный проект "Джемини" - два идентичных
телескопа с диаметром главного зеркала 8,1 м. Они установлены в Северном и Южном полушариях Земли (соответственно в Мануа
Кеа, Гавайи, и Церро Пачон, Чили), чтобы охватить наблюдениями всю небесную сферу. Главное зеркало каждого из них
изготовлено из 42 шестиугольных блоков, выполненных из стекла с очень низким коэффициентом теплового расширения и сваренных
в один тонкий диск, кoторый затем был отпoлирован. Эти телескoпы могут работать как в видимой, так и в инфракрасной
областях спектра. Инфракрасные изображения будут сравнимы с оптическими, а возможно, и лучше, чем полученные с космического
телескопа "Хаббл".
Большие радиотелескопы
Радиотелескопы обычно представляют собой конструкции очень больших размеров. Наиболее
распространенный тип радиотелескопа - это сооружение, основным элементом которого служит сплошное металлическое зеркало
параболической формы. Зеркало отражает падающие на него радиоволны так, что они собираются вблизи фокуса и улавливаются
специальным устройством - облучателем. Затем сигнал усиливается и преобразуется в форму, удобную для регистрации и анализа.
Хранение и обработка данных осуществляются с помощью компьютерной техники. Чувствительность радиотелескопа тем выше, чем
больше отражающая поверхность.
Обычный радиоприемник имеет приспособление для настройки на волну нужной радиостанции. Оно представляет
собой перестраеваемый фильтр, который усиливает радиоизлучение только на волне выбранной станции и не пропускает (подавляет)
сигналы станций, работающих на близких волнах. В отличие от земных радиостанций космические радиоисточники, как правило, излучают
в широком диапазоне радиоволн. Поэтому и радиоастрономический приемник должен иметь чувствительность по возможности в более
широком диапазоне. Такой приемник называется радиометром.
Расширению полосы приема препятствует в основном помехи от наземных радиостанций. Поэтому для
радиоастрономии международными соглашениями выделены специальные интервалы длин волн, которые запрещается использовать любым
наземным радиосредствам.
Аресибо
- крупнейший в мире 300-метровый радиотелескоп с параболической антеной сооружен в 1963 г. в Аресибо,
на острове Пуэрто-Рико. Он сконструирован, построен и эксплуатируется Национальным центром астрономических и ионосферных
исследований США. Телескоп расположен в огромном естественном котловане в горах. На высоте 150 м над поверхностью гигантского
неподвижного зеркала укреплена на стальных тросах 600-тонная платформа, на которую можно подняться по полукилометровому подвесному
мосту или по канатной дороге. Подвижная часть платформы поворачивается вокруг собственной оси. По рельсам вдоль платформы перемещается
управляемая компьютером кабина с облучателями и приемниками - так радиотелескоп наводится на исследуемый источник. Из-за неподвижности
антенны наблюдения любого источника не могут продолжаться более двух часов. Но этот недостаток компенсируется огромной площадью
зеркала, обеспечивающей высокую чувствительность. Радиотелескоп в Аресибо отличается от многих других также тем, что он может служить и
передающей антеной. В таком режиме выполнены уникальные эксперименты по радиолокации Солнца, Луны и планет Солнечной системы.
Эффельсберг
- В 1972 г. в Германии построен 100-метровый полноповоротный радиотелескоп. Он
сооружен в ущелье невысоких гор в 50 км от Бонна, вблизи небольшого городка Эффельсберг. Радиотелескоп имеет достаточно высокую точность
поверхности, что позволяет использовать его даже на волне 4 мм. Угловое разрешение телескопа на такой короткой волне составляет около 10".
Этот радиотелескоп до сих пор считается крупнейшим в мире полноповоротным радиотелескопом.
Радиотелескопов с диаметром зеркала больше 50 м единицы. Вторым в Европе по размеру после Эффельсбергского
является 76-метровый радиотелескоп на обсерватории Джодрелл-Бэнк. Он эффективно используется только в дециметровом диапазоне
волн, так как точность поверхности зеркала не очень высокая.
РАТАН-600
- в 1994 г. в России начал работать 64-метровый радиотелескоп, третий по величине в Европе. Он расположен
недалеко от города Калязина на Волге, в 180 км к северу от Москвы. Крупным отечественным радиотелескопом является РАТАН-600
(Радителескоп Академии наук диаметром 600 м), сооруженный в 1976 г. на Северном Кавказе, близ станицы Зеленчукской. Зеркало этого
телескопа не покрывает всю площадь круга, а представляет собой кольцо диаметром 600 м, собранное из 895 алюминиевых щитов
высотой 7м. Угловое разрешение такой системы определяется диаметром кольца и составляет на волне 3 см около 10". В реальных наблюдениях
все кольцо сразу используется редко. Телескоп разбит на секторы: северный, южный, восточный и западный. Щиты каждого сектора
ориентируются на выбранный источник, а в фокусе каждого сектора установлен облучатель, который может перемещаться, обеспечивая наблюдения
данного источника в течение нескольких минут.
До сих пор были рассмотрены радиотелескопы, на которых вся энергия радиоволн фокусируется с помощью
зеркала или системы зеркал на общий облучатель и усиливается затем одним приемником. Есть другой тип радиотелескопа: излучение
принимается независимыми антеннами, усиливается на каждой антенне и передается по кабелям или волноводам для общего суммирования сигнала.
Длинну кабелей подбирают так, чтобы сигналы ото всех антенн поступали на суммирующее устройство в одной фазе. Тем самым осуществляется электрическая
фокусировка всей антенной системы. Подобные радиотелескопы называются синфазными антеннами. На радиоастрономической станции
ФИАН в городе Пушкино Московской области работает Большая синфазная антенна (БСА), представляющая собой поле взаимосвязанных
дипольных антенн длиной 300 м и шириной 400 м. Эффективная собирающая площадь БСА почти такая же, как у радиотелескопа в Аресибо.
БСА работает на волне 3 м. На этом радиотелескопе исследуется прежде всего пульсары и ядра галактик.
Астрономическая обсерватория – научно-исследовательское учреждение, в котором ведутся систематические наблюдения небесных светил и явлений.
Обычно обсерватория возводится на возвышенной местности, где открывается хороший кругозор. Обсерватория оснащена инструментами для наблюдений: оптическими и радиотелескопами, приборами для обработки результатов наблюдений: астрографами, спектрографами, астрофотометрами и другими приспособлениями для характеристики небесных тел.
Из истории обсерватории
Трудно даже назвать время появления первых обсерваторий. Конечно, это были примитивные сооружения, но все-таки в них велись наблюдения за небесными светилами. Самые древние обсерватории находятся в Ассирии, Вавилоне, Китае, Египте, Персии, Индии, Мексике, Перу и в других государствах. Древние жрецы по сути и были первыми астрономами, потому что они вели наблюдения за звездным небом.
– обсерватория, созданная еще в каменном веке. Она находится недалеко от Лондона. Это сооружение было одновременно и храмом, и местом для астрономических наблюдений - истолкование Стоунхенджа как грандиозной обсерватории каменного века принадлежит Дж. Хокинсу и Дж. Уайту. Предположения о том, что это древнейшая обсерватория, основаны на том, что ее каменные плиты установлены в определенном порядке. Общеизвестно, что Стоунхендж был священным местом друидов – представителей жреческой касты у древних кельтов. Друиды очень хорошо разбирались в астрономии, например, в строении и движении звёзд, размерах Земли и планет, различных астрономических явлениях. О том, откуда у них появились эти знания, науке не известно. Считается, что они унаследовали их от истинных строителей Стоунхенджа и, благодаря этому, обладали большой властью и влиянием.
На территории Армении найдена еще одна древнейшая обсерватория, построенная около 5 тыс. лет назад.
В XV веке в Самарканде великий астроном Улугбек
построил выдающуюся для своего времени обсерваторию, в которой главным инструментом был огромный квадрант для измерения угловых расстояний звезд и других светил (об этом читайте на нашем сайте: http://сайт/index.php/earth/rabota-astrnom/10-etapi-astronimii/12-sredneverovaya-astronomiya).
Первой обсерваторией в современном смысле этого слова был знаменитый музей в Александрии
, устроенный Птолемеем II Филадельфом. Аристилл, Тимохарис, Гиппарх, Аристарх, Эратосфен, Геминус, Птолемей и другие добились здесь небывалых результатов. Здесь впервые начали употреблять инструменты с разделёнными кругами. Аристарх установил медный круг в плоскости экватора и с его помощью наблюдал непосредственно времена прохождения Солнца через точки равноденствия. Гиппарх изобрёл астролябию (астрономический инструмент, основанный на принципе стереографической проекции) с двумя взаимно перпендикулярными кругами и диоптрами для наблюдений. Птолемей ввёл квадранты и устанавливал их при помощи отвеса. Переход от полных кругов к квадрантам был, в сущности, шагом назад, но авторитет Птолемея удержал квадранты на обсерваториях до времён Рёмера, который доказал, что полными кругами, наблюдения производятся точнее; однако, квадранты были совершенно оставлены только в начале XIX века.
Первые обсерватории современного типа стали строиться в Европе после того, как был изобретен телескоп – в XVII веке. Первая большая государственная обсерватория – парижская
. Она была построена в 1667 г. Наряду с квадрантами и другими инструментами древней астрономии здесь уже использовались большие телескопы-рефракторы. В 1675 г. открылась Гринвичская королевская обсерватория
в Англии, в предместье Лондона.
Всего в мире работает более 500 обсерваторий.
Российские обсерватории
Первой обсерваторией в России была частная обсерватория А.А. Любимова в Холмогорах Архангельской области, открытая в 1692 г. В 1701 г. по указу Петра I создана обсерватория при Навигацкой школе в Москве. В 1839 г. была основана Пулковская обсерватория под Петербургом, оборудованная самыми совершенными инструментами, которые давали возможность получать результаты высокой точности. За это Пулковскую обсерваторию назвали астрономической столицей мира. Сейчас в России более 20 астрономических обсерваторий, среди них ведущей является Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория Академии наук.
Обсерватории мира
Среди зарубежных обсерваторий наиболее крупными являются Гринвичская (Великобритания), Гарвардская и Маунт-Паломарская (США), Потсдамская (Германия), Краковская (Польша), Бюраканская (Армения), Венская (Австрия), Крымская (Украина) и др. Обсерватории различных стран обмениваются результатами наблюдений и исследований, часто работают по одинаковой программе для выработки наиболее точных данных.
Устройство обсерваторий
Для современных обсерваторий характерным видом является здание цилиндрической или многогранной формы. Это башни, в которых установлены телескопы. Современные обсерватории оснащены оптическими телескопами, расположенными в закрытых куполообразных зданиях, или радиотелескопами. Световое излучение, собираемое телескопами, регистрируется фотографическими или фотоэлектрическими методами и анализируется для получения информации о далеких астрономических объектах. Обсерватории обычно располагаются далеко от городов, в климатических зонах с малой облачностью и по возможности на высоких плато, где незначительна атмосферная турбулентность и можно изучать инфракрасное излучение, поглощаемое нижними слоями атмосферы.
Типы обсерваторий
Существуют специализированные обсерватории, которые работают по узкой научной программе: радиоастрономические, горные станции для наблюдений Солнца; некоторые обсерватории связаны с наблюдениями, проводимыми космонавтами с космических кораблей и орбитальных станций.
Большая часть инфракрасного и ультрафиолетового диапазона, а также рентгеновские и гамма-лучи космического происхождения недоступны для наблюдений с поверхности Земли. Чтобы изучать Вселенную в этих лучах, необходимо вынести наблюдательные приборы в космос. Ещё недавно внеатмосферная астрономия была недоступна. Теперь она превратилась в быстро развивающуюся отрасль науки. Результаты, полученные на космических телескопах, без малейшего преувеличения перевернули многие наши представления о Вселенной.
Современный космический телескоп - уникальный комплекс приборов, разрабатываемый и эксплуатируемый несколькими странами в течение многих лет. В наблюдениях на современных орбитальных обсерваториях принимают участие тысячи астрономов со всего мира.
На картинке изображен проект крупнейшего инфрактрасного оптического телескопа в Европейской южной обсерватории высотой 40 м.
Для успешной работы космической обсерватории требуются совместные усилия самых разных специалистов. Космические инженеры готовят телескоп к запуску, выводят его на орбиту, следят за обеспечением энергией всех приборов и их нормальным функционированием. Каждый объект может наблюдаться в течение нескольких часов, поэтому особенно важно удерживать ориентацию спутника, вращающегося вокруг Земли, в одном и том же направлении, чтобы ось телескопа оставалась нацеленной строго на объект.
Инфракрасные обсерватории
Для проведения инфракрасных наблюдений в космос приходится отправлять довольно большой груз: сам телескоп, устройства для обработки и передачи информации, охладитель, который должен уберечь ИК-приёмник от фонового излучения - инфракрасных квантов, испускаемых самим телескопом. Поэтому за всю историю космических полётов в космосе работало очень мало инфракрасных телескопов. Первая инфракрасная обсерватория была запущена в январе 1983 г. в рамках совместного американо-европейского проекта IRAS. В ноябре 1995 г. Европейским космическим агентством осуществлён запуск на околоземную орбиту инфракрасной обсерватории ISO. На ней стоит телескоп с таким же диаметром зеркала, как и на IRAS, но для регистрации излучения используются более чувствительные детекторы. Наблюдениям ISO доступен более широкий диапазон инфракрасного спектра. В настоящее время разрабатывается ещё несколько проектов космических инфракрасных телескопов, которые будут запущены в ближайшие годы.
Не обходятся без ИК-аппаратуры и межпланетные станции.
Ультрафиолетовые обсерватории
Ультрафиолетовое излучение Солнца и звёзд практически полностью поглощается озоновым слоем нашей атмосферы, поэтому УФ-кванты можно регистрировать только в верхних слоях атмосферы и за ее пределами.
Впервые ультрафиолетовый телескоп-рефлектор с диаметром зеркала (SO см и специальный ультрафиолетовый спектрометр выведены в космос на совместном американо-европейском спутнике «Коперник», запущенном в августе 1972 г. Наблюдения на нём проводились до 1981 г.
В настоящее время в России ведутся работы по подготовке запуска нового ультрафиолетового телескопа «Спектр-УФ» с диаметром зеркала 170 см. Крупный международный проект "Спектр-УФ" - "Всемирная космическая обсерватория" (ВКО-УФ) направлен на исследование Вселенной в недоступном для наблюдений с наземными инструментами ультрафиолетовом (УФ) участке электромагнитного спектра: 100-320 нм.
Проект возглавляется Россией, он включен в Федеральную космическую программу на 2006-2015 гг. В настоящее время в работе над проектом участвуют Россия, Испания, Германия и Украина. Казахстан и Индия также проявляют интерес к участию в проекте. Институт астрономии РАН - головная научная организация проекта. Головной организацией по ракетно-космическому комплексу является НПО им. С.А. Лавочкина.
В России создается основной инструмент обсерватории - космический телескоп с главным зеркалом диаметром 170 см. Телескоп будет оснащен спектрографами высокого и низкого разрешения, спектрографом с длинной щелью, а также камерами для построения высококачественных изображений в УФ и оптическом участках спектра.
По возможностям проект ВКО-УФ сравним с американским Космическим Телескопом Хаббла (КТХ) и даже превосходит его в спектроскопии.
ВКО-УФ откроет новые возможности для исследований планет, звездной, внегалактической астрофизики и космологии. Запуск обсерватории запланирован на 2016 год.
Рентгеновские обсерватории
Рентгеновские лучи доносят до нас информацию о мощных космических процессах, связанных с экстремальными физическими условиями. Высокая энергия рентгеновских и гамма-квантов позволяет регистрировать их «поштучно», с точным указанием времени регистрации. Детекторы рентгеновского излучения относительно легки в изготовлении и имеют небольшой вес. Поэтому они использовались для наблюдений в верхних слоях атмосферы и за её пределами с помощью высотных ракет ещё до первых запусков искусственных спутников Земли. Рентгеновские телескопы устанавливались на многих орбитальных станциях и межпланетных космических кораблях. Всего в околоземном пространстве побывало около сотни таких телескопов.
Гамма-обсерватории
Гамма-излучение тесно соседствует с рентгеновским, поэтому для его регистрации используют похожие методы. Очень часто на телескопах, запускаемых на околоземные орбиты, исследуют одновременно и рентгеновские, и гамма-источники. Гамма-лучи доносят до нас информацию о процессах, происходящих внутри атомных ядер, и о превращениях элементарных частиц в космосе.
Первые наблюдения космических гамма-источников были засекречены. В конце 60-х - начале 70-х гг. США запустили четыре военных спутника серии «Вела». Аппаратура этих спутников разрабатывалась для обнаружения всплесков жёсткого рентгеновского и гамма-излучения, возникающих во время ядерных взрывов. Однако оказалось, что большинство из зарегистрированных всплесков не связаны с военными испытаниями, а их источники расположены не на Земле, а в космосе. Так было открыто одно из самых загадочных явлений во Вселенной - гамма-вспышки, представляющие собой однократные мощные вспышки жёсткого излучения. Хотя первые космические гамма-вспышки были зафиксированы ещё в 1969 г., информацию о них опубликовали только четыре года спустя.
Представляю вашему вниманию обзор самых лучших обсерваторий мира. Это могут быть самые большие, самые современные и высокотехнологичные, расположенные в удивительных местах обсерватории, что позволило им попасть в десятку лучших. О многих из них, как например Мауна Кеа на Гавайях, уже упоминали в других статьях, а многие станут для читателя неожиданным открытием. Итак, переходим к списку…
Обсерватория Мауна Кеа, Гавайи
Расположенная на Большом Острове Гавайев, на вершине горы Мауна-Кеа, MKO — обсерватория с самым большим в мире набором оптического, инфракрасного, и высокоточного астрономического оборудования. В здании обсерватории Мауна-Кеа больше телескопов, чем в какой-либо другой в мире.
Очень Большой Телескоп (VLT), Чили
Очень Большой Телескоп — комплекс под управлением Южной европейской обсерватории. Он располагается на Черро Паранал в Пустыне Атакама, на севере Чили. VLT фактически состоит из четырех отдельных телескопов, которые обычно используются отдельно, но могут использоваться вместе, чтобы достигнуть очень высокого углового разрешения.
Южный Полярный Телескоп (SPT), Антарктика
Телескоп диаметром в 10 метров расположен на Станции Амундсена-Скотта, что на Южном полюсе в Антарктике. SPT начал свои астрономические наблюдения в начале 2007 года.
Йеркская обсерватория, США
Основанная в далеком 1897 году, Йеркская обсерватория нет имеет высоких технологий, как предыдущие обсерватории в этом списке. Однако, она по праву считается “местом рождения современной астрофизики”. Она располагается в Заливе Уильямса, Висконсин, на высоте в 334 метра.
Обсерватория ORM, Канары
Обсерватория ORM (Роке де Лос Мучачос) располагается на высоте в 2,396 метров, что делает ее одним из лучших расположений для оптической и инфракрасной астрономии в северном полушарии. Обсерватория также обладает оптическим телескопом с самой большой апертурой в мире.
Аресибо в Пуэрто Рико
Открытая в 1963 обсерватория Аресибо — гигантский радио-телескоп в Пуэрто-Рико. Вплоть до 2011 обсерваторией управлял Корнелльский университет. Гордостью Аресибо является радио-телескоп на 305 метра, имеющий одну из самых больших апертур в мире. Телескоп используется для радио-астрономии, аэрономии и радарной астрономии. Телескоп также известен своим участием в проекте SETI (Поиск Внеземного Разума).
Австралийская Астрономическая обсерватория
Расположенная на высоте в 1164 метров, AAO (Австралийская Астрономическая обсерватория) имеет два телескопа: 3.9-метровый англо-австралийский Телескоп и 1.2-метровый британский Телескоп Schmidt.
Обсерватория университета Токио в Атакаме
Как VLT и другие телескопы, обсерватория Университета Токио также расположена в чилийской Пустыне Атакама. Обсерватория располагается у вершины Серро Чайнантор, на высоте 5,640 метров, что делает её самой высокой астрономической обсерваторией в мире.
ALMA в путыне Атакама
Обсерватория ALMA (Атакамская Большая Миллиметровая/субмиллиметровая Решётка) также находится в пустыне Атакама, рядом с Очень Большим Телескопом и обсерваторией университета Токио. ALMA имеет множество 66, 12 и 7-метровых радио-телескопов. Это результат сотрудничества между Европой, США, Канадой, Восточной Азией и Чили. На создание обсерватории было потрачено более миллиарда долларов. Особо стоит выделить самый дорогой из ныне существующих телескопов, который имеется на вооружении в ALMA.
Астрономическая обсерватория Индии (IAO)
Располагаясь на высоте в 4,500 метров, Астрономическая обсерватория Индии — одна из самых высоких в мире. Она управляется индийским Институтом Астрофизики в Бангалоре.
Оптические обсерватории. Место для строительства оптической обсерватории обычно выбирают вдали от городов с их ярким ночным освещением и смогом. Обычно это вершина горы , где тоньше слой атмосферы, сквозь который приходится вести наблюдения. Желательно, чтобы воздух был сухим и чистым, а ветер не особенно сильным. В идеале обсерватории должны быть равномерно распределены по поверхности Земли, чтобы в любой момент можно было наблюдать объекты северного и южного неба. Однако исторически сложилось так, что большинство обсерваторий расположено в Европе и Северной Америке, поэтому небо Северного полушария изучено лучше. В последние десятилетия начали сооружать крупные обсерватории в Южном полушарии и вблизи экватора, откуда можно наблюдать как северное, так и южное небо. Древний вулкан Мауна-Кеа на о. Гавайи высотой более 4 км считается лучшим местом в мире для астрономических наблюдений. В 1990-х годах там обосновались десятки телескопов разных стран. Башня. Телескопы - очень чувствительные приборы. Для защиты от непогоды и перепадов температуры их помещают в специальные здания - астрономические башни. Небольшие башни имеют прямоугольную форму с плоской раздвигающейся крышей. Башни крупных телескопов обычно делают круглыми с полусферическим вращающимся куполом, в котором для наблюдений открывается узкая щель. Такой купол хорошо защищает телескоп от ветра во время работы. Это важно, поскольку ветер раскачивает телескоп и вызывает дрожание изображения. Вибрация почвы и здания башни также отрицательно влияет на качество изображений. Поэтому телескоп монтируют на отдельном фундаменте, не связанном с фундаментом башни. Внутри башни или вблизи нее монтируют систему вентиляции подкупольного пространства и установку для вакуумного напыления на зеркало телескопа отражающего алюминиевого слоя, тускнеющего со временем. Монтировка. Для наведения на светило телескоп должен вращаться вокруг одной или двух осей. К первому типу относятся меридианный круг и пассажный инструмент - небольшие телескопы, поворачивающиеся вокруг горизонтальной оси в плоскости небесного меридиана. Двигаясь с востока на запад, каждое светило дважды в сутки пересекает эту плоскость. С помощью пассажного инструмента определяют моменты прохождения звезд через меридиан и таким образом уточняют скорость вращения Земли; это необходимо для службы точного времени. Меридианный круг позволяет измерять не только моменты, но и место пересечения звездой меридиана; это нужно для создания точных карт звездного неба. В современных телескопах непосредственное визуальное наблюдение практически не применяется. В основном их используют для фотографирования небесных объектов или для регистрации их света электронными детекторами; при этом экспозиция иногда достигает нескольких часов. Все это время телескоп должен быть точно нацелен на объект. Поэтому с помощью часового механизма он с постоянной скоростью поворачивается вокруг часовой оси (параллельной оси вращения Земли) с востока на запад вслед за светилом, компенсируя этим вращение Земли с запада на восток. Вторая ось, перпендикулярная часовой, называется осью склонений; она служит для наведения телескопа в направлении север-юг. Такую конструкцию называют экваториальной монтировкой и используют почти для всех телескопов, за исключением самых крупных, для которых более компактной и дешевой оказалась альт-азимутальная монтировка. На ней телескоп следит за светилом, поворачиваясь одновременно с переменной скоростью вокруг двух осей - вертикальной и горизонтальной. Это значительно усложняет работу часового механизма, требуя компьютерного контроля. Телескоп-рефрактор имеет линзовый объектив. Поскольку лучи разного цвета преломляются в стекле по разному, линзовый объектив рассчитывают так, чтобы он давал в фокусе четкое изображение в лучах какого-то одного цвета. Старые рефракторы создавались для визуальных наблюдений и поэтому давали четкое изображение в желтых лучах. С появлением фотографии стали строить фотографические телескопы - астрографы, дающие четкое изображение в голубых лучах, к кото
Обсерватория - это современный астрономический комплекс, на котором расположены телескопы для наблюдения за небом и небесными телами. Наземные обсерватории оборудованы вращающимся или убирающимся куполом; космические обсерватории - зонтами и защитными щитами. На Земле обсерватории размещаются чаще всего на далеких островах, где круглый год стоит ясная солнечная погода и хорошо виден небосвод. Одна из самых известных вулканологических обсерваторий расположена на острове Гавайи, самом крупном из Гавайских островов, образованном вершинами 5 вулканов (Мауна-Кеа, Мауна-Лоа, Килауэа, Хуалалаи, Кохала), создана в 1911 году.
Прошла неделя с тех пор, как Национальная солнечная обсерватория в Санспоте, Нью-Мексико, была закрыта, работники эвакуированы и проинструктированы агентами ФБР. Нераскрытые «проблемы безопасности», которыми это все прикрывают, остаются загадкой для публики.
В такой замечательный праздник, как День космонавтики, хочется вспомнить о грандиозных космических проектах, над которыми трудятся российские учёные и инженеры. Одним из таких проектов является Всемирная космическая обсерватория «Спектр-УФ», которую в данный момент создают и
