Удивительная астрономия - Брашнов Дмитрий Геннадьевич (читать книги полностью без сокращений бесплатно .txt) 📗
Вот почему астрономы с радостью восприняли появление астрографов – так называются телескопы, в которых зрение наблюдателя заменено фотокамерой.
Очень большой телескоп (VLT) в Чили
Астрограф – это телескоп для фотографирования космических объектов. Все современные телескопы, конструируемые для обсерваторий, непременно снабжаются первоклассными фотокамерами. Теперь ученому не приходится без сна и отдыха следить за небом, работать с астрографом стало значительно проще. В задачу астронома входит верная наводка телескопа на исследуемую область, а затем анализ полученных фотоснимков.
Причем на всех этапах научной работы астрономам помогает компьютерная техника. Мощнейший «электронный мозг» обсерватории под присмотром человека меняет положение большой трубы телескопа вместе с фотокамерой, управляя часовым механизмом. Обработка тысяч фотоснимков тоже ведется на особых компьютерах, которые облегчают ученому работу и помогают заметить то, что можно было бы пропустить или даже не увидеть, не обладай ученый такого рода техникой.
Кроме фотокамеры и часового механизма, телескопы могут оснащаться и другими устройствами, необходимыми для повышения результативности работы. Некоторые устройства и приспособления разрабатываются специально для того, чтобы проводить наблюдения в строго определенных условиях. Таков, к примеру, фильтр Лио, применяемый на особых телескопах, называемых коронографами.
Коронограф – это внезатменный телескоп для исследований Солнца. Смотреть на Солнце невозможно, от этого человек, как известно, слепнет. Фильтр Лио позволяет смотреть на Солнце «безнаказанно», поскольку это приспособление воссоздает условия полного солнечного затмения. Фильтр, изобретенный французским астрономом Бернардом Лио (1897–1952), представляет собой покрытый черной краской диск, который играет роль Луны, заслоняя собой Солнце так, что астроному видны лишь лучистые оболочки светила – корона и хромосфера. Благодаря фильтру Лио ученые могут без опаски изучать эти оболочки когда угодно, не дожидаясь солнечного затмения.
Лио создал свой коронограф в 1930 году, чем поспособствовал развитию отдельного направления науки – гелиоастрономии, то есть астрономии Солнца (от древнегреческого helios – «солнце»). Впервые исследования с помощью коронографа проводились в том же году на высокогорной обсерватории Пик-дю-Миди, построенной на севере Французских Пиренеев на высоте 2877 м. Прежде эта обсерватория никогда не использовалась для изучения Солнца, но с тех пор превратилась в одну из лучших гелиоастрономических обсерваторий Европы.
Радиотелескоп и радиометр
Видимый свет способен рассказать ученому немало интересного, но картина Вселенной была бы неполной, если бы астрономы не научились видеть невидимые излучения. Свет не может поведать о многих событиях в Галактике. Временами он просто не доходит до Земли из-за поглощения его межзвездной пылью. А нередко бывает и так, что какой-то космический объект вообще не испускает видимого света, хотя обильно посылает в мировое пространство невидимые волны. Все эти невидимые лучи изучаются особым разделом астрономии – многоволновой астрофизикой.
Что значит это название? Физика – это наука о самых общих законах природы. Поэтому астрофизикой называют ту область астрономии, где первоочередное внимание уделяется не движению небесных тел и не вычислению их положений, а изучению их природных (физических) свойств. Астрофизика отвечает на следующие вопросы: из чего состоят, как устроены и в каких условиях существуют те или иные космические объекты.
Слово «многоволновой» применяется потому, что все излучения движутся в пространстве волнами, в точности похожими на морские. Но если морские волны мы видим, то волны излучения – нет. Лишь волны видимого света, если они проникают через зрачок в наши глаза, способны восприниматься человеком. Связано это с разницей в длине волны, то есть в расстоянии между гребнями этих волн. Длина волн видимого света составляет от 3,8 до 7,6 тысячной доли миллиметра. Более короткие волны соответствуют проникающим и насыщенным энергией излучениям: ультрафиолетовому, рентгеновскому, гамма-лучам. Более длинные волны соответствуют инфракрасному излучению и радиосигналам.
История многоволновой астрофизики началась с радиоастрономии – науки о «бродящих» по космосу радиоволнах и их источниках. Как известно, чтобы испускать радиоволны, человеку необходимо собрать специальное устройство – радиопередатчик, оснащенный антенной. С такого передатчика сигнал будет поступать на радиоприемники. Приемник расшифровывает сигналы, которыми кодируются человеческая речь, пение, музыка и прочие звуки. Так работает радио.
Строго говоря, радиосигнал способен нести не только звуковую, но и зрительную информацию. А расшифровывает такое сообщение телевизор. Приходящие к нему из телецентра радиоволны телевизор разбивает на два потока – звуковой и зрительный сигналы. Затем каждый сигнал обрабатывается. На основе зрительного сигнала телевизор рисует картинку на своем экране, на основе звукового создает нужный звук в динамике.
Впервые передача радиосигнала была осуществлена в 1895 году русским изобретателем Александром Поповым (1859–1906). Но за тысячи лет до Попова испускать радиоволны умели разнообразные космические тела – планеты, звезды и даже галактики. Первым человеком, который узнал об этом, стал американский инженер Карл Янский (1905–1950). В 1931 году он изучал влияние грозы на радиопередачи. Дело в том, что молнии создают сильные помехи, засоряя радиоэфир собственными волнами. Такие помехи в радиотехнике принято называть шумом.
Янский направил специальную антенну на небо и в течение года отслеживал грозовые помехи, среди которых оказалась запись странных шумов, повторяющихся с периодичностью 24 часа. Именно за такой срок поворачивается вокруг оси земной шар. Все выглядело так, словно источник шумов где-то неподвижно висит, а планета регулярно поворачивается к этому сигналу своим боком. Янский догадался, что шумы приходят из глубин космоса. Более поздние исследования инженера показали, что источник шума находится где-то в центре Галактики.
Но затем началась Вторая мировая война, и открытия Янского на какое-то время оставили без внимания. Однако в 1945 году война закончилась, и с 1946 года началось систематическое изучение приходящих из космоса радиоволн. Оказалось, что сигналы испускаются преимущественно облаками холодного и горячего межзвездного газа, магнитными полями туманностей, ядрами галактик (включая и нашу), нейтронными звездами, вспышками сверхновых, а также множеством других источников.
Инструментом радиоастрономии являются радиотелескопы. В их устройстве нет никаких линз, потому что каждый радиотелескоп – это похожая на тарелку огромная антенна, снабженная высокочувствительным приемником (радиометром). У некоторых телескопов тарелка выполняется в виде каркаса, покрытого металлической сеткой. У других антенна и впрямь похожа на огромное блюдо, сплошь выложенное металлическими зеркалами.
Скажем, телескоп обсерватории Аресибо (ПуэртоРико) построен в кратере потухшего вулкана. Дно этого кратера залили бетоном, затем поверхность бетонного покрытия выровняли и нанесли на нее слой металла. Диаметр получившегося в результате этих работ телескопа составляет 300 м.
Это очень внушительная конструкция, но отнюдь не самая крупная. Среди астрономов вообще считается, что радиотелескопы с антенной менее 100 м – небольшие. Дело в том, что на Землю поступает так мало радиоволн и они настолько слабы, что поймать их обычными антеннами крайне сложно. А уж о целенаправленном изучении и говорить не приходится. Вообразите только: когда человек встает с кресла, чтобы включить в комнате свет, то затрачивает гораздо больше энергии, чем все радиотелескопы мира приняли за всю историю радиоастрономии.
