Методи та засоби астрономічних спостережень.



Астрономія – всехвильова наука, спостереження за небесними тілами ведуться в усьому діапазоні довжин електромагнітних хвиль. Світло – це електромагнітні хвилі дуже вузького діапазону – від 390нм до 760нм, весь інший широкий спектр електромагнітного випромінювання можна «побачити» лише за допомогою спеціального обладнання. Земна атмосфера найкраще пропускає саме видиме світло, радіохвилі ультракороткого діапазону (від 0,01см до 30см) та інфрачервоні хвилі довжиною 0,75—5,2мкм. Згубне для життя на Землі жорстке ультрафіолетове, рентгенівське та гамма–випромінювання поглинається атмосферою.

Оптична астрономія – галузь астрономії, яка вивчає Всесвіт у видимому спектрі. В її основі лежить візуальне та фотографічне спостереження небесних тіл за допомогою телескопів та спектральний аналіз. Визначивши положення спектральних ліній у спектрах зір, можна визначити їх хімічний склад. Саме так було виявлено на Сонці невідомий на той час хімічний елемент – гелій, лише після того його було знайдено на Землі. За допомогою спектрального аналізу було встановлено принципову єдність хімічного складу зір і Землі.

Світло поглинається і випромінюється порціями – квантами або фотонами, енергія яких пов'язана з довжиною хвилі електромагнітного випромінювання. Досягнення квантової механіки, яка зародилась на початку XX ст., дали змогу визначити за спектрами випромінювання зір їх температуру, кількісний склад зоряних атмосфер, швидкість руху газу в атмосфері зір і навіть величину магнітних полів.

Види та принципи дії телескопів.

Найважливіші прилади оптичної астрономії – телескопи (від гр. tele – «далеко», scopeo – «дивлюся»). Перший телескоп збудував Галілео Галілей (1564–1642) 1609 року. Вдосконалюючи конструкцію, учений довів збільшення своїх телескопів від 3 до 35 разів.

Основними частинами телескопа є об'єктив, окуляр, тубус і система монтування.

Телескопи поділяються на три групи (мал. 1):

Ø рефрактори (від лат. refractus – заломлений) – лінзові телескопи, об'єктивом яких є лінза або система лінз. Телескоп Галілея був рефрактором з діаметром лінзи 5,3см;

Ø рефлектори (від лат. reflectere – відбиваючий) – дзеркальні телескопи, об'єктивом яких є увігнуте дзеркало. Перший такий телескоп з діаметром дзеркала 2,5 см побудував І. Ньютон. Головні дзеркала рефлекторів спочатку мали сферичну форму, згодом – параболічну;

Ø меніскові – комбіновані дзеркально–лінзові телескопи.

Найбільший рефрактор у світі, що має лінзу – об'єктив діаметром 102см, знаходиться в Йєрській обсерваторії (США). Найбільший в світі рефлектор, увігнуте дзеркало якого має діаметр 1000см, знаходиться на горі Мануа–Кея (Гаваї). Відомі також рефлектори, дзеркала яких мають діаметри 8,1м – «Джеміні», 8,3м – «Субару», 8,2м – VLT. У Ставропольському краї в Росії знаходиться рефлектор, увігнуте дзеркало якого має діаметр 605см.

До дзеркально – лінзових телескопів належать меніскові телескопи, телескопи системи Шмідта, Річі – Кретьєна та інші. Менісковий телескоп створив радянський оптик Д. Максутов (1896–1964).

Сучасні телескопи дають збільшення до 500 разів. Більше збільшення не дає можливість побачити більше деталей, тому що заважає атмосфера. Усі великі телескопи змонтовані на спеціальних пристроях, які повертаються в напрямку обертання неба з тією ж швидкістю (=15° за годину), з якою обертається Земля навколо своєї осі. Це дає змогу проводити тривале спостереження за однією і тією ж ділянкою неба.

Збільшення телескопа – не основна його характеристика, дуже важливо зібрати якнайбільше світла від небесного світила. Це дає змогу реєструвати навіть дуже слабкі світила – в 100 млн. разів слабші, ніж ті, що можна побачити неозброєним оком. Отже, телескоп потрібен для того, щоб, по-перше, збільшити кількість світла, що приходить від небесного тіла («проникна здатність телескопа»), а по-друге, щоб надати можливість вивчати дрібні деталі об'єкта спостереження («роздільна здатність телескопа»).

Інфрачервона астрономія(довжини хвиль від 1 мм до 0,8 мкм). Спостереження в інфрачервоних променях можна виконувати за допомогою наземних телескопів, розташованих високо в горах, з аеростатів і з борту штучних супутників Землі. Було складено карти зоряного неба в інфрачервоних променях. На цих картах зникли яскраві блакитні та білі зорі, залишились яскраві червоні зорі — Бетельгейзе, Антарес, Альдебаран та інші, з'явились нові джерела ГЧ – випромінювання, які раніше не були помітними у видимому світлі. За потужністю цього випромінювання астрономи визначають температуру зір у галактиках.

Ультрафіолетова астрономія (довжини хвиль від 0,3 до 0,01мкм). Засмагу зумовлюють м'які ультрафіолетові промені з порівняно великою довжиною хвилі. Жорстке ультрафіолетове випромінювання не проходить крізь земну атмосферу. Ультрафіолетові кванти іонізують газове середовище міжзоряного простору. Іонізований газ називається плазмою. Газові хмари, іонізовані ультрафіолетовим світлом гарячих зір, самі стають потужними джерелами випромінювання їх називають світлими газовими туманностями.

Джерела потужного ультрафіолетового випромінювання – це дуже гарячі блакитні та біло-блакитні зорі з великою світністю і температурою поверхні понад 20–25тис.К. їх видиме світло дуже ослаблене завдяки поглинанню газом і пилом. Ультрафіолетові спостереження цих молодих зір дають змогу вивчати шляхи зоряної еволюції.

Дуже високу ультрафіолетову світність мають також швидкозмінні активні ядра галактик і квазари.

Рентгенівська астрономія (довжини хвиль від 30 до 0,01нм). Для реєстрації космічних рентгенівських променів використовують рентгенівські фотоплівки, лічильники Гейгера та спеціальні напівпровідникові прилади, які можуть не тільки реєструвати рентгенівські кванти, а і визначати їх енергію.

Каталоги, складені на основі супутникових спостережень, містять тисячі космічних джерел рентгенівського випромінювання, сотні з яких ототожнені з оптичними об'єктами. Серед рентгенівських джерел багато галактичних об'єктів: залишки наднових зір (наприклад, Крабоподібна Туманність), тісні подвійні системи, ядро нашої Галактики, інші галактики (Туманність Андромеди, галактика Діва), ядра галактик з високою активністю та квазари.

Космічний простір у рентгенівських променях постає перед нами зовсім не схожим на тихий, спокійний, майже незмінний світ зір, який ми бачимо в оптичному діапазоні.

Гамма-астрономія (довжини хвиль менші за 0,01нм). Гамма-випромінювання має дуже маленьку довжину хвилі і дуже високу енергію квантів. Гамма-астрономія розвинулась лише тоді, як детектори гамма-промені були винесені на космічних апаратах (сцинтиляційні лічильники, трекові детектори).

Джерелом – випромінювання слугують частинки дуже високої енергії – частинки дуже гарячого газу з температурою десятки мільйонів градусів або заряджені частинки, що рухаються з неймовірно високими швидкостями.

Астрономи виявили, що існує фонове гамма-випромінювання, зосереджене в частині галактичного диска (поблизу Молочного Шляху), а також дискретні (окремі) джерела гамма-променів різних космічних об'єктів. Деякі з них пов'язані з пульсарами (пульсар у Крабоподібній Туманності, Парус–Х у сузір'ї Паруса).

Радіоастрономія.Об'єкти Всесвіту – Сонце, планети, туманності, галактики, а особливо пульсари і квазари – випромінюють радіохвилі, які можна реєструвати за допомогою сучасних радіотелескопів. Радіовипромінювання космічних об'єктів дуже слабке, тому для його дослідження потрібні дуже чутливі прилади і величезні приймальні антени. Радіоастрономи зазвичай працюють в діапазоні хвиль від кількох міліметрів до 15–20м на поверхні Землі, для реєстрації коротшого радіовипромінювання необхідно виносити апаратуру в космос.

Радіотелескопи зазвичай являють собою конструкції дуже великих розмірів. Основним елементом радіотелескопа є суцільне металічне дзеркало параболічної форми. Дзеркало відбиває радіохвилі так, що вони збираються поблизу фокуса та вловлюються спеціальним пристроєм – опромінювачем. Потім сигнал підсилюється і перетворюється на форму, зручну для реєстрації та аналізу. Зберігання та обробка даних відбувається за допомогою комп'ютерної техніки. Чутливість радіотелескопа тим більша, чим більша його поверхня відбивання.

Найбільшими у світі є 300–метровий нерухомий радіотелескоп з параболічною антеною в Аресібо на острові Пуерто–Рико, побудова ний 1963 р. у кратері згаслого вулкана, та радіотелескоп РАТАН–600 (Радіотелескоп Академії наук діаметром 600м), побудований 1976 р. на північному Кавказі поблизу станиці Зеленчуцької.

Нерухомими радіотелескопами можна досліджувати лише вузьку смугу неба, яка проходить перед ними під час видимого добового обертання неба, але якість спостережень є дуже високою.

Радіотелескопи діаметром до 100м встановлюють на спеціальні опори, які можуть повертатись. Такий радіотелескоп можна навести на будь-яку ділянку неба. Один із найбільших у світі повно–поворотних радіотелескопів встановлений у Криму біля Євпаторії 1978 р. Діаметр його – 70м.

Для збільшення кутового розділення астрономи використовують радіоінтерферометри – системи з кількох радіотелескопів, з'єднаних електричним зв'язком. Роздільна сила такої системи визначається тепер не діаметром антени кожного телескопа, а відстанню між ними, яка називається базою інтерферометра.

Завдяки радіоінтерферометрам вдалося визначити координати радіоджерела Кассіопея А, ототожнити джерело Лебідь А з віддаленою подвійною галактикою, Телець А – з Крабоподібною Туманністю та ін. Виявилось, що найближча від нас галактика в сузір'ї Андромеди випромінює в радіодіапазоні в мільйон разів менше енергії, ніж далека галактика в сузір'ї Лебедя.

В 60–70–ті роки XX ст. було відкрито потужні радіогалактики, квазари, пульсари, міжзоряні мазери, реліктове радіовипромінювання, виявлено вибухи зір, зіткнення цілих зоряних систем – галактик. Набула розвитку теорія механізмів радіовипромінювання – теплового, синхротронного, мазерного. В наш час радіоастрономія знаходиться на передньому фронті астрофізичних досліджень. Завдяки дуже чутливим приймачам випромінювання вона вивчає найбільш віддалені об'єктну Всесвіті.

Обсерваторії світу.

Астрономічні спостереженні проводяться у спеціально обладнаних науково–дослідних установах – обсерваторіях.

Одну з перших обсерваторій побудував на острові Родос давньогрецький астроном Гіппарх (близько 190 – 125pp. до н.е.), саме тут створено перший каталог зір, що налічував 1022 зорі.

У наш час у світі існує близько 400 астрономічних обсерваторій. Найвідоміші обсерваторії: Пулковська (Санкт-Петербург, Росія, заснована 1839 p.), Грінвіцька обсерваторія (Лондон, Англія, 1675 p.), Паризька (Париж, Франція, 1671 р.), Паломарська обсерваторія (Каліфорнія, США, 1920 р.), Мауна–Кеа (Гаваї, США, 1990 p.), Американська (Лас–Кампанес, Чилі, 1976 p.), Європейська (Ла–Сілла, Чилі, 1976), Спеціальна астрофізична обсерваторія (Північний Кавказ, Росія, 1966 p.). Найбільшими в Україні є Кримська астрофізична обсерваторія (1908 p.), Головна астрономічна обсерваторія Національної Академії Наук (Київ, 1944 p.), а також університетські обсерваторії в Києві (1845 p.), Харкові (1898 p.), Львові (1769 р.) та Одесі (1871 p.).

Великий обсяг інформації про космічні об'єкти залишається за межами земної атмосфери. Інтенсивний розвиток космонавтики зумовив створення космічних обсерваторій, які знаходяться на штучних супутниках Землі та інших планет Сонячної системи. 1990 р. У США було створено і запущено на навколоземну орбіту з висотою 612км Космічний телескоп ім. Габбла з діаметром дзеркала 2,4м, який розв'язує велику кількість астрофізичних завдань. Існує також чимало орбітальних телескопів, що працюють в інфрачервоному, ультрафіолетовому, рентгенівському та гамма–діапазонах.

Отже, сукупність сучасних наземних та позаатмосферних методів спостереження з використанням різних типів приймачів випромінювання дає змогу приймати випромінювання космічних об'єктів у всьому діапазоні спектра електромагнітних хвиль, що дає підстави вважати сучасну астрономію всехвильовою. Всехвильова астрономія представила Всесвіт як гігантську, змінну картину, розфарбовану різноманітними кольорами та відтінками. У цій картині закладена історія світотворення, властивості та особливості кожного космічного об'єкта, розташованого як поблизу Землі, так і на відстані мільйонів світлових років у космічному просторі.

Запитання для самоконтролю:

1.  Що таке астрономія?

2.  Які особливості астрономічних спостережень?

3.  Яке практичне застосування астрономічних знань?

4.  Чому астрономію називають всехвильовою наукою?

5.  Що таке телескоп? Які види телескопів ви знаєте?

6.  Що таке радіотелескоп?


Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 133; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!