Дмитрий брашнов - удивительная астрономия. Где и как в россии изучают небо — Но вы же живете в Чили

НАУКИ О ЗЕМЛЕ ПОЧЕМУ АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ОБСЕРВАТОРИИ РАСПОЛОЖЕНЫ В ГОРАХ В. Г. КОРНИЛОВ Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова ВВЕДЕНИЕ WHY ASTRONOMICAL OBSERVATORIES Все, что мы знаем о звездах, Солнце, планетах, других ARE LOCATED ON MOUNTAINS астрономических объектах, нашей Вселенной, порож- дено наблюдениями. Долгие века астрономы могли на- V. G. KORNILOV блюдать небесные объекты только глазом, сначала не- вооруженным, затем с помощью телескопов. Начиная Astronomy has always been an observational с середины нынешнего столетия, возможности наблю- дателей стали стремительно расширяться за счет освое- science and will forever remain being one. ния новых диапазонов электромагнитных волн. Astronomical observatories form the basis of В 1932 году было открыто радиоизлучение от астро- astronomy. Why astronomers tend to build номических объектов, через 10–15 лет начались радио- their observatories on high mountains? World астрономические исследования, а в 50-х годах XX века – experience and the case of the Tien Shan obser- активные наблюдения в инфракрасном диапазоне. Эти vatory elucidate the current situation in optical диапазоны были освоены первыми не случайно: для их излучения атмосфера Земли практически прозрачна. И astronomy. наконец, с появлением космических обсерваторий ас- трономический арсенал пополнился ультрафиолето- Астрономия всегда была наблюдательной вым, рентгеновским и гамма-излучениями. наукой и всегда останется таковой. Базой Но и теперь, в начале XXI века, наблюдения в оп- астрономической науки являются астро- тическом диапазоне занимают особое положение. Пе- номические обсерватории. Чем вызвано риод споров, нужны ли наземные наблюдения в опти- ческом диапазоне, почти закончился. Несмотря на стремление астрономов располагать свои успешно продолжающуюся миссию космического те- обсерватории высоко в горах? Изложение лескопа Хаббла, строятся новые большие оптические мирового опыта и пример Тянь-Шаньской телескопы. Всего в мире насчитывается около сотни обсерватории проясняют современную си- астрономических обсерваторий, число их неуклонно туацию в оптической астрономии. растет. Примерно 20 обсерваторий обладает телескопа- ми с диаметром главного зеркала больше 3 м. В начале XXI века число больших телескопов должно удвоиться. Казалось бы, что астрономические обсерватории, об- ладающие телескопами с зеркалами 1–3 м, обречены. Однако Вселенная многообразна, и часто для решения © Корнилов В.Г., 2001 определенных задач астрономии нужны не столько крупные инструменты, сколько определенные условия для проведения наблюдений. В горах Северного Тянь-Шаня на высоте около 3000 м расположена Тянь-Шаньская астрономичес- www.issep.rssi.ru кая обсерватория. Каковы специфика этой обсервато- рии и ее перспективы? Для их понимания необходимо К О Р Н И Л О В В. Г. П О Ч Е М У А С Т Р О Н О М И Ч Е С К И Е О Б С Е Р В А Т О Р И И РА С П О Л О Ж Е Н Ы В ГО РА Х 69 НАУКИ О ЗЕМЛЕ выяснить общие особенности наземных оптических альным. Причем различие многократно превышает до- наблюдений звезд и других астрономических объектов. стигнутую в то время точность угловых измерений. Теоретические исследования Лапласа связали вели- ГЛАВНАЯ ОСОБЕННОСТЬ НАЗЕМНЫХ чину рефракции с величиной экстинкции – ослабле- ОПТИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ нием света при прохождении им через атмосферу. Тео- рия экстинкции Лапласа была математической, не Как и другие науки, астрономия разделяется на более рассматривала физических источников этого явления. узкие направления, определяемые, с одной стороны, Позже лорд Рэлей дал убедительное обоснование того, объектами исследований, с другой – методами иссле- что основная причина ослабления света в атмосфере – дований. Оптическая астрономия как исследование это так называемое молекулярное рассеяние. Рассея- небесных тел и явлений на основе данных наблюдений ние – это отклонение некой доли света в сторону от в оптическом диапазоне спектра (примерно от 300 до первоначального, основного направления распростра- 900 нм) в своем арсенале имеет разнообразную прием- нения. Но поскольку единственным прибором для из- ную и измерительную аппаратуру. Тем не менее назна- мерения блеска звезд тогда был глаз наблюдателя, а чение этой аппаратуры одинаково – измерение тех или ошибки таких измерений сравнимы с величиной ос- иных характеристик падающего на зеркало телескопа лабления, то большого внимания явление ослабления света. света не вызывало. Диапазон световых потоков от астрономических В земной атмосфере кроме молекулярного имеется объектов чрезвычайно велик. От самого яркого источ- рассеяние света на аэрозолях – мельчайших частицах ника – Солнца до самых слабых наблюдаемых объек- пыли, сажи, воды, взвешенных в воздухе. Светящиеся тов он составляет около 60 звездных величин, или 1024. ореолы вокруг ярких объектов возникают вследствие При этом есть существенная особенность, важная и именно этого рассеяния, оно также вызывает ослабле- при наблюдениях Солнца, и при наблюдениях слабей- ние света. Содержание аэрозолей в атмосфере меняется, ших объектов: наземные наблюдения осуществляются поэтому и вызываемые ими эффекты также переменны. сквозь атмосферу Земли. Хотя нам крайне повезло, что земная атмосфера практически прозрачна для оптиче- Кроме того, земная атмосфера не является одно- ского диапазона электромагнитных волн, однако ее родной средой с плавно меняющимися характеристи- влиянием на проходящий сквозь нее свет пренебрегать ками. Турбулентное перемешивание слоев воздуха, нельзя. имеющих различную температуру, приводит к хаотич- ному появлению областей более холодного или более Интуитивно понятно, что, чем тоньше земная ат- теплого воздуха размерами от миллиметров до сотен мосфера на луче зрения телескопа, тем меньше ее влия- метров. Эти температурные неоднородности вызывают ние на исследуемое излучение. Следовательно, распо- соответствующие изменения коэффициента преломле- ложив телескоп высоко в горах, можно уменьшить ния воздуха. Проходя через эти неоднородности перво- влияние атмосферы Земли. Но действительно ли раз- начально плоский фронт световой волны искажается. мещение астрономических обсерваторий высоко в го- Нерегулярные искажения волнового фронта приводят рах принесет ощутимый выигрыш для наблюдений? к случайным смещениям изображения звезды (изобра- Этот вопрос в практическом значении не подни- жение как бы дрожит), нерегулярным расплываниям мался до середины XIX века. Выбор места для обсерва- изображения (эффект характерен для средних и круп- торий определялся тогда только близостью к научно- ных телескопов), хаотическому изменению яркости изо- культурным центрам. И действительно, почти все об- бражения (мерцание звезд). серватории, основанные до середины XIX столетия, находятся в университетских городах. ПЕРВЫЕ ВЫСОКОГОРНЫЕ ОБСЕРВАТОРИИ ВЛИЯНИЕ ЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ НА СВЕТ Описанные выше эффекты были хорошо известны астрономам-наблюдателям, однако специально они не ОТ АСТРОНОМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ исследовались, поскольку несильно меняли качество Первые исследования влияния атмосферы на проходя- наблюдений. Связано это с тем, что наблюдения про- щее через нее световое излучение были проведены еще водились визуальными методами на малых телескопах в XVII–XVIII веках. Практический интерес тогда вы- (диаметром менее 0,5 м, если не считать телескопов зывало явление астрономической рефракции, связан- Гершеля). Уникальные особенности механизма зрения ное с изменением коэффициента преломления воздуха позволяют различать малоконтрастные детали изобра- с высотой. Вследствие рефракции измеренное направ- жения в громадном диапазоне яркостей, игнорировать ление на астрономический объект не совпадает с ре- дрожание изображения в широкой полосе частот, 70 С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л, Т О М 7 , № 4 , 2 0 0 1 НАУКИ О ЗЕМЛЕ усреднять мгновенные значения блеска, то есть не- НАЧАЛО ЭРЫ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ сколько корректировать искажающее действие земной ПРИЕМНИКОВ СВЕТА атмосферы. Хотя первые применения приемников излучения с Во второй половине XIX века положение с оценкой внешним и внутренним фотоэффектом приходятся на влияния атмосферы на астрономические наблюдения 20–30-е годы XX века, широкое применение их для ас- стало меняться. Появились факторы, изменившие от- трономических наблюдений в оптическом и ближнем ношение астрономов к выбору места для установки те- инфракрасном диапазонах началось в конце 40-х годов лескопов. Это начало широкого применения фотогра- после появления первых промышленных фотоумножи- фии как объективного регистратора света и появление телей. Высокая чувствительность, линейность и низкий более крупных и, следовательно, более дорогих теле- шум этих приборов сделали возможным в принципе скопов. проводить измерения потока света от звезд с любой на- перед заданной точностью. Применение фотографии широко раздвинуло воз- Однако выяснилось, что даже при совершенно чис- можности наблюдений, однако быстро выяснилось, том небе ослабление света в атмосфере испытывает не- что влияние атмосферы их ограничивает. Рассеяние регулярные вариации величиной до нескольких процен- света небесных и земных источников повышает яр- тов на временах от минут и более. В первую очередь это кость ночного неба. Это фоновое излучение мешает ис- вызывается изменением количества аэрозолей на луче следовать слабейшие астрономические источники, та- зрения телескопа. Нетрудно было предположить и затем кие, как туманности и слабые галактики. Кроме того, доказать, что величина этих вариаций соотносится с об- рассеяние на аэрозолях снижает контраст изображе- щим ослаблением света, вызванным рассеянием на аэ- ния, и его слабые детали пропадают в рассеянном свете розолях. Теперь и у астрономов, исследующих звезды ярких частей наблюдаемого объекта. И наконец, эф- методами фотометрии, появилась насущная потреб- фекты искажения волнового фронта заметно снижают ность устанавливать свои телескопы как можно выше. разрешающую и проницающую возможность телеско- Так, например, обсерватория Китт-Пик, США (2100 м), пов (изображение на фотографии оказывается сущест- создавалась в 1952 году именно для фотоэлектрических венно большим и влияние фона неба усиливается). измерений блеска звезд. Как правило, высокоточная фотометрия развивалась в тех обсерваториях, в которых Проведенные в то время исследования (хотя они проводились также и солнечные исследования. были скорее качественными, чем количественными) показали, что мешающее влияние атмосферы можно Еще более жесткие требования к характеристикам земной атмосферы существуют при наблюдениях в ин- ослабить, располагая телескопы в горах. К тому же раз- фракрасном диапазоне длин волн. Дело в том, что мало- витие транспорта и связи уже позволяло астрономиче- заметное в видимом диапазоне поглощение излучения ским обсерваториям находиться вдали от городов. Ус- парами воды становится в инфракрасном диапазоне пехи астрономии и телескопостроения стимулировали преобладающим, а в некоторых его областях делает ат- постановку новых наблюдательных задач и организа- мосферу практически непрозрачной. Величина погло- цию новых обсерваторий. В результате практически все щения и ее вариации сильно зависят от количества па- обсерватории, основанные в конце XIX и первой поло- ров воды на луче зрения. Количество водяных паров вине XX века, находятся в горах на высоте от 1 до 2 км. сильно различается от времени года и места на Земле. Первые действительно высокогорные обсервато- Естественно, высокогорные районы обладают в этом рии были созданы для солнечных исследований в по- смысле наилучшими характеристиками. пытке значительно уменьшить рассеяние света в зем- Самая высокогорная обсерватория в мире сейчас ной атмосфере. Именно рассеяние солнечного света, находится на Гавайях, на атолле Мауна-Кеа. Там на вы- мешающее изучать такие феномены, как солнечная ко- соте свыше 4000 м расположены крупнейшие телеско- рона и протуберанцы, заставляет астрономов ехать ку- пы многих стран мира, в том числе и специальные те- да угодно, лишь бы наблюдать их в момент солнечного лескопы для инфракрасных исследований. затмения. Подъем на высоту от 2 до 3 км (пик дю Миди Мы практически не коснулись другого существен- во Франции, Сакраменто пик в США, Кадайканал в ного фактора, а именно качества изображений, то есть Индии) действительно позволил исследователям Солн- величины размытия атмосферой изображения астро- ца получить новые значительные результаты, особенно номических объектов. Для многих задач оптической после того, как французский астроном Лио нашел эф- астрономии главной является именно эта характеристи- фективный способ борьбы с рассеянием света в самих ка места наблюдения: исследование предельно слабых солнечных телескопах. объектов, достижение высокого углового разрешения, К О Р Н И Л О В В. Г. П О Ч Е М У А С Т Р О Н О М И Ч Е С К И Е О Б С Е Р В А Т О Р И И РА С П О Л О Ж Е Н Ы В ГО РА Х 71 НАУКИ О ЗЕМЛЕ спектроскопия высокого разрешения, – но и качество Результаты исследований прозрачности атмосфе- изображения, как правило, лучше на высокогорных ры показали, что ослабление света, вызванное аэрозо- обсерваториях. лями, в большинство ясных дней и ночей составляет всего 0,02–0,03. Вследствие этого изменения прозрач- ТЯНЬ-ШАНЬСКАЯ ВЫСОКОГОРНАЯ ности на временах от минут до часов составляют только ЭКСПЕДИЦИЯ ГАИШ доли процента. Наилучшая прозрачность и максималь- С 1 июля 1957 года началась масштабная международ- ное количество ясной погоды приходится на осенне- ная программа ЮНЕСКО – Международный геофизи- зимний период. Обычно превосходные условия изред- ческий год (МГГ). Значительная часть программы МГГ ка могут сильно ухудшаться из-за некоторых глобаль- была выполнена на астрономических обсерваториях. ных явлений. Например, в течение года после изверже- Проводились солнечные исследования и другие астро- ния вулкана Пинатубо (Филиппины, 1991 год) не было номические наблюдения, связанные с геофизически- ни одного безореольного дня и величина ослабления ми явлениями. В июле астрономы Государственного света аэрозолями не опускалась ниже 0,10. Подобное астрономического института им. П.К. Штернберга ухудшение прозрачности атмосферы было отмечено на МГУ (ГАИШ) выехали в экспедицию для проведения многих обсерваториях мира. наблюдений по этой программе. В задачу экспедиции В 1972 году был установлен кудэ-рефрактор фирмы входили исследования теллурических линий (спект- “ОПТОН” для наблюдений активных областей на ральных линий, образующихся в спектре Солнца при Солнце с уникальным фильтром на водородную линию поглощении солнечного излучения молекулами земной Нα . В течение 20 лет он использовался в сети оповеще- атмосферы), непрерывного спектра Солнца и природы ния и прогноза протонных вспышек для космических противосияния. Для наблюдений была выбрана срав- полетов. нительно ровная площадка высокогорного пастбища В 1966 году в экспедиции был установлен неболь- на высоте около 2900 м над уровнем моря, располо- шой телескоп-рефлектор с диаметром зеркала 0,5 м для женная в горах Северного Тянь-Шаня в 40 км от горо- фотоэлектрических измерений блеска звезд. Первые да Алма-Ата. От астрономов казахстанского Астрофи- же наблюдения подтвердили наличие прекрасных ус- зического института им. В.Г. Фесенкова было известно ловий для фотоэлектрической фотометрии и спектро- о хороших условиях для наблюдений в этих местах не- фотометрии. В 1983 году был смонтирован второй та- смотря на близость крупного города. кой же телескоп АЗТ-14. Место оказалось удачным. Действительно, здесь На установленных телескопах с помощью фото- были нередки безореольные дни, то есть такие дни, электрических многоцветных фотометров (обычно ис- когда небо вблизи диска Солнца обладало практически такой же яркостью, что и на значительном удалении. Потери света Это свидетельствовало о почти полном отсутствии аэ- 1,0 розолей в атмосфере на высотах выше наблюдательной площадки. Конечно, молекулярное рассеяние уменьша- 0,8 ется на высоте 3000 м только на 25%, но оно рассеивает H2O свет практически во все стороны и поэтому в отличие от рассеяния на аэрозолях не дает ореола. Для наблюдений 0,6 были установлены небольшой бесщелевой спектро- O2 граф, горизонтальный солнечный телескоп, внезатмен- 0,4 ный коронограф, 8-дюймовый рефрактор и другие не- H2O H2O большие астрономические приборы. 0,2 Через 5 лет высокогорная экспедиция ГАИШ пре- вратилась в постоянную высокогорную наблюдательную станцию, однако еще в течение 30 лет она называлась 0 300 400 500 600 700 800 900 1000 Тянь-Шаньской высокогорной экспедицией (ТШВЭ). В Длина волны, нм первые годы существования экспедиции там выполня- лись исследования в области физики Солнца, теллури- Рис. 1. Типичные зависимости доли потерь света в ческих линий, оптических свойств земной атмосферы, земной атмосфере от длины волны для Тянь-Шань- спектральные наблюдения зодиакального света, проти- ской обсерватории (синяя кривая) и равнинных об- восияния и свечения ночного неба, исследования рас- серваторий (красная кривая). Отмечены полосы по- глощения кислородом и парами воды. Резкий подъ- пределения энергии в спектрах звезд в ультрафиолето- ем потерь вблизи 300 нм обусловлен поглощением вой области, наблюдения затменных переменных звезд. света озоном 72 С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л, Т О М 7 , № 4 , 2 0 0 1 НАУКИ О ЗЕМЛЕ Световой поток ских лучей) и являются мощным инструментом для 1,2 определения физической природы астрономических объектов. В конце 70-х годов в Тянь-Шаньской высокогор- ной экспедиции были проведены успешные опыты по 1,0 использованию компьютеров в фотометрических на- блюдениях для проведения высокоскоростной фото- метрии. Например, для того чтобы получить детальную 0,8 картину явления покрытия звезды Луной, требуется временное разрешение порядка 1 мс. Детальная кривая блеска этого явления, определяемая дифракцией света на лунном крае, содержит в себе информацию об угло- 0,6 вом размере затмеваемой звезды. Наблюдения покры- −80 −40 0 40 80 тий звезд Луной с целью получения физических харак- Время, мс теристик звезд были выполнены в экспедиции впервые Рис. 2. Кривая покрытия звезды 61 Тельца темным в нашей стране. краем Луны, полученная 2 марта 1982 года на 0,5-м телескопе в Тянь-Шаньской высокогорной экспеди- Показатель цвета W–B ции. Время отсчитывается от момента геометричес- кого покрытия. Точки – результаты измерений про- должительностью 2 мс. Сплошная линия – теорети- −1,0 ческая кривая изменения блеска при угловом диаметре звезды 0″003. Световой поток в относи- тельных единицах. Уровень сигнала после покрытия определяется рассеянным светом Луны −0,5 пользуются четыре общепринятые спектральные поло- сы: W или U, B, V и R, расположенные соответственно в ультрафиолетовом, синем, зеленом и красном райо- 0 нах оптического спектра) проводили измерения клас- сических переменных звезд и содержащих релятивист- ские объекты двойных звездных систем. Возможность 0,5 проводить многоцветные измерения с точностью лучше 0,5% позволили получить ценные научные результаты. Какую же информацию могут получить астрономы 1,0 при высокоточных измерениях блеска звезд в разных спектральных областях? Во-первых, это определение светимости, основной энергетической характеристики звезд и других астрономических объектов (конечно, 1,5 при известном расстоянии). Измерение блеска в не- скольких спектральных полосах дает возможность до- статочно точно оценить температуру поверхности звез- 2,0 ды, ее спектральный класс – характеристику, тесно связанную с массой звезды, выделить среди обычных звезд звезды с особенностями – объекты, очень инте- 0 0,5 1,0 1,5 2,0 ресные для дальнейших исследований. Показатель цвета B–V Во-вторых, измерение блеска проводится для об- Рис. 3. Основной инструмент звездной фотометрии – наружения или изучения переменности блеска звезд. двуцветная диаграмма, построенная по данным ка- талога WBVR-величин ярких звезд северного неба. Характер переменности тесно связан с внутренним Показатели цвета, отложенные по осям, – это разно- строением звезд или показывает, что мы имеем дело с сти звездных величин в соответствующих спект- двойными или более сложными системами звезд. Ис- ральных полосах. Голубые горячие звезды располо- жены в верхнем левом углу диаграммы, красные хо- следования переменности блеска в оптическом диапа- лодные – в правом нижнем. Точки вне основного зоне часто дополняются измерениями в других областях скопления обозначают звезды, излучение которых электромагнитного спектра (от радио и до рентгенов- “покраснено” межзведным поглощением света К О Р Н И Л О В В. Г. П О Ч Е М У А С Т Р О Н О М И Ч Е С К И Е О Б С Е Р В А Т О Р И И РА С П О Л О Ж Е Н Ы В ГО РА Х 73 НАУКИ О ЗЕМЛЕ Большое внимание уделялось измерениям другого рода – с целью создания фотометрических каталогов. В 1985–1988 годах был проведен фотоэлектрический об- зор ярких звезд северного неба, в результате которого получены высокоточные звездные величины в четырех полосах спектра для 13,5 тыс. звезд. Успешным наблю- дениям способствовали уникальные условия ТШВЭ и новая приемная аппаратура с использованием компью- тера. Каталог, созданный на основе этих наблюдений, уникален по точности, полноте и однородности и ши- роко используется в мире при проведении фотометри- ческих исследований. ТЯНЬ-ШАНЬСКАЯ Рис. 4. Общий вид Тянь-Шаньской астрономичес- АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ кой обсерватории Напомним основные особенности Тянь-Шаньской вы- сокогорной экспедиции с точки зрения условий для ас- Для новых телескопов разработана и приемная ап- трономических наблюдений: 1) является одной из самых паратура. Это четырехканальные электрофотометры, высоко расположенных над уровнем моря обсерваторий позволяющие одновременно измерять блеск звезд в че- в мире: в мире только три обсерватории расположены тырех спектральных полосах оптического диапазона. выше и еще около пяти располагаются на такой же вы- Применение таких фотометров экономит время изме- соте; 2) удачно расположена по долготе, является од- рения отдельного объекта и позволяет проводить мно- ной из самых восточных обсерваторий на территории гоцветную фотометрию объектов с быстрыми измене- бывшего СССР. Этот фактор важен при проведении ниями блеска. Для исследования слабых объектов синхронных и координированных с другими обсерва- более пригоден панорамный фотометр на основе ПЗС- ториями наблюдений Солнца и звезд; 3) имеет превос- матрицы. ПЗС-матрица – это приемник излучения на ходные дневные астроклиматические характеристики: основе внутреннего фотоэффекта, позволяющий полу- большое количество безореольного ясного дневного чать цифровое изображение (обычно порядка 1000 Ч 1000 наблюдательного времени при хорошем качестве изоб- элементов изображения) исследуемой области неба. ражений; 4) отличается большим количеством ясной Конечно, по современным меркам телескопы с ночной погоды, причем в отличие от других обсервато- зеркалом 1 м – это небольшие телескопы. Проводить рий максимум приходится на осенне-зимний период. на них исследования очень слабых астрономических Очень хорошая и стабильная прозрачность атмосферы объектов невозможно. Однако для высокоточных из- с малым содержанием пыли и воды при качестве изоб- мерений блеска звезд ярче 15-й звездной величины те- ражений лучше среднего делают это место идеальным лескопы диаметром 1–1,5 м являются оптимальными в для высокоточной фотометрии в оптическом и инфра- смысле отношения результатов к стоимости. Как пра- красном диапазонах. вило, на таких телескопах решаются астрономические задачи, требующие большого количества наблюдатель- Исходя из этих особенностей и учитывая реально ного времени (десятков и сотен ночей). Две из них мы сложившиеся в экспедиции направления наблюдатель- отметим особо. ных исследований Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ решил значитель- Прежде всего это исследования двойных систем – но расширить свою наблюдательную базу. Вскоре нача- источников рентгеновского излучения, изучение кото- лись работы по созданию на основе ТШВЭ современ- рых в оптическом диапазоне спектра дает существенную ной обсерватории, ориентированной в первую очередь информацию о свойствах вещества в экстремальных на звездные фотометрические наблюдения и солнеч- физических состояниях. Особенно ценны измерения, ные исследования. В конце 80-х годов XX века были выполненные одновременно с наблюдениями в других построены новые здания Тянь-Шаньской астрономи- диапазонах электромагнитного спектра, например с на- ческой обсерватории, установлены два современных блюдениями орбитальных рентгеновских обсерваторий. телескопа с диаметром зеркал 1 м. Совместно с Чеш- Другая задача – высокоточная фотометрия всех ской академией наук установлен новый горизонталь- звезд ярче 10-й звездной величины. Общее число таких ный солнечный телескоп (диаметр зеркал 0,6 м) с уни- звезд примерно 200 тыс. Подавляющее количество из кальным спектрографом с фокусным расстоянием 35 м. них не имеет точных многоцветных измерений блеска 74 С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л, Т О М 7 , № 4 , 2 0 0 1 НАУКИ О ЗЕМЛЕ объектов. Самый известный пример – это новые и сверхновые звезды, а также загадочные гамма-всплес- ки, у которых, согласно новейшим данным, наблюда- ются оптические проявления. К тому же, как показывает вековой опыт, астро- ном, поставивший наблюдательную задачу, должен присутствовать при наблюдениях, хотя бы даже вирту- ально. Реальное присутствие не всегда возможно, да и обходится недешево. В мире уже существуют несколь- ко фотометрических телескопов, наблюдать на кото- рых можно не выходя из дома. Если добавить к этому открывающиеся возможности включения действую- щей астрономической обсерватории в образователь- ный процесс, то подсоединение компьютеров телеско- пов обсерватории в глобальную сеть ИНТЕРНЕТ не только оправданно, но и крайне необходимо. Именно по такому пути развиваются другие астрономические обсерватории, так должна развиваться и Тянь-Шань- ская астрономическая обсерватория. ЛИТЕРАТУРА 1. Мартынов Д.Я. Курс практической астрофизики. М.: Нау- ка, 1977. 544 с. 2. Щеглов П.В. Проблемы оптической астрономии. М.: Наука, Рис. 5. Один из 1-м телескопов-рефлекторов фир- 1980. 272 с. мы “Цейсс” (“Zeiss”), установленных в Тянь-Шань- ской астрономической обсерватории 3. Струве О., Зебергс В. Астрономия ХХ века: Пер. с англ. М.: Мир, 1968. 548 с. в оптическом диапазоне. После завершения космичес- 4. Вольтье Л., Мейнел А., Кинг И. и др. Оптические телескопы будущего: Пер. с англ. М.: Мир, 1981. 432 с. кого астрометрического эксперимента “Гиппаркос”, измерившего расстояния от Земли для большей части 5. Джиллет Ф., Лабейри А., Нельсон Дж. и др. Оптические и таких звезд, точные фотометрические данные для них инфракрасные телескопы 90-х годов: Пер. с англ. М.: Мир, 1983. 292 с. просто необходимы. Важным обстоятельством для эффективных фо- Рецензент статьи А.М. Черепащук тометрических наблюдений является использование современных компьютерных технологий, в том числе *** сетевых. Большое значение имеет возможность опе- ративного обмена данными наблюдений с другими об- Виктор Геральдович Корнилов, кандидат физико-ма- серваториями мира и отдельными исследователями. тематических наук, зав. лабораторией новых фотоме- трических методов Государственного астрономичес- Дело в том, что поведение некоторых астрономических кого института им. П.К. Штернберга МГУ. Область объектов часто непредсказуемо, а наиболее интерес- научных интересов – фотоэлектрическая фотометрия ным с точки зрения астрофизики являются моменты звезд, астрономическая приемная аппаратура. Автор резкого изменения их оптических характеристик, со- более 30 научных работ, в том числе каталога WBVR- провождающие глобальные изменения строения этих величин ярких звезд северного неба. К О Р Н И Л О В В. Г. П О Ч Е М У А С Т Р О Н О М И Ч Е С К И Е О Б С Е Р В А Т О Р И И РА С П О Л О Ж Е Н Ы В ГО РА Х 75

Изучив этот параграф, мы:

• узнаем, как астрономы исследуют природу космических тел;
• познакомимся с устройством современных телескопов, при помощи которых
• можно путешествовать не только в пространстве, но и во времени;
• увидим, как можно зарегистрировать невидимые для глаза лучи.

Что изучает астрофизика?

Между физикой и астрофизикой есть много общего - эти науки изучают законы мира, в котором мы живем. Но между ними есть и одна существенная разница - физики могут проверить свои теоретические расчеты при помощи соответствующих экспериментов, в то время как астрономы в большинстве случаев такой возможности не имеют, так как изучают природу далеких космических объектов по их излучениям.

В этом параграфе мы рассмотрим основные методы, при помощи которых астрономы собирают информацию о событиях в дальнем космосе. Оказывается, что основным источником такой информации являются электромагнитные волны и элементарные частицы, которые излучают космические тела, а также гравитационные и электромагнитные поля, при помощи которых эти тела между собой взаимодействуют.

Наблюдение за объектами Вселенной осуществляется в специальных астрономических обсерваториях. При этом астрономы имеют определенное преимущество перед физиками - они могут наблюдать за процессами, которые происходили миллионы или миллиарды лет назад.

Для любознательных

Астрофизические эксперименты в космосе все же Происходят - их осуществляет сама природа, а астрономы наблюдают за теми процессами, которые происходят в далеких мирах, и анализируют полученные результаты. Мы наблюдаем определенные явления во времени и видим такое далекое прошлое Вселенной, когда еще не только не существовала наша цивилизация, но даже не было Солнечной системы. То есть астрофизические методы изучения дальнего космоса фактически не отличаются от экспериментов, которые проводят физики на поверхности Земли. К тому же при помощи АМС астрономы проводят настоящие физические эксперименты как на поверхности других космических тел, так и в межпланетном пространстве.

Черное тело

Как известно из курса физики, атомы могут излучать или поглощать энергию электромагнитных волн различной частоты - от этого зависит яркость и цвет того или иного тела. Для расчетов интенсивности излучения вводится понятие черного тела, которое может идеально поглощать и излучать электромагнитные колебания в диапазоне всех длин волн (непрерывный спектр).

Рис. 6.1. Спектр излучения звезды с температурой T = 5800 К. Впадины на графике соответствуют темным линиям поглощения, которые образуют отдельные химические элементы

Звезды излучают электромагнитные волны разной длины, в зависимости от температуры поверхности больше энергии приходится на определенную часть спектра (рис. 6.1). Этим объясняются разнообразные цвета звезд от красного до голубого (см. § 13). Используя законы излучения черного тела, которые открыли физики на Земле, астрономы измеряют температуру далеких космических светил (рис. 6.2). При температуре T = 300 К черное тело излучает энергию преимущественно в инфракрасной части спектра, которая не воспринимается невооруженным глазом. При низких температурах такое тело в состоянии термодина мического равновесия имеет действительно черный цвет.

Рис. 6.2. Распределение энергии в спектре излучения звезд. Цвет звезд определяет температуру поверхности T: у голубых звезд температура 12000 К, у красных - 3000 К. При увеличении температуры на поверхности звезды уменьшается длина волны,соответствующая максимуму энергии излучения

Для любознательных

В природе абсолютно черных тел не существует, даже черная сажа поглощает не более 99% электромагнитных волн. С другой стороны, если бы абсолютно черное тело только поглощало электромагнитные волны, то со временем температура такого тела стала бы бесконечно большой. Поэтому черное тело излучает энергию, причем поглощение и излучение могут происходить в разных частотах. Однако при некоторой температуре устанавливается равновесие между излучаемой и поглощенной энергией. В зависимости от равновесной температуры цвет абсолютно черного тела не обязательно будет черным - например, сажа в печи при высокой температуре имеет красный или даже белый цвет.

Астрономические наблюдения невооруженным глазом

Глаз человека является уникальным органом чувств, при помощи которого мы получаем более 90% информации об окружающем мире. Оптические характеристики глаза определяются разрешением и чувствительностью.

Разрешающая способность глаза, или острота зрения,- это способность различать объекты определенных угловых размеров. Установлено, что разрешающая способность глаза человека не превышает 1" (одна минута дуги; рис. 6.3). Это означает, что мы можем видеть отдельно две звезды (или две буквы в тексте книги), если угол между ними α>1", а если α<1", то эти звезды сливаются в одно светило, поэтому различить их невозможно.

Рис. 6.3. Мы различаем диск Луны, потому что его угловой диаметр 30", в то время как кратеры невооруженным глазом не видны, потому что их угловой диаметр меньше 1". Острота зрения определяется углом α>1"

Мы различаем диски Луны и Солнца, потому что угол, под которым виден диаметр этих светил (угловой диаметр), около 30", в то время как угловые диаметры планет и звезд меньше 1", поэтому эти светила невооруженным глазом видны, как яркие точки. С планеты Нептун диск Солнца будет выглядеть для космонавтов яркой звездой.

Чувствительность глаза определяется порогом восприятия отдельных квантов света. Самую большую чувствительность глаз имеет в желто-зеленой части спектра, и мы можем реагировать на 7-10 квантов, которые попадают на сетчатку за 0,2-0,3 с. В астрономии чувствительность глаза можно определить при помощи видимых звездных величин, характеризующих яркость небесных светил (см. § 13).

Для любознательных

Чувствительность глаза зависит и от диаметра зрачка - в темноте зрачки расширяются, а днем сужаются. Перед астрономическими наблюдениями надо 5 мин посидеть в темноте, тогда чувствительность глаза увеличится.

Телескопы

К сожалению, большинство космических объектов мы не можем наблюдать невооруженным глазом, потому что его возможности ограничены. Телескопы (греч. tele - далеко, skopos - видеть) позволяют нам увидеть далекие небесные светила или зарегистрировать их с помощью других приемников электромагнитного излучения - фотоаппарата, видеокамеры. По конструкции телескопы можно разделить на три группы: рефракторы, или линзовые телескопы (рис. 6.4) (лат. refractus - преломление), рефлекторы, или зеркальные телескопы (рис. 6.5) (лат. reflectio - отбиваю), и зеркально-линзовые телескопы.

Рис. 6.4. Схема линзового телескопа (рефрактора)

Рис. 6.5. Схема зеркального телескопа (рефлектора)

Предположим, что на бесконечности находится небесное светило, которое невооруженным глазом видно под углом. Собирающая линза, которую называют объективом, строит изображение светила в фокальной плоскости на расстоянии от объектива (рис. 6.4). В фокальной плоскости устанавливают фотопластинку, видеокамеру или другой приемник изображения. Для визуальных наблюдений используют короткофокусную линзу - лупу, которую называют окуляром.

Увеличение телескопа определяется так:

(6.1)

где - α 2 угол зрения на выходе окуляра; α 1 - угол зрения, под которым светило видно невооруженным глазом; F,f - фокусные расстояния соответственно объектива и окуляра.

Разрешающая способность телескопа зависит от диаметра объектива, поэтому при одинаковом увеличении более четкое изображение дает телескоп с большим диаметром объектива.

Кроме того телескоп увеличивает видимую яркость светил, которая будет во столько раз больше той, что воспринимается невооруженным глазом, во сколько площадь объектива больше площади зрачка глаза. Запомните! В телескоп нельзя смотреть на Солнце, поскольку его яркость будет такой большой, что вы можете потерять зрение.

Для любознательных

Для определения различных физических характеристик космических тел (движения, температуры, химического состава и т. д.) необходимо проводить спектральные наблюдения, то есть надо измерять, как распределяется излучение энергии в различных участках спектра. Для этого создан ряд дополнительных устройств и приборов (спектрографы, телевизионные камеры и пр.), которые совокупно с телескопом дают возможность отдельно выделять и исследовать излучение участков спектра.

Школьные телескопы имеют объективы с фокусным расстоянием 80-100 см, и набор окуляров с фокусными расстояниями 1-6 см. То есть увеличение школьных телескопов по формуле (6.1) может быть разным (от 15 до 100 раз) в зависимости от фокусного расстояния окуляра, применяемого во время наблюдений. В современных астрономических обсерваториях установлены телескопы, имеющие объективы с фокусным расстоянием более 10 м, поэтому увеличение этих оптических приборов может превышать 1000. Но во время наблюдений такие большие увеличения не применяют, так как неоднородности земной атмосферы (ветры, загрязненность пылью) значительно ухудшают качество изображения.

Электронные приборы

Электронные приборы, использующиеся для регистрации излучения космических светил, существенно увеличивают разрешение и чувствительность телескопов. К таким приборам относятся фотоумножитель и электронно-оптические преобразователи, действие которых основано на явлении внешнего фотоэффекта. В конце XX в. для получения изображения начали применять приборы зарядовой связи (ПЗС), в которых используется явление внутреннего фотоэффекта. Они состоят из очень маленьких кремниевых элементов (пикселей), расположенных на небольшой площади. Матрицы ПЗС используют не только в астрономии, но и в домашних телекамерах и фотоаппаратах - так называемые цифровые системы для получения изображения (рис. 6.6).

Рис. 6.6. Матрица ПЗС

К тому же, ПЗС более эффективны, чем фотопленки, потому что регистрируют 75% фотонов, в то время как пленка - лишь 5%. Таким образом, ПЗС значительно увеличивают чувствительность приемников электромагнитного излучения и позволяют регистрировать космические объекты в десятки раз более слабые, чем при фотографировании.

Радиотелескопы

Для регистрации электромагнитного излучения в радиодиапазоне (длина волны от 1 мм и более - рис. 6.7) созданы радиотелескопы, которые принимают радиоволны с помощью специальных антенн и передают их в приемник. В радиоприемнике космические сигналы обрабатываются и регистрируются специальными приборами.

Рис 6.7. Шкала электромагнитных волн

Существуют два типа радиотелескопов - рефлекторные и радиорешетки. Принцип действия рефлекторного радиотелескопа такой же, как телескопа-рефлектора (рис. 6.5), только зеркало для сбора электромагнитных волн изготавливается из металла. Часто это зеркало имеет форму параболоида обращения. Чем больше диаметр такой параболической «тарелки», тем выше разрешение и чувствительность радиотелескопа. Самый большой в Украине радиотелескоп РТ-70 имеет диаметр 70 м (рис. 6.8).

Рис. 6.8. Радиотелескоп РТ-70 находится в Крыму возле Евпатории

Радио-решетки состоят из большого количества отдельных антенн, расположенных на поверхности Земли в определенном порядке. Если смотреть сверху, то большое количество таких антенн напоминает букву «Т». Крупнейший в мире радиотелескоп такого типа УТР-2 находится в Харьковской области (рис. 6.9).

Рис. 6.9. Крупнейший в мире радиотелескоп УТР-2 (украинский Т-образный радиотелескоп; размеры 1800 м х 900 м)

Для любознательных

Принцип интерференции электромагнитных волн позволяет объединить радиотелескопы, расположенные на расстоянии десятков тысяч километров, что увеличивает их разрешение до 0,0001" - это в сотни раз превосходит возможности оптических телескопов.

Изучение Вселенной с помощью космических аппаратов

С началом космической эры наступает новый этап изучения Вселенной с помощью ИСЗ и АМС. Космические методы имеют существенное преимущество перед наземными наблюдениями, так как значительная часть электромагнитного излучения звезд и планет задерживается в земной атмосфере. С одной стороны, это поглощение спасает живые организмы от смертельного излучения в ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра, но с другой - ограничивает поток информации от светил. В 1990 г. в США был создан уникальный космический телескоп Хаббла с диаметром зеркала 2,4 м (рис. 6.10). В наше время в космосе функционирует много обсерваторий, которые регистрируют и анализируют излучения всех диапазонов - от радиоволн до гамма-лучей (рис. 6.7).

Рис. 6.10. Космический телескоп Хаббла находится за пределами атмосферы, поэтому его разрешение в 10 раз, а чувствительность в 50 раз превосходят возможности наземных телескопов

Большой вклад в изучение Вселенной сделали советские ученые. При их участии были созданы первые КА, которые начали исследовать не только околоземное пространство, но и другие планеты. Автоматические межпланетные станции серии «Луна», «Марс», «Венера» передали на Землю изображения других планет с таким разрешением, которое в тысячи раз превосходит возможности наземных телескопов. Впервые человечество увидело панорамы чужих миров. На этих АМС была установлена аппаратура для проведения непосредственных физических, химических и биологических экспериментов.

Для любознательных

Во времена Киевской Руси астрономические наблюдения проводили монахи. В летописях они рассказывали о необычных небесных явлениях - затмениях Солнца и Луны, появлении комет или новых звезд. С изобретением телескопа для наблюдений за небесными светилами начали строить специальные астрономические обсерватории (рис. 6.11). Первыми астрономическими обсерваториями Европы считают Парижскую во Франции (1667 г.), и Гринвичскую в Англии (1675 г.). Сейчас астрономические обсерватории работают на всех материках, и их общее количество превосходит 400.

Рис. 6.11. Астрономическая обсерватория

Рис. 6.12. Первый украинский спутник «Січ-1»

Выводы

Астрономия с оптической науки превратилась во всеволновую, потому что основным источником информации о Вселенной являются электромагнитные волны и элементарные частицы, которые излучают космические тела, а также гравитационные и электромагнитные поля, при помощи которых эти тела между собой взаимодействуют. Современные телескопы позволяют получать информацию о далеких мирах, и мы можем наблюдать события, которые происходили миллиарды лет назад. То есть с помощью современных астрономических приборов мы можем путешествовать не только в пространстве, но и во времени.

Тесты

1. Телескоп - это такой оптический прибор, который:
   А. Приближает к нам космические тела.
   Б. Увеличивает космические светила.
   В. Увеличивает угловой диаметр светила.
   Г. Приближает нас к планете.
   Д. Принимает радиоволны.
2. Почему крупные астрономические обсерватории строят в горах?
   А. Чтобы приблизиться к планетам.
   Б. В горах большая продолжительность ночи.
   В. В горах меньше облачность.
   Г. В горах более прозрачный воздух.
   Д. Чтобы увеличить световые помехи.
3. Может ли черное тело быть белого цвета?
   А. Не может.
   Б. Может, если покрасить его белой краской.
   В. Может, если температура тела приближается к абсолютному нулю.
   Г. Может, если температура тела ниже 0°С.
   Д. Может, если температура тела выше 6000 К.
4. В какой из этих телескопов можно увидеть наибольшее количество звезд?
   А. В рефлектор с диаметром объектива 5 м.
   Б. В рефрактор с диаметром объектива 1 м.
   В. В радиотелескоп с диаметром 20 м.
   Г. В телескоп с увеличением 1000 и с диаметром объектива 3 м.
   Д. В телескоп с диаметром объектива 3 м и увеличением 500.
5. Какие из этих светил с такой температурой на поверхности не существуют во Вселенной?
   А. Звезда с температурой 10000°С.
   Б. Звезда с температурой 1000 К.
   В. Планета с температурой -300 °С.
   Г. Комета с температурой 0 К.
   Д. Планета с температурой 300 К.
6. Чем объясняются разнообразные цвета звезд?
7. Почему в телескоп мы видим больше звезд, чем невооруженным глазом?
8. Почему наблюдения в космосе дают больше информации, чем наземные телескопы?
9. Почему звезды в телескоп видны как яркие точки, а планеты в тот же телескоп - как диск?
10. На какое наименьшее расстояние надо улететь в космос для того, чтобы космонавты невооруженным глазом видели Солнце как яркую звезду в виде точки?
11. Говорят, что некоторые люди имеют такое острое зрение, что даже невооруженным глазом различают крупные кратеры на Луне. Вычислите достоверность этих фактов, если крупнейшие кратеры на Луне имеют диаметр 200 км, а среднее расстояние до Луны 380000 км.

Диспуты на предложенные темы

1. Сейчас в космосе строится международная космическая станция, на которой Украина будет иметь космический блок. Какие астрономические приборы вы могли бы предложить для проведения исследований Вселенной?

Задания для наблюдений

1. Телескоп-рефрактор можно изготовить при помощи линзы для очков. Для объектива можно использовать линзу из очков +1 диоптрии, а в качестве окуляра - объектив фотоаппарата или другую линзу для очков +10 диоптрий. Какие объекты вы сможете наблюдать в такой телескоп?

Ключевые понятия и термины:

Непрерывный спектр, радиотелескоп, рефлектор, рефрактор, разрешающая способность глаза, спектр, спектральные наблюдения, телескоп, черное тело.

Людям, интересующимся астрономией, хорошо известно, что сегодня главными поставщиками космических фотографий являются телескопы NASA и наземные наблюдательные пункты ESO (Европейской Южной Обсерватории), расположенные в северной части Чили.

Однако мало кто знает, что и в российских обсерваториях ученые ежедневно получают не менее качественные снимки космоса. К сожалению, эти снимки редко публикуют в мировых научных изданиях, а если их там и размещают, то обыватель практически никогда не обращает внимания на авторство и считает, что полученные изображения — результат работы американских наблюдательных инструментов.

Предлагаем познакомиться с известными российскими обсерваториями (наземными и космической), узнать, как и на чем там работают и посмотреть на фотографии космоса, сделанные в крупнейших наблюдательных астрономических пунктах России.

Обсерватория в Карачаево-Черкесии

Начнем с самого крупного в СНГ астрономического центра наземных наблюдений за космосом, расположенного в Карачаево-Черкесии — Специальной астрофизической обсерватории РАН. Еще в советское время на ее территории были возведены радиотелескоп РАТАН-600 и телескоп-рефлектор БТА, долгое время не имевшие аналогов в мире.

Оптический телескоп БТА был построен в 1975 году и оставался самым большим наземным наблюдательным инструментом с монолитным зеркалом (диаметр 6 м) вплоть до 1998 года, когда на горе Серро-Тололо в Чили в эксплуатацию был введен телескоп VLT (диаметр 8,2 м).

Сегодня существует лишь пять инструментов, превосходящих БТА по размеру – американский LBT, европейский VLT, японский Subaru, MMT, Gemini.

Телескоп БТА установлен на горе Семиродники на высоте 2733 метра над уровнем моря, а его шестиметровое зеркало позволяет ученым получать высококачественные фотографии галактик и других космических объектов.

РАТАН-600 был построен годом ранее БТА и до сих пор остается одним из крупнейших радиотелескопов с рефлекторным зеркалом диаметром почти 600 метров.

Инструмент установлен на высоте 970 метров над уровнем моря и позволяет проводить исследование близких к Земле планет и их спутников, Солнца, солнечного ветра, а также удаленных объектов: квазаров, радиогалактик.

Основные преимущества этого телескопа — высокочастотность и высокая чувствительность яркостной температуры.

Помимо БТА и РАТАН-600, на территории САО РАН также установлено несколько других, менее крупных, телескопов европейского и российского производства, позволяющих вести наблюдения за светилами в нашей Галактике.

Российская космическая обсерватория «Радиоастрон»

В 2011 году российские ученые вместе со своими европейскими коллегами запустили проект «Радиоастрон» — это уникальная орбитальная обсерватория на солнечных батареях, состоящая из космического радиотелескопа «Спектр-Р» и электронного комплекса (синтезатора частот, малошумящих усилителей, блоков управления).

Космический радиотелескоп может работать с сетью наземных инструментов, образуя один гигантский наземно-космический телескоп (интерферометр). Это позволяет получать снимки далеких объектов в тысячу раз более детальные, чем это делает аппарат NASA «Хаббл».

Максимальное увеличение «Спектр-Р» зависит от двух самых удаленных точек его линзы. Одна из таких точек — наземные телескопы, вторая — сама обсерватория, вращающаяся по вытянутой орбите вокруг Земли. За счет того, что в апогее обсерватория удаляется от планеты на расстояние 350 000 километров, ее угловое разрешение может достигать миллионных долей угловой секунды, что более чем в 30 раз лучше любых наземных систем!

«Спектр-Р» предназначен для исследования структуры галактических и внегалактических радиоисточников, далеких галактик, их ядер, солнечного ветра, нейтронных звезд и черных дыр.

Данные, поступающие с космической обсерватории, принимают в Национальной радиоастрономической обсерватории в США и Пущинской радиоастрономической обсерватории в России.

Инструмент имеет 10-метровую антенну, благодаря которой он попал в Книгу рекордов Гиннесса как самый большой космический радиотелескоп.

Пулковская обсерватория — главный астрономический центр РАН

В 19 километрах от Санкт-Петербурга на Пулковских высотах (75 метров над уровнем моря) располагается одна из старейших обсерваторий России — Пулковская, деятельность которой охватывает практически все направления современной астрономии: ученые изучают не только небесные тела в Солнечной системе (положение и их движение), но и объекты, находящиеся на задворках нашей Галактики.

Главный инструмент обсерватории — 26-дюймовый оптический телескоп-рефрактор с фокусным расстоянием более 10 метров. Это единственный в России телескоп такого класса. Аппарат изготовлен в 1956 году на немецком заводе «Карл Цейсс» и предназначен для определения особо точных координат звезд и тел Солнечной системы.

Пулковский рефрактор — один из самых продуктивных в мире по наблюдению за двойными звездами: к 2016 году работниками обсерватории проведено более 30 000 исследований!

Кроме рефрактора сейчас в Пулково работают еще три телескопа: зеркальный астрограф ЗА-320 — «ловец» опасных астероидов; нормальный астрограф — инструмент для фотографирования небесных тел, работает с 1893 года и до сих пор в строю, автоматизирован и оснащен цифровой камерой; зеркальный метровый телескоп САТУРН (с 2015 г.) — адаптирован для наземных наблюдений за планетами.

К большому сожалению, сегодня Пулковская обсерватория находится не в самом лучшем положении. В защитной зоне начались несогласованные строительные работы, которые могут вызвать проблемы с качеством наблюдений за небесными объектами.

Нашли ошибку? Пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

учреждение, где ученые наблюдают, изучают и анализируют природные явления. Наиболее известны астрономические обсерватории для исследования звезд, галактик, планет и других небесных объектов. Существуют также метеорологические обсерватории для наблюдения погоды; геофизические обсерватории для изучения атмосферных явлений, в частности, - полярных сияний; сейсмические станции для регистрации колебаний, возбужденных в Земле землетрясениями и вулканами; обсерватории для наблюдения космических лучей и нейтрино. Многие обсерватории оснащены не только серийными приборами для регистрации природных явлений, но и уникальными инструментами, обеспечивающими в конкретных условиях наблюдения максимально высокие чувствительность и точность. В прежние времена обсерватории, как правило, сооружали вблизи университетов, но затем стали размещать в местах с наилучшими условиями для наблюдения изучаемых явлений: сейсмические обсерватории - на склонах вулканов, метеорологические - равномерно по всему земному шару, авроральные (для наблюдения за полярными сияниями) - на расстоянии около 2000 км от магнитного полюса Северного полушария, где проходит полоса интенсивных сияний. Астрономическим обсерваториям, в которых используются оптические телескопы для анализа света космических источников, требуется чистая и сухая атмосфера, свободная от искусственного освещения, поэтому их стараются строить высоко в горах. Радиообсерватории часто размещают в глубоких долинах, со всех сторон закрытых горами от радиопомех искусственного происхождения. Тем не менее, поскольку в обсерваториях трудится квалифицированный персонал и регулярно приезжают ученые, по возможности стараются размещать обсерватории не очень далеко от научных и культурных центров и транспортных узлов. Впрочем, развитие средств связи делает эту проблему все менее актуальной. В этой статье речь идет об астрономических обсерваториях. Дополнительно про обсерватории и научные станции других типов рассказано в статьях:
ВНЕАТМОСФЕРНАЯ АСТРОНОМИЯ;
ВУЛКАНЫ;
ГЕОЛОГИЯ;
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ;
МЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ;
НЕЙТРИННАЯ АСТРОНОМИЯ;
РАДИОЛОКАЦИОННАЯ АСТРОНОМИЯ;
РАДИОАСТРОНОМИЯ.
ИСТОРИЯ АСТРОНОМИЧЕСКИХ ОБСЕРВАТОРИЙ И ТЕЛЕСКОПОВ
Древний мир. Наиболее старые дошедшие до нас факты астрономических наблюдений связаны с древними цивилизациями Среднего Востока. Наблюдая, записывая и анализируя движение по небу Солнца и Луны, жрецы вели счет времени и календарь, предсказывали важные для сельского хозяйства сезоны, а также занимались астрологическими прогнозами. Измеряя с помощью простейших приборов перемещения небесных светил, они обнаружили, что взаимное расположение звезд на небе остается неизменным, а Солнце, Луна и планеты движутся относительно звезд и притом весьма сложно. Жрецы отмечали редкие небесные явления: лунные и солнечные затмения, появление комет и новых звезд. Астрономические наблюдения, приносящие практическую пользу и помогающие формировать мировоззрение, находили определенную поддержку как у религиозных авторитетов, так и у гражданских правителей разных народов. На многих сохранившихся глиняных табличках из древних Вавилона и Шумера записаны астрономические наблюдения и вычисления. В те времена, как и сейчас, обсерватория служила одновременно мастерской, хранилищем приборов и центром сбора данных. См. также
АСТРОЛОГИЯ;
ВРЕМЕНА ГОДА;
ВРЕМЯ;
КАЛЕНДАРЬ. Об астрономических инструментах, применявшихся до эпохи Птолемея (ок. 100 - ок. 170 н.э.), известно мало. Птолемей вместе с другими учеными собрал в огромной библиотеке Александрии (Египет) множество разрозненных астрономических записей, сделанных в различных странах за предшествующие века. Используя наблюдения Гиппарха и свои собственные, Птолемей составил каталог положений и блеска 1022 звезд. Вслед за Аристотелем он поместил Землю в центр мира и считал, что все светила обращаются вокруг нее. Вместе с коллегами Птолемей провел систематические наблюдения движущихся светил (Солнце, Луна, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн) и разработал детальную математическую теорию для предсказания их будущего положения по отношению к "неподвижным" звездам. С ее помощью Птолемей рассчитал таблицы движения светил, которые затем использовались более тысячи лет.
См. также ГИППАРХ. Для измерения мало меняющихся размеров Солнца и Луны астрономы пользовались прямой планкой со скользящим визиром в виде темного диска или пластины с круглым отверстием. Наблюдатель направлял планку на цель и двигал визир вдоль нее, добиваясь точного совпадения отверстия с размером светила. Птолемей и его коллеги усовершенствовали многие из астрономических приборов. Проводя с ними тщательные наблюдения и при помощи тригонометрии переводя инструментальные показания в позиционные углы, они довели точность измерений примерно до 10"
(см. также ПТОЛЕМЕЙ Клавдий).
Средние века. В связи с политическими и социальными потрясениями поздней античности и раннего средневековья развитие астрономии в Средиземноморье приостановилось. Каталоги и таблицы Птолемея сохранились, но все меньше людей умели ими пользоваться, и все реже проводились наблюдения и регистрация астрономических событий. Однако на Среднем Востоке и в Центральной Азии астрономия расцветала и строились обсерватории. В 8 в. Абдалла аль-Мамун основал в Багдаде Дом мудрости, подобный Александрийской библиотеке, и организовал связанные с ним обсерватории в Багдаде и Сирии. Там несколько поколений астрономов изучали и развивали работы Птолемея. Подобные учреждения процветали в 10 и 11 вв. в Каире. Кульминацией той эпохи стала гигантская обсерватория в Самарканде (ныне Узбекистан). Там Улукбек (1394-1449), внук азиатского завоевателя Тамерлана (Тимура), построив огромный секстант радиусом 40 м в виде ориентированной на юг траншеи шириной 51 см с отделанными мрамором стенками, проводил наблюдения Солнца с небывалой точностью. Несколько инструментов меньшего размера он использовал для наблюдений звезд, Луны и планет.
Возрождение. Когда в исламской культуре 15 в. астрономия достигла расцвета, Западная Европа вновь открыла для себя это великое творение античного мира.
Коперник. Николай Коперник (1473-1543), вдохновленный простотой принципов Платона и других греческих философов, с недоверием и тревогой взирал на геоцентрическую систему Птолемея, которая требовала громоздких математических расчетов для объяснения видимых движений светил. Коперник предложил, сохранив подход Птолемея, поместить Солнце в центр системы, а Землю считать планетой. Это значительно упростило дело, но вызвало глубокий переворот в сознании людей (см. также КОПЕРНИК Николай).
Тихо Браге. Датский астроном Т. Браге (1546-1601) был обескуражен тем, что теория Коперника точнее предсказывала положение светил, чем теория Птолемея, но все же не вполне верно. Он счел, что проблему решат более точные наблюдательные данные, и убедил короля Фридриха II отдать ему для строительства обсерватории о. Вен близ Копенгагена. В этой обсерватории, названной Ураниборг (Небесный замок) было множество стационарных инструментов, мастерские, библиотека, химическая лаборатория, спальни, столовая и кухня. Тихо имел даже свои бумажную мельницу и печатный станок. В 1584 он построил новое здание для наблюдений - Стьернеборг (Звездный замок), где собрал самые крупные и совершенные инструменты. Правда, это были приборы того же типа, что и во времена Птолемея, но Тихо значительно повысил их точность, заменив дерево металлами. Он ввел особо точные визиры и шкалы, придумал математические методы для калибровки наблюдений. Тихо и его помощники, наблюдая за небесными телами невооруженным глазом, достигли со своими приборами точности измерений в 1". Они систематически перемеряли положения звезд и наблюдали за движением Солнца, Луны и планет, собирая наблюдательные данные с небывалым упорством и аккуратностью
(см. также БРАГЕ Тихо).

Кеплер. Изучая данные Тихо, И. Кеплер (1571-1630) обнаружил, что наблюдаемое обращение планет вокруг Солнца не удается представить как движение по окружностям. Кеплер с большим почтением относился к результатам, полученным в Ураниборге, и поэтому отбросил мысль о том, что небольшие расхождения вычисленных и наблюдаемых положений планет могли быть вызваны ошибками в наблюдениях Тихо. Продолжая поиски, Кеплер установил, что планеты движутся по эллипсам, заложив этим фундамент для новой астрономии и физики
(см. также КЕПЛЕР Иоганн; КЕПЛЕРА ЗАКОНЫ). Работы Тихо и Кеплера предвосхитили многие особенности современной астрономии, такие, как организация специализированных обсерваторий при государственной поддержке; доведение до совершенства приборов, хотя бы и традиционных; деление ученых на наблюдателей и теоретиков. Новые принципы работы утверждались вместе с новой техникой: на помощь глазу в астрономии шел телескоп.
Появление телескопов. Первые телескопы-рефракторы. В 1609 Галилей начал использовать свой первый самодельный телескоп. Наблюдения Галилея открыли эру визуальных исследований небесных светил. Вскоре телескопы распространились по Европе. Любознательные люди делали их сами или заказывали мастерам и устраивали небольшие личные обсерватории, обычно в собственных домах
(см. также ГАЛИЛЕЙ Галилео). Телескоп Галилея назвали рефрактором, поскольку лучи света в нем преломляются (лат. refractus - преломленный), проходя сквозь несколько стеклянных линз. В простейшей конструкции передняя линза-объектив собирает лучи в фокусе, создавая там изображение объекта, а расположенную у глаза линзу-окуляр используют как лупу для рассматривания этого изображения. В телескопе Галилея окуляром служила отрицательная линза, дающая прямое изображение довольно низкого качества с малым полем зрения. Кеплер и Декарт развили теорию оптики, и Кеплер предложил схему телескопа с перевернутым изображением, но значительно большими полем зрения и увеличением, чем у Галилея. Эта конструкция быстро вытеснила прежнюю и стала стандартом для астрономических телескопов. Например, в 1647 польский астроном Ян Гевелий (1611-1687) использовал для наблюдения Луны кеплеровы телескопы длиной 2,5-3,5 метра. Вначале он устанавливал их в небольшой башенке на крыше своего дома в Гданьске (Польша), а позже - на площадке с двумя наблюдательными пунктами, один из которых был вращающимся (см. также ГЕВЕЛИЙ Ян). В Голландии Христиан Гюйгенс (1629-1695) и его брат Константин строили очень длинные телескопы, имевшие объективы диаметром лишь несколько дюймов, но обладавшие огромным фокусным расстоянием. Это улучшало качество изображения, хотя и затрудняло работу с инструментом. В 1680-х годах Гюйгенс экспериментировал с 37-метровым и 64-метровым "воздушными телескопами", объективы которых располагали на вершине мачты и поворачивали с помощью длинной палки или веревок, а окуляр просто держали в руках (см. также ГЮЙГЕНС Христиан). Используя линзы, изготовленные Д. Кампани, Ж.Д.Кассини (1625-1712) в Болонье и позже в Париже проводил наблюдения с воздушными телескопами длиной 30 и 41 м, продемонстрировав их несомненные достоинства, несмотря на сложность работы с ними. Наблюдениям очень мешала вибрация мачты с объективом, трудности его наведения с помощью веревок и тросов, а также неоднородность и турбулентность воздуха между объективом и окуляром, особенно сильная в отсутствие трубы. Ньютон, телескоп-рефлектор и теория тяготения. В конце 1660-х годов И. Ньютон (1643-1727) пытался разгадать природу света в связи с проблемами рефракторов. Он ошибочно решил, что хроматическая аберрация, т.е. неспособность линзы собрать лучи всех цветов в один фокус, принципиально неустранима. Поэтому Ньютон построил первый работоспособный телескоп-рефлектор, у которого роль объектива вместо линзы играло вогнутое зеркало, собирающее свет в фокусе, где изображение можно рассматривать через окуляр. Однако важнейшим вкладом Ньютона в астрономию стали его теоретические работы, показавшие, что кеплеровы законы движения планет являются частным случаем всеобщего закона тяготения. Ньютон сформулировал этот закон и развил математические приемы для точного вычисления движения планет. Это стимулировало рождение новых обсерваторий, где с высочайшей точностью измеряли положения Луны, планет и их спутников, уточняя с помощью теории Ньютона элементы их орбит и прогнозируя движение.
См. также
НЕБЕСНАЯ МЕХАНИКА;
ТЯГОТЕНИЕ;
НЬЮТОН Исаак.
Часы, микрометр и телескопический визир. Не менее важным, чем улучшение оптической части телескопа, было усовершенствование его монтировки и оснащения. Для астрономических измерений стали необходимы маятниковые часы, способные идти по местному времени, которое определяется из одних наблюдений и используется в других
(см. также ЧАСЫ). С помощью нитяного микрометра удалось при наблюдении в окуляр телескопа измерять очень малые углы. Для увеличения точности астрометрии важную роль сыграло совмещение телескопа с армиллярной сферой, секстантом и прочими угломерными инструментами. Как только визиры для невооруженного глаза были вытеснены маленькими телескопами, возникла потребность в значительно более точном изготовлении и делении угловых шкал. В значительной мере в связи с потребностями европейских обсерваторий развилось производство небольших высокоточных станков
(см. также ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ).
Государственные обсерватории. Улучшение астрономических таблиц. Со второй половины 17 в. для целей мореплавания и картографии правительства разных стран начали учреждать государственные обсерватории. В Королевской академии наук, основанной Людовиком XIV в Париже в 1666, академики взялись за пересмотр астрономических констант и таблиц "с нуля", приняв за основу работы Кеплера. В 1669 по инициативе министра Ж.-Б.Кольбера была основана Королевская обсерватория в Париже. Ей руководило четыре замечательных поколения Кассини, начиная с Жана Доминика. В 1675 была основана Королевская Гринвичская обсерватория, возглавил которую первый Королевский астроном Д.Флемстид (1646-1719). Вместе с Королевским обществом, начавшим свою деятельность в 1647, она стала в Англии центром астрономических и геодезических исследований. В те же годы были основаны обсерватории в Копенгагене (Дания), Лунде (Швеция) и Гданьске (Польша) (см. также ФЛЕМСТИД Джон). Важнейшим результатом деятельности первых обсерваторий стали эфемериды - таблицы предвычисленных положений Солнца, Луны и планет, необходимые для картографии, навигации и фундаментальных астрономических исследований.
Введение стандартного времени. Государственные обсерватории стали хранителями эталонного времени, которое сначала распространяли с помощью оптических сигналов (флаги, сигнальные шары), а позже - по телеграфу и радио. Нынешняя традиция падающих в полночь Сочельника шаров восходит к тем временам, когда сигнальные шары падали по высокой мачте на крыше обсерватории в точно назначенное время, давая возможность капитанам стоящих в гавани судов проверять перед отплытием свои хронометры.
Определение долгот. Исключительно важной задачей государственных обсерваторий той эпохи было определение координат морских судов. Географическую широту легко найти по углу Полярной звезды над горизонтом. Но долготу определить гораздо сложнее. Одни методы основывались на моментах затмений спутников Юпитера; другие - на положении Луны относительно звезд. Но самые надежные методы требовали высокоточных хронометров, способных в течение плавания сохранять время обсерватории вблизи порта выхода.
Развитие Гринвичской и Парижской обсерваторий. В 19 в. важнейшими астрономическими центрами оставались государственные и некоторые частные обсерватории Европы. В списке обсерваторий 1886 года мы обнаруживаем 150 в Европе, 42 в Северной Америке и 29 в других местах. Гринвичская обсерватория к концу века имела 76-см рефлектор, 71-, 66- и 33-см рефракторы и множество вспомогательных инструментов. Она активно занималась астрометрией, службой времени, физикой Солнца и астрофизикой, а также геодезией, метеорологией, магнитными и другими наблюдениями. Парижская обсерватория тоже располагала точными современными инструментами и проводила программы, подобные гринвичским.
Новые обсерватории. Пулковская астрономическая обсерватория Императорской академии наук в С.-Петербурге, построенная в 1839, быстро добилась уважения и почета. Ее растущий коллектив занимался астрометрией, определением фундаментальных постоянных, спектроскопией, службой времени и множеством геофизических программ. Потсдамская обсерватория в Германии, открытая в 1874, вскоре стала авторитетной организацией, известной работами по физике Солнца, астрофизике и фотографическим обзорам неба.
Создание больших телескопов. Рефлектор или рефрактор? Хотя телескоп-рефлектор Ньютона был важным изобретением, в течение нескольких десятилетий он воспринимался астрономами лишь как инструмент, дополняющий рефракторы. Вначале рефлекторы делали сами наблюдатели для собственных небольших обсерваторий. Но к концу 18 в. за это взялась молодая оптическая промышленность, оценив потребность растущего числа астрономов и геодезистов. Наблюдатели получили возможность выбора из множества типов рефлекторов и рефракторов, каждый из которых имел достоинства и недостатки. Телескопы-рефракторы с линзами из высококачественного стекла давали изображение лучшее, чем у рефлекторов, да и труба у них была компактнее и жестче. Но рефлекторы могли быть изготовлены значительно большего диаметра, а изображения в них не были искажены цветными каемками, как у рефракторов. В рефлектор лучше видны слабые объекты, поскольку отсутствуют потери света в стеклах. Однако сплав спекулум, из которого делали зеркала, быстро тускнел и требовал частой переполировки (покрывать поверхность тонким зеркальным слоем тогда еще не умели).
Гершель. В 1770-х годах дотошный и упорный астроном-самоучка В. Гершель построил несколько ньютоновых телескопов, доведя диаметр до 46 см и фокусное расстояние до 6 м. Высокое качество его зеркал позволило применить очень сильное увеличение. С помощью одного из своих телескопов Гершель открыл планету Уран, а также тысячи двойных звезд и туманностей. В те годы было построено много телескопов, но обычно их создавали и использовали энтузиасты-одиночки, без организации обсерватории в современном смысле
(см. также ГЕРШЕЛЬ, ВИЛЬЯМ). Гершель и другие астрономы пытались построить более крупные рефлекторы. Но массивные зеркала гнулись и теряли свою форму, когда телескоп менял положение. Предела для металлических зеркал достиг в Ирландии У.Парсонс (лорд Росс), создавший рефлектор диаметром 1,8 м для своей домашней обсерватории.
Строительство крупных телескопов. Промышленные магнаты и нувориши США скопили в конце 19 в. гигантские богатства, и некоторые из них занялись филантропией. Так, наживший состояние на золотой лихорадке Дж.Лик (1796-1876) завещал основать обсерваторию на горе Гамильтон, в 65 км от Санта-Крус (Калифорния). Ее главным инструментом стал 91-см рефрактор, тогда крупнейший в мире, изготовленный известной фирмой "Алван Кларк и сыновья" и установленный в 1888. А в 1896 там же, на Ликской обсерватории, начал работать 36-дюймовый рефлектор Кроссли, тогда крупнейший в США. Астроном Дж. Хейл (1868-1938) убедил чикагского трамвайного магната Ч.Йеркса финансировать строительство еще более крупной обсерватории для Чикагского университета. Ее основали в 1895 в Уильямс-Бэй (шт. Висконсин), оснастив 40-дюймовый рефрактором, до сих пор и, вероятно, навсегда крупнейшим в мире (см. также ХЕЙЛ Джордж Эллери). Организовав Йеркскую обсерваторию, Хейл развил бурную деятельность по привлечению средств из различных источников, включая стального магната А.Карнеги, для строительства обсерватории в наилучшем для наблюдений месте Калифорнии. Оснащенная несколькими солнечными телескопами конструкции Хейла и 152-см рефлектором, обсерватория Маунт-Вилсон в горах Сан-Габриель к северу от Пасадины (шт. Калифорния) вскоре стала астрономической меккой. Приобретя необходимый опыт, Хейл организовал создание рефлектора невиданного размера. Названный в честь основного спонсора, 100-дюймовый телескоп им. Хукера вступил в строй в 1917; но прежде пришлось преодолеть множество инженерных проблем, поначалу казавшихся неразрешимыми. Первой из них была отливка стеклянного диска нужного размера и его медленное охлаждение для получения высокого качества стекла. Шлифовка и полировка зеркала для придания ему необходимой формы заняла более шести лет и потребовала создания уникальных станков. Заключительный этап полировки и проверки зеркала проводили в специальном помещении с идеальной чистотой и контролем температуры. Механизмы телескопа, здание и купол его башни, сооруженной на вершине горы Вилсона (Маунт-Вилсон) высотой 1700 м, считались инженерным чудом того времени. Вдохновленный прекрасной работой 100-дюймового прибора, Хейл посвятил остаток жизни созданию гигантского 200-дюймового телескопа. Спустя 10 лет после его смерти и из-за задержки, вызванной Второй мировой войной, телескоп им. Хейла вступил в строй в 1948 на вершине 1700-метровой горы Паломар (Маунт-Паломар), в 64 км к северо-востоку от Сан-Диего (шт. Калифорния). Это было научно-техническое чудо тех дней. Почти 30 лет этот телескоп оставался крупнейшим в мире, и многие астрономы и инженеры считали, что он никогда не будет превзойден.

НА ВЕРШИНЕ МАУНА-КЕА, древнего вулкана на Гавайях, расположились десятки телескопов. Астрономов привлекают сюда большая высота и очень сухой чистый воздух. Внизу справа сквозь открытую щель башни хорошо видно зеркало телескопа "Кек I", а внизу слева - строящуюся башню телескопа "Кек II".

НАЦИОНАЛЬНАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ США КИТТ-ПИК близ Тусона (шт. Аризона). Среди ее крупнейших инструментов солнечный телескоп "Мак-Мас" (внизу), 4-м телескоп "Мейол" (вверху справа) и 3,5-м телескоп WIYN объединенной обсерватории Висконсинского, Индианского и Йельского университетов и NOAO (крайний слева).

• - научное учреждение, оснащенное ТЕЛЕСКОПАМИ и другим оборудованием для астрономических наблюдений...

  Научно-технический энциклопедический словарь

• - учреждение, где ученые наблюдают, изучают и анализируют природные явления...

  Энциклопедия Кольера

• - специализир. науч. учреждение, оборудованное для проведения астр., физ., метеорол. и т.п. исследований...

Прошло более 400 лет, с тех пор, как великий итальянец Галилео Галилей собрал свою первую подзорную трубу. Телескоп тех дней представлял собой маленький рефрактор с диаметром объектива всего 4 сантиметра, что не помешало ему совершить множество крупных открытий.

Китайский 500-метровый телескоп FAST

Ещё полтора века назад большая часть обсерваторий строилась прямо в городах, в основном при крупных университетах. С появлением электрического освещения возникла проблема засветки ночного неба, в связи с чем пришлось искать безлюдные места.

Сегодня многое изменилось и теперь астрономические наблюдения требуют не только больших инструментов, но и солидного финансирования. Дело это не просто затратное, оно требует от разработчика применения высоких технологий доступных не каждой стране. Период от конструкторских работ до завершения строительства занимает свыше 10 лет, а полная стоимость затрат не редко превышает сотни миллионов долларов.

Но даже эта огромная сумма далеко не предел. Аппетит у астрономов растёт не по дням и практически не ведает границ! Космическая обсерватория Хаббл, запущенная в 1992 году, обошлась американским налогоплательщикам в 3 миллиарда долларов. Стоит признать, что она во многом превзошла все ожидания!

На очереди стоит запуск другого монстра. Если проект не заглохнет от дефицита бюджетного финансирования, то 6-метровый космический телескоп James Webb обещает внести солидную лепту в череду ярчайших открытий и достижений.

Помимо денег большую роль в работе обсерватории играет её расположение. Идеальный вариант – запуск в космос, где нет никаких атмосферных искажений. Но, так как это слишком дорого, то приемлемым выходом считается размещение в высокогорных местах. Чем выше поместить телескоп, тем меньше толщина мешающей атмосферы. В ней всегда присутствуют воздушные неоднородности и турбулентности.

При взятии тонких спектральных анализов просто невозможно получить надёжные результаты находясь на дне воздушного океана. Поэтому все крупные обсерватории строятся только высоко в горах. Например, 8-ми метровый телескоп Японской национальной обсерватории Субару расположился на вершине горы, на высоте 4200 метров от уровня моря. Благодаря отличным атмосферным кондициям удалось добиться отменного качества получаемых изображений.

В условиях современного города получить хорошие снимки совершенно невозможно. Связанно это с наличием пыли в окружающем воздухе и высоким уровнем засветки ночного неба. Стоит сказать, что огни большого города в состоянии вызвать светлый фон на дистанции свыше 50 км. Исходя из этого, для размещения крупных телескопов выбирают одиночные острова, или малонаселённые высокогорные территории.

Если вы когда-либо посещали оптическую обсерваторию, либо просто смотрели её фотографии, то могли заметить, что она всегда окрашена в ярко-белый цвет. Сделано это неспроста. В светлое время дня солнечные лучи заметно нагревают любые предметы и сооружения. В результате этого купол обсерватории так нагревается, что горячий воздух начинает активно струится с его поверхности.

Такой эффект легко заметить самому, понаблюдав в жаркий день за отдалёнными предметами. В знойный день горячий воздух устремляется вверх, и можно заметить, как изображение словно колышется. Это приводит к тому, что проводить астрономические наблюдения становится невозможно. Чтобы минимизировать вредный эффект, на здание обсерватории наносится светоотражающее покрытие, плюс ко всему устанавливаются мощные системы охлаждения и вентиляции.

В большинстве случаев астрономический купол выполняется сферической формы, вращающимся во все стороны горизонта. Делают это затем, чтобы можно было направить объектив телескопа в любую точку звёздного неба, всего лишь повернув башню в нужное направление. От вершины до основания купол прорезается продольным разрезом и оборудуется раздвижными створками. Таким образом, можно нацелить телескоп в любую точку небосвода – от плоскости горизонта до вертикальной линии зенита.

В нашей стране самый крупный телескоп установлен в специальной астрофизической обсерватории в республике Карачаево-Черкессия на Северном Кавказе. Благодаря тому, что он смонтирован на высоте чуть более 2000 метров над уровнем моря достигается высокое качество получаемых изображений. Главное зеркало рефлектора составляет 6 метров в диаметре, в результате чего предельная звездная величина для этого инструмента составляет внушительную цифру в +25m! До 1993 года он оставался крупнейшим в мире, пока не была построена обсерватория Кека. На сегодня телескоп проходит глубокую модернизацию — основное зеркало демонтировано и отправлено на завод изготовитель для переполировки. Кроме этого, будет установлено новое электронное оборудование системы слежения и наведения.