Астрономические средства наблюдения Метагалактики

ВВЕДЕНИЕ

В течение многих тысячелетий человек смотрел в космос с поверхности нашей маленькой планеты. Древние астрономы наблюдали в небе светящиеся точки, перемещавшиеся среди неподвижных звезд. Они назвали эти объекты планетами, что в переводе с греческого означает «блуждающие», и дали им имена древнеримских богов. В эпоху Возрождения произошло бурное развитие науки, и в ХVII веке появился новый оптический прибор – телескоп. Началось время удивительных открытий.

Дату рождения «астрономии невидимого» можно указать безошибочно. Именно в тот ясный звездный вечер 7 января 1610 года, когда Галилео Галилей впервые направил телескоп в глубины Вселенной, и был открыт невидимый космос.

Нам, избалованным открытиями радиоастрономии, - трудно понять, насколько вопиюще несовместимыми во времена Галилея были эти два слова – «невидимый космос». «Космос»,  как известно, слово греческое, означающее «мир». В понимании древнего и средневекового ученого космос – это Солнце, Луна, планеты, звезды и прочие небесные светила, вообщем – все то, что видит человек у себя над головой. О том, что видимый космос есть лишь ничтожно маленькая часть космоса невидимого, подавляющее большинство ученых и философов даже не подозревало.

Не много в космосе видит невооруженный глаз. Но, оснащенный современной техникой, он приобретает необыкновенную проницательность и зоркость…

1.  НАЗЕМНЫЕ СРЕДСТВА НАБЛЮДЕНИЯ

1.1  Спектральный анализ небесных тел

Впервые спектры звезд и планет начал наблюдать в прошлом веке итальянский астроном Секки. После его работ спектральным анализом занялись многие астрономы. Вначале использовался визуальный спектроскоп, потом спектры стали фотографировать, а сейчас применяется также и фотоэлектрическая запись спектра. Спектральные приборы с фотографической регистрацией спектра обычно называют спектрографами, а с фотоэлектрической – спектрометрами.

Могучим оружием в исследовании Вселенной стал для астрономов спектральный анализ - изучение интен­сивности излучения в отдельных спектральных линиях, в отдельных участках спектра. Спектральный анализ является важнейшим средством для исследования вселенной и методом, с помощью которого определяется химический состав небесных тел, их температура, размеры, строение, расстояние до них и скорость их движения.

Но недостаточно зарегист­рировать излучение какого-то объекта в определенной длине волны. Необходимы исследования в широком диапазоне длин волн и все сторонний анализ получен­ных результатов. Сегодня астрономы, вооруженные современной ракетной тех­никой, мощными оптически­ми и радиотелескопами, сложной теорией механиз­мов излучения, ведут широ­кое изучение Вселенной в целом и ее отдельных час­тей.

1.2  Оптические телескопы

История телескопов - это история их соперничества, начавшаяся почти 400 лет назад. Телескопы открыли для людей бесконечно разнообразный мир звезд.

Стремление проникнуть как можно дальше в глубь Вселенной и увидеть как можно больше новых объектов, послужило стимулом для создания более мощных наблюдательных приборов. С момента изобретения первого телескопа его оптическая часть, непрерывно совершенствуясь, претерпела многократные изменения. Параллельно с этим совершенствуются и механические конструкции, управление телескопом доверяется компьютерам. 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.

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.

Чтобы получить максимум информации об астрономическом объекте, современный телескоп должен иметь большую поверхность собирающей оптики и высокую эффективность приемников излучения. Кроме того, помехи при наблюдениях должны быть минимальны, т.к. они – 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.

Таблица №1

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 в режиме интерферометра для получения высокого разрешения.

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.

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, который затем был отполирован. Эти телескопы 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".

KECK I и KECK II - первые «ласточки» нового поколения больших телескопов. Это 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 10м, состоящее из 36 шестиугольных сегментов, работающих как одно отражательное зеркало. Они установлены в одном из лучших на Земле мест для астрономических наблюдений - на Гавайях, на склоне потухшего вулкана Мануа Кеа высотой 4 200 м.

Рис.1

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, а 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 м.

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.