Почему астрономы в большом количестве проводят наблюдения в чили. Крупнейшие обсерватории Почему астрономы стремятся располагать обсерватории на островах

Обсерватория - это научное учреждение, в котором сотрудники - учёные разных специальностей - наблюдают за природными явлениями, анализируют наблюдения, на их основе продолжают изучать то, что происходит в природе.

Особенно распространены астрономические обсерватории: их мы и представляем обычно, когда слышим это слово. В них исследуют звёзды, планеты, крупные звёздные скопления, прочие космические объекты.

Но есть и другие виды этих учреждений:

— геофизические - для исследования атмосферы, полярного сияния, магнитосферы Земли, свойств горных пород, состояния земной коры в сейсмоактивных регионах и других подобных вопросов и объектов;

— авроральные - для изучения полярного сияния;

— сейсмические - для постоянной и детальной регистрации всех колебаний земной коры и их изучения;

— метеорологические - для изучения погодных условий и выявления погодных закономерностей;

— обсерватории космических лучей и ряд других.

Где строят обсерватории?

Обсерватории строят в тех местностях, которые дают учёным максимум материала для исследований.

Метеорологические - по всем уголкам Земли; астрономические - в горах (там воздух чистый, сухой, не «ослеплён» городским освещением), радиообсерватории - на дне глубоких долин, недоступных искусственным радиопомехам.

Астрономические обсерватории

Астрономические - самый древний вид обсерваторий. Астрономами в древности были жрецы, они вели календарь, изучали перемещение и Солнца по небосводу, занимались предсказаниями событий, судеб людей в зависимости от соположения небесных тел. Это были астрологи - люди, которых боялись даже самые свирепые правители.

Древние обсерватории располагались обычно в верхних комнатах башен. Инструментами служили прямая планка, оснащённая скользящим визиром.

Великим астрономом древности стал Птолемей, который собрал в Александрийской библиотеке огромное число астрономических свидетельств, записей, сформировал каталог положений и силы блеска для 1022 звёзд; изобрёл математическую теорию перемещения планет и составил таблицы движения - этими таблицами учёные пользовались более 1 000 лет!

В Средневековье обсерватории особенно активно строят на Востоке. Известна гигантская самаркандская обсерватория, где Улугбек - потомок легендарного Тимура-Тамерлана - вёл наблюдения за перемещением Солнца, описывая его с небывалой до того точностью. Обсерватория радиусом 40 м имела вид секстанта-траншеи с ориентацией на юг и отделкой мрамором.

Величайшим астрономом европейского средневековья, перевернувшим мир почти буквально, стали Николай Коперник, который Солнце «переместил» в центр мироздания вместо Земли и предложил считать Землю ещё одной планетой.

А одной из самых продвинутых обсерваторий был Ураниборг, или Небесный замок, - владение Тихо Браге, датского придворного астронома. Обсерватория была оснащена лучшим, самым точным на то время инструментом, имела собственные мастерские по изготовлению инструмента, химическую лабораторию, хранилище книг и документов и даже печатный станок для собственных нужд и бумажную мельницу для производства бумаги - роскошь по тем временам королевская!

В 1609 году появился первый телескоп - главный инструмент любой астрономической обсерватории. Создателем его стал Галилей. Это был телескоп-рефлектор: лучи в нём преломлялись, проходя сквозь ряд стеклянных линз.

Усовершенствовал телескоп Кеплер: в его приборе изображение было перевёрнутым, но более качественным. Эта особенность стала в итоге стандартной для телескопических приборов.

В XVII веке, с развитием мореплавания, начали появляться государственные обсерватории - парижская Королевская, Королевская Гринвичская, обсерватории в Польше, Дании, Швеции. Революционным последствием их строительства и деятельности стало введение стандарта времени: его теперь регламентировали световыми сигналами, а потом - с помощью телеграфа, радио.

В 1839 году была открыта Пулковская обсерватория (Санкт-Петербург), ставшая одной из самых известных в мире. Сегодня в России действует более 60 обсерваторий. Одна из самых больших в международном масштабе - Пущинская радиоастрономическая обсерватория, созданная в 1956 году.

В Звенигородской обсерватории (в 12 км от Звенигорода) работает единственная в мире камера ВАУ, способная осуществлять массовые наблюдения за геостанционными спутниками. В 2014 году МГУ открыл обсерваторию на горе Шаджатмаз (Карачаево-Черкессия), где установили самый большой для России современный телескоп, диаметр которого равен 2,5 м.

Лучшие современные зарубежные обсерватории

Мауна-кеа - находится на Большом гавайском острове, имеет самый большой на Земле арсенал высокоточного оборудования.

Комплекс VLT («огромный телескоп») - расположен в Чили, в «пустыне телескопов» Атакама.

Йеркская обсерватория в Соединённых Штатах - «место зарождения астрофизики».

Обсерватория ORM (Канарские острова) - имеет оптический телескоп с наибольшей апертурой (способностью собирать свет).

Аресибо - находится в Пуэрто-Рико и владеет радиотелескопом (305 м) с одной из самых больших в мире апертур.

Обсерватория университета Токио (Атакама) - самая высокая на Земле, находится у вершины горы Серро-Чайнантор.

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!

Космический телескоп James Webb

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.

Обсерватория в Карачаево-Черкесии

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.

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

Телескоп - это такой оптический прибор, который:
Почему крупные астрономические обсерватории строят в горах?
Может ли черное тело быть белого цвета?
В какой из этих телескопов можно увидеть наибольшее количество звезд?
Какие из этих светил с такой температурой на поверхности не существуют во Вселенной?
Чем объясняются разнообразные цвета звезд?
Почему в телескоп мы видим больше звезд, чем невооруженным глазом?
Почему наблюдения в космосе дают больше информации, чем наземные телескопы?
Почему звезды в телескоп видны как яркие точки, а планеты в тот же телескоп - как диск?
На какое наименьшее расстояние надо улететь в космос для того, чтобы космонавты невооруженным глазом видели Солнце как яркую звезду в виде точки?
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

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

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.

– одно из необычайных мест на земле. Здесь, рядом с
обсерваторией, видишь древние аланские храмы, а среди гор Кавказа
расположился совершенно модернистский поселок, где концентрация кандидатов и докторов наук на единицу населения приводит в изумление.

О жизни в Архызе, истории Специальной астрофизической обсерватории и о том, как быть женой астронома, рассказала нам научный сотрудник САО Лариса Бычкова.

Создание Большого Телескопа Азимутального стало революцией в телескопостроении

– Расскажите об истории вашей обсерватории.

– Специальная астрофизическая обсерватория (САО) была создана в 1966 году. Был директор Иван Михеевич Копылов и несколько сотрудников, но все еще предстояло строить.

За 10 лет был создан телескоп БТА (Большой Телескоп Азимутальный). Его построили на Ленинградском оптико-механическом объединении (ЛОМО), главным конструктором был Баграт Константинович Иоаннисиани.

Также на заводе оптического стекла в Лыткарино сделали зеркало, главный элемент любого телескопа. Его диаметр составил 6 м.

Проложили дорогу к месту установки телескопа и построили поселок астрономов Нижний Архыз (его местное название – Буково).

С 1976 года на БТА начались и продолжаются по сей день регулярные наблюдения. При хорошей погоде они проходят каждую ночь. Почти 20 лет БТА оставался самым большим телескопом в мире, а сейчас считается самым большим в России, Европе и Азии. Главное – то, что создание этого телескопа стало революцией в телескопостроении. Все последующие, более крупные телескопы с зеркалами 8 м, 10 м и др. построены на той же азимутальной установке.

В САО также расположен большой радиотелескоп РАТАН-600. Благодаря этому наша обсерватория является единственным в России крупным наблюдательным центром, оснащенным большими телескопами.

– Какие из наиболее известных ученых здесь работали и работают? Какие важные открытия были сделаны в вашей обсерватории?

– В ранние годы здесь работали Сергей Владимирович Рублев, Викторий Фавлович Шварцман. Очень многие сотрудники САО имеют мировую известность. Среди них один из создателей радиотелескопа академик Юрий Николаевич Парийский, нынешний директор члена-корр. РАН Юрий Юрьевич Балега, ведущие специалисты в области исследования физики галактик Виктор Леонидович Афанасьев, Игорь Дмитриевич Караченцев, в звездной тематике – Юрий Владимирович Глаголевский, Сергей Николаевич Фабрика, Владимир Евгеньевич Панчук.

В САО получено много значительных научных результатов. Ежегодно мы отправляем в Академию Наук список важнейших достижений. К примеру, в 2006 году было установлено, что среди звезд из окрестностей Солнца с помощью интерферометрии на БТА обнаружено 30 новых двойных систем с быстрым орбитальным движением, компонентами которых являются звезды очень малых масс и коричневые карлики (промежуточные объекты между звездами и планетами).

В 2008 году в двух внешних галактиках обнаружены новые яркие голубые переменные звезды (LBV). Это наиболее массивные звезды на конечной стадии эволюции перед вспышкой сверхновой. Также с помощью широкопольной камеры высокого временного разрешения TORTORA была зарегистрирована и детально исследована оптическая вспышка, сопровождающая всплеск излучения в гамма-диапазоне у объекта GRB080319B. Эта вспышка – самая яркая из до сих пор зафиксированных. Впервые невооруженный человеческий глаз мог видеть излучение, пришедшее столь издалека, оно шло 8 млрд лет.

Еще раньше на близких внегалактических расстояниях в десятки млн световых лет астрономами САО была построена четкая зависимость скорости разбегания галактик. Парадокс заключается в том, что не должно быть такой четкой зависимости. Индивидуальная скорость галактик близка к скорости разбегания. Упорядочивает зависимость так называемая темная энергия – сила, противодействующая всемирному тяготению.

В ближайшем столетии человечество может колонизировать некоторые планеты и спутники

– Какое сейчас время в науке? Ведь сделано уже столько открытий. Еще есть, что открывать?

– Время в науке сейчас сложное. Когда создавалась наша обсерватория, этим интересовалась вся страна – снимали фильмы, писали в газетах, многие члены правительства перебывали в САО. Мы были величайшей астрономической державой, и этим все гордились.

Сейчас мне иногда кажется, что руководство нашей страны вообще не знает о существовании БТА. И, естественно, весьма снижено финансирование на содержание телескопа и аппаратуры. Обсерватория всегда работала полноценно, даже в самые сложные 90-е годы. Но, например, зеркало за это время устарело и, конечно, нуждается в переполировке. С 2007 года этот вопрос решается, но он все еще не решен.

Интерес к науке снижен, в нашей стране особенно. Это печальный симптом. Наука работает на будущее. А снижение интереса к науке обрекает наших потомков на ряд проблем: сложно пользоваться знаниями, которые уже получены, и тем более сложно открывать или создавать что-то новое.

При этом в самой науке время очень интересное. Да, открытий сделано много. Но, наверное, времена интересных открытий никогда не могут кончиться. Каждый из специалистов выделил бы какие-то свои важные направления. Мне бы хотелось рассказать о своих.

Во-первых, это исследование ближайших планет и их спутников.

Благодаря развитию космонавтики и созданию различных космических телескопов получено много интересных сведений о планетах Солнечной системы.

Особый интерес вызывает Луна. Хорошо исследован Марс, благодаря космическим зондам, “гуляющим” по его поверхности.

Спутник Юпитера Европа покрыт водяным льдом, под которым предполагается наличие жидкой воды.

Похожая картина на Энцеладе, небольшом спутнике Сатурна. С помощью космического корабля “Кассини” и аппарата “Гюйгенс” хорошо исследован спутник Сатурна Титан. Он похож на нашу Землю в молодости, имеет плотную метановую атмосферу, метановые дожди и озера. Очень важно исследование ближайших планет и их спутников, так как, скорее всего, в ближайшем столетии может произойти колонизация и освоение этих космических тел человечеством.

Мы не можем быть одни во Вселенной

Еще одно интереснейшее направление – внесолнечные планеты (экзопланеты). На некоторых из них может существовать внеземная жизнь. Впервые в 1995 году была открыта планета рядом с другой звездой, 51 Peg. На сентябрь 2011 года было известно 1235 планет и планетных систем, расположенных рядом с другими звездами. Сейчас их известно порядка 3 тыс., но надо еще дополнительно проверить многие данные.

Большинство экзопланет имеют огромные массы (больше нашего Юпитера, тоже газовые гиганты), вращаются по вытянутым орбитам и находятся очень близко к своим звездам.

Такие планеты очень необычны, они дают совсем другое представление о строении и возникновении планетных систем. Однако с точки зрения поиска планет для обнаружения жизни они интереса не представляют. Но среди них найдены уже и скалистые планеты, сравнимые по массе с Землей. Некоторые имеют почти круговые орбиты, что повышает шансы на возникновение там жизни. Внесолнечные планеты найдены также в системе из двух звезд.

В 2009 г. был запущен космический телескоп “Кеплер” для поиска экзопланет. Результаты радуют. Мы не должны быть одни во Вселенной, потому что законы физики и химические элементы везде одни и те же, наше Солнце – обычная звезда, каких еще великое множество во Вселенной, рядом с другими звездами находим все новые и новые планеты. Все это подтверждает правильность наших размышлений на тему поиска жизни во Вселенной.

Но в космосе огромные расстояния – луч света со скоростью 300 000 км/с преодолевает их за годы, тысячи лет, миллиарды лет. Сложно общаться на таких расстояниях. (Улыбаясь)

И еще надо упомянуть тему “темной материи”. Недавно обнаружено, что все, что хоть как-то излучает в видимом свете, в радиодиапазоне, в ультрафиолете и других диапазонах – это всего лишь 5% вещества. Все остальное – невидимая, так называемая темная материя и темная энергия. Мы знаем, что она есть, имеем ряд гипотез и объяснений этих явлений, но до конца их природу не понимаем.

– Каковы основные направления астрономической науки в России сейчас?

– Они прежние: планеты Солнечной системы, физика звезд и галактик (огромных звездных систем), радиоастрономия, космология. К сожалению, мы сейчас имеем более слабую наблюдательную базу по сравнению с крупнейшими телескопами планеты. В мире построено много телескопов с зеркалами до 11 метров, есть проекты еще более крупных телескопов, но без участия нашей страны.

Многие молодые астрономы продолжают покидать Россию

– Каким Вы видите развитие астрономии в нашей стране? Что изменилось в науке за последние 20 лет?

– Развитие астрономии в нашей стране вижу немножко пессимистично. Но надеюсь, что БТА останется активно работающим телескопом. И всегда были и есть люди любознательные, увлеченные наукой, получением новых знаний. Хотя надо признать, что многие наши 30-40 летние коллеги, люди с развитым научным потенциалом, уехали заниматься астрономией в другие страны. И многие из талантливой молодежи не пришли работать в астрономию, опять же, из материальных соображений.

– Как складывается рабочий день астронома?

– Главное у астронома – наблюдения. Но они проходят по графику, который составляется на полгода. Это может быть две, пять, несколько ночей. А потом в кабинетных условиях ведется обработка наблюдений. Она может быть длительной, это зависит от количества полученного во время наблюдений материала, от числа сотрудников, от сложности задачи, от уровня специалистов.

Астрономы постоянно отслеживают, что нового есть в данном направлении, и регулярно знакомятся с новыми публикациями. Осмысливают и обсуждают полученные результаты со своими коллегами (непосредственными или находящимися в разных странах), выступают на семинарах и конференциях, готовят публикации по результатам своих наблюдений или расчетов. Это, собственно, и является результатом труда ученого.

– Можно ли сказать, что астроном – это творческая специальность?

– Астрономия – конечно, творческая работа, как и любая другая наука, потому что нет готового ответа и все базируется на новых исследованиях и выводах.

– Почему вы выбрали эту профессию?

– 11-летней девочкой я случайно прочитала брошюру профессора Куницкого “День и ночь. Времена года” и увлеклась, наверное, потому что я – романтик. Все мои коллеги – увлеченные наукой люди.

– Изменился ли статус ученого-астронома по сравнению с советским временем?

– Люди, далекие от науки, на нас смотрят с бОльшим изумлением (“И что, есть такая работа?”), с бОльшим недоверием (“Телескоп до сих пор работает? И там не торговый центр?), больше предполагают практически полезных результатов.

Видимо, можно сказать, что сейчас снижен как статус науки вообще, так и статус ученого, в том числе астронома. Еще бы отметила, что общество стало менее образованное, иногда даже дремучее.

Но есть и интересующиеся люди. По выходным у нас всегда проходят экскурсии на телескопе, и почти все выходят потрясенные и восхищенные. В летнее время на экскурсиях бывает 500-700 человек в день.

Сейчас мы ведем более “штучный” отбор студентов

– К вам регулярно приезжают на стажировку студенты. Как проходят занятия с ними? Многие ли из получивших эту специальность остаются в науке? Каким вам видится это “племя молодое, незнакомое”?

– В начале этого столетия у нас был очень большой поток студентов из МГУ, университетов Санкт-Петербурга, Казани, Ставрополя, Ростова, Таганрога, Долгопрудного и других, свыше 100 человек в год. С ними мы проводили дополнительные практические занятия и лекции, они участвовали в наблюдениях и обработке результатов, все были прикреплены к сотрудникам САО. Последние годы у нас проводится более “штучная” работа: мы делаем то же самое, но берем принципиально меньшее количество студентов. Это дает лучший результат.

Молодежь наша в большинстве своем увлеченная, талантливая, жаждущая заниматься наукой или прикладными сферами. Я их уважаю и верю в них. Уже можно многими гордиться и гордиться своим знакомством с ними. К сожалению, как я уже говорила, по материальным соображениям многие не могут себе позволить удовольствие заниматься наукой.

Например, из группы астрономов МГУ, где учился мой сын, смогли остаться в астрономии только четыре человека из 18. Из этих четырех два москвича. У них была лучшая материальная база, чем у остальных, которые приехали из провинции.

– Что бы вы изменили в преподавании астрономии, будь вы министром образования?

– Преподавание астрономии в университетах находится на хорошем уровне. А астрономию в школе сейчас вообще не преподают! Наши ведущие ученые неоднократно поднимали этот вопрос, но безрезультатно. Общество меркантильно: зачем учить астрономию, если ее не сдают!

По питерскому каналу шел замечательный курс доступной астрономии академика Анатолия Михайловича Черепащука, директора Астрономического Института при МГУ. Закрыли – низкий рейтинг. В советское время астрономическая программа по телевидению Чехословакии имела самый высокий рейтинг, выше всех музыкальных и ток-шоу. Зато околонаучных передач по ТВ множество, в самое “смотрибельное” время.

Ну, а если бы астрономию вернули в школьный курс, то я бы ввела эти уроки в восьмом классе, так как база необходимых знаний уже есть, а экзаменами ученики еще не перегружены, и сделала бы уроки на более популярном уровне.

Жены астрономов похожи на жен военных

– Вы не только астроном, но и жена астронома. Трудно ли ею быть?

– Непросто вообще женой быть.

Да, в астрономии есть ночные наблюдения, командировки, срочная нерегламентированная работа. Но это требует такого же доверия и понимания, как и у жены актера, например, учителя или водителя. Трудности жен астрономов немного похожи на проблемы жен военных: женщине далеко не всегда удается найти работу рядом с обсерваторией и реализоваться профессионально.

– Одинаково ли ведут себя в науке женщина-астроном и мужчина-астроном?

– Я бы сказала, что одинаково. Но женщинам труднее, как и во многих других сферах, особенно где творческий труд и необходимо неформальное отношение к работе. Потому что на женщине еще материнство и больший груз домашних дел.

– Что бы вы посоветовали девушкам, которые хотят поступать на астрономическое отделение?

– На астрономические отделения в первую очередь идут люди, увлеченные небом и физикой, независимо от пола. Пожелала бы удачи и успехов. Порадовалась бы, что они получат хорошие знания. Ну а дальше – как жизнь сложится. Знания и развитые мозги пригодятся в любой сфере.

Буково – поселок-дом

– Ваш поселок представляется чем-то необычным: оазис науки и культуры в горах. Как ощущают себя здесь люди по сравнению с теми, которые живут в столице? Часто ли у вас бывают крупные культурные или научные мероприятия? Не чувствуете ли вы здесь себя отрезанными от мира?

– Наш поселок действительно маленький и необычный. Здесь проживает меньше тысячи человек. Чистый и уютный, в долине среди гор. Моя дочь называла его поселком-домом: крыша – небо, стены – горы, внутри все свои.

Поселок дружный, всегда можно рассчитывать на помощь соседей. Есть все необходимое: школы – общеобразовательная с бассейном, музыкальная и художественная, садик, магазины, спортзал. Я знаю человек пять, которым здесь не нравится. Скучно бывает тем, кто без семьи или имеет случайную работу. Здесь живут и жители окрестных деревень, они воспринимают Буково очень спокойно. Живут и совершенно случайные люди по “дачному типу”. Для остальных это особое место. Все дети поселка любят его. Влюбляются все, кто хоть раз здесь бывал.

Есть сложности, связанные с удаленностью – не все купишь, сейчас нет аптеки, далеко вокзалы, мало рабочих мест и т.д. Здесь много хорошего (природа, воздух, вода и пр.), но главное достоинство поселка – уникальная человеческая среда.

Крупные научные мероприятия бывают несколько раз в год. Это всероссийские и международные астрономические конференции. Иногда здесь проводят свои конференции специалисты других областей. Больших культурных мероприятий практически не бывает. Но был, правда, всероссийский конкурс пианистов.

Зато в поселке достаточно часто проходят разнообразные выставки и концерты разных масштабов, кинопоказы. В городах всего этого гораздо больше, но у людей часто нет времени или сил наслаждаться этим, а у нас из-за более спокойного образа жизни культурные мероприятия реально доступны в повседневности.

Сотрудники обсерватории имеют много международных профессиональных контактов, часто выезжают в командировки в различные города нашей страны и за рубеж для наблюдений, обсуждений результатов, участия в конференциях, так что оторванности от мира нет.

Сложнее жить в поселке неработающим пенсионерам, пенсии в нашей стране небольшие, и куда-то выехать людям бывает трудно.

– Есть ли в поселке еще достопримечательности, кроме обсерватории?

– В километре от поселка в горах несколько лет назад была обнаружена наскальная икона – Лик Христа. Сейчас к ней проложили железную лестницу из 500 ступеней, теперь к ней могут подняться люди даже в слабой физической форме.

Наскальная икона - Лик Христа

На территории Нижнего Архыза также расположены самые старые в России православные храмы. Их возраст датируется десятым веком. Самый древний храм действующий. У нас часто бывают паломники.

Наличие храмов оживляет нашу жизнь. Например, доктор физико-математических наук Николай Александрович Тихонов очень увлекся историей этих мест, пишет статьи на археологическике темы, ездит на конференции.

В поселке также есть уникальный историко-археологический музей, обладающий крупнейшей коллекцией предметов обихода аланской культуры. Ведь поселок астрономов построен практически на месте столицы христианской епархии Аланского государства. В конце первого тысячелетия нашей эры территория этого государства охватывала почти весь Северный Кавказ. Алания была разрушена только татаро-монголами. Аланы приняли христианство примерно в 920-930 гг. нашей эры, до крещения Руси.

Приглашаю желающих полюбоваться красотами Архыза и побывать на экскурсии в обсерватории!

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.

Но появление компьютеров способствовало дальнейшему расширению строительства телескопов. В 1976 на 2100-метровой горе Семиродники у станицы Зеленчукская (Сев. Кавказ, Россия) начал работать 6-метровый телескоп БТА (Большой телескоп азимутальный), демонстрируя практический предел технологии "толстого и прочного" зеркала.

Путь строительства крупных зеркал, способных собирать больше света, а значит, видеть дальше и лучше, лежит через новые технологии: в последние годы развиваются методы изготовления тонких и сборных зеркал. Тонкие зеркала диаметром 8,2 м (при толщине ок. 20 см) уже работают на телескопах Южной обсерватории в Чили. Их форму контролирует сложная система механических "пальцев", управляемых компьютером. Успех этой технологии привел к разработке нескольких подобных проектов в разных странах. Для проверки идеи составного зеркала в Смитсоновской астрофизической обсерватории в 1979 построили телескоп с объективом из шести 183-см зеркал, по площади эквивалентных одному 4,5-метровому зеркалу. Этот многозеркальный телескоп, установленный на горе Хопкинс в 50 км к югу от Тусона (шт. Аризона), оказался весьма эффективен, и данный подход использовали при строительстве двух 10-метровых телескопов им. У. Кека на обсерватории Мауна-Кеа (о. Гавайи). Каждое гигантское зеркало составлено из 36 шестиугольных сегментов по 183 см в поперечнике, управляемых компьютером для получения единого изображения. Хотя качество изображений пока невысокое, но удается получать спектры очень далеких и слабых объектов, недоступных другим телескопам. Поэтому в начале 2000-х годов планируется ввести в строй еще несколько многозеркальных телескопов с эффективными апертурами 9-25 м.

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".

РАЗРАБОТКА АППАРАТУРЫ
Фотография. В середине 19 в. несколько энтузиастов начали использовать фотографию для регистрации изображений, наблюдаемых в телескоп. С повышением чувствительности эмульсий стеклянные фотопластинки стали главным средством регистрации астрофизических данных. Помимо традиционных рукописных журналов наблюдений в обсерваториях появились драгоценные "стеклянные библиотеки". Фотопластинка способна накапливать слабый свет далеких объектов и фиксировать недоступные глазу детали. С применением фотографии в астрономии потребовались телескопы нового типа, например, камеры широкого обзора, способные регистрировать сразу большие области неба для создания фотоатласов вместо рисованных карт. В сочетании в рефлекторами большого диаметра фотография и спектрограф позволили заняться изучением слабых объектов. В 1920-х годов с помощью 100-дюймового телескопа обсерватории Маунт-Вилсон Э.Хаббл (1889-1953) классифицировал слабые туманности и доказал, что многие из них являются гигантскими галактиками, подобными Млечному Пути. Кроме того, Хаббл открыл, что галактики стремительно разлетаются друг от друга. Это полностью изменило представления астрономов о строении и эволюции Вселенной, но лишь несколько обсерваторий, имевших мощные телескопы для наблюдения слабых далеких галактик, были в состоянии заниматься такими исследованиями.
См. также
КОСМОЛОГИЯ;
ГАЛАКТИКИ;
ХАББЛ Эдвин Пауэлл;
ТУМАННОСТИ.
Спектроскопия. Возникшая почти одновременно с фотографией, спектроскопия позволила астрономам из анализа света звезд определять их химический состав, а по доплеровскому смещению линий в спектрах изучать движение звезд и галактик. Развитие физики в начале 20 в. помогло расшифровать спектрограммы. Впервые появилась возможность изучить состав недоступных небесных тел. Эта задача оказалась по силам скромным университетским обсерваториям, поскольку для получения спектров ярких объектов не нужен крупный телескоп. Так, обсерватория Гарвардского колледжа одной из первых занялась спектроскопией и собрала огромную коллекцию спектров звезд. Ее сотрудники классифицировали тысячи звездных спектров и создали базу для изучения звездной эволюции. Объединив эти данные с квантовой физикой, теоретики поняли природу источника звездной энергии. В 20 в. были созданы детекторы инфракрасного излучения, приходящего от холодных звезд, из атмосфер и с поверхности планет. Визуальные наблюдения как недостаточно чувствительный и объективный измеритель блеска звезд были вытеснены вначале фотопластинкой, а затем электронными приборами (см. также СПЕКТРОСКОПИЯ).
АСТРОНОМИЯ ПОСЛЕ ВТОРОЙ МИРОВОЙ ВОЙНЫ
Усиление государственной поддержки. После войны ученым стали доступны новые технологии, родившиеся в армейских лабораториях: радио- и радиолокационная техника, чувствительные электронные приемники света, вычислительные машины. Правительства промышленно развитых стран осознали важность научных исследований для национальной безопасности и стали выделять немалые средства на научную работу и образование.
Национальные обсерватории США. В начале 1950-х годов Национальный научный фонд США обратился к астрономам дать предложения относительно общенациональной обсерватории, которая располагалась бы в наилучшем месте и была бы доступна всем квалифицированным ученым. К 1960-м годам возникло две группы организаций: Ассоциация университетов для исследований по астрономии (AURA), создавшая концепцию Национальных оптикоастрономических обсерваторий (NOAO) на 2100-метровой вершине Китт-Пик близ Тусона (шт. Аризона), и Объединение университетов, разработавшее проект Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) в долине Дир-Крик, недалеко от Грин-Бэнк (шт. Зап. Виргиния).

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).

К 1990 NOAO имела на Китт-Пик 15 телескопов диаметром до 4 м. AURA также создала Межамериканскую обсерваторию в Сьерра-Тололо (Чилийские Анды) на высоте 2200 м, где с 1967 изучают южное небо. Кроме Грин-Бэнк, где установлен крупнейший радиотелескоп (диаметр 43 м) на экваториальной монтировке, NRAO имеет также 12-метровый телескоп миллиметрового диапазона на Китт-Пик и систему VLA (Very Large Array) из 27 радиотелескопов диаметрам по 25 м на пустынной равнине Сан-Огастин близ Сокорро (шт. Нью-Мексико). Крупной американской обсерваторией стал Национальный радио- и ионосферный центр на о.Пуэрто-Рико. Его радиотелескоп с крупнейшим в мире сферическим зеркалом диаметром 305 м неподвижно лежит в естественном углублении среди гор и используется для радио- и радиолокационной астрономии.

Постоянные сотрудники национальных обсерваторий следят за исправностью оборудования, разрабатывают новые приборы и проводят собственные исследовательские программы. Однако любой ученый может подать заявку на наблюдения и, если она одобрена комитетом координации научных исследований, получить время для работы на телескопе. Это позволяет ученым из небогатых учреждений использовать самое совершенное оборудование.
Наблюдения южного неба. Значительная часть южного неба не видна из большинства обсерваторий Европы и США, хотя именно южное небо считают особо ценным для астрономии, поскольку оно содержит центр Млечного Пути и много важных галактик, включая Магеллановы Облака - две небольшие соседние с нами галактики. Первые карты южного неба составили английский астроном Э.Галлей, работавший с 1676 по 1678 на острове Св. Елены, и французский астроном Н.Лакайль, работавший с 1751 по 1753 на юге Африки. В 1820 Британское бюро долгот основало на мысе Доброй Надежды Королевскую обсерваторию, вначале оснастив ее лишь телескопом для астрометрических измерений, а затем - полным набором инструментов для разнообразных программ. В 1869 в Мельбурне (Австралия) был установлен 122-см рефлектор; позже его перевезли в Маунт-Стромло, где после 1905 стала расти астрофизическая обсерватория. В конце 20 в., когда условия для наблюдений на старых обсерваториях Северного полушария стали ухудшаться из-за сильной урбанизации, европейские страны начали активно строить обсерватории с крупными телескопами в Чили, Австралии, Центральной Азии, на Канарских и Гавайских островах.
Обсерватории над Землей. Астрономы приступили к использованию высотных аэростатов в качестве наблюдательных платформ еще в 1930-е годы и продолжают такие исследования до сих пор. В 1950-х годах приборы устанавливались на высотных самолетах, ставших летающими обсерваториями. Внеатмосферные наблюдения начались в 1946, когда ученые США на трофейных немецких ракетах "Фау-2" подняли в стратосферу детекторы для наблюдения ультрафиолетового излучения Солнца. Первый искусственный спутник был запущен в СССР 4 октября 1957, а уже в 1958 советская станция "Луна-3" сфотографировала обратную сторону Луны. Затем стали осуществляться полеты к планетам и появились специализированные астрономические спутники для наблюдения Солнца и звезд. В последние годы на околоземных и других орбитах постоянно работает несколько астрономических спутников, изучающих небо во всех диапазонах спектра.
Работа на обсерватории. В прежние времена жизнь и деятельность астронома всецело зависели от возможностей его обсерватории, поскольку связь и переезды были медленными и сложными. В начале 20 в. Хейл создавал обсерваторию Маунт-Вилсон как центр солнечной и звездной астрофизики, способный вести не только телескопические и спектральные наблюдения, но и необходимые лабораторные исследования. Он стремился, чтобы на горе Вилсон было все, что необходимо для жизни и работы, точно так, как Тихо делал это на острове Вен. До сих пор некоторые крупные обсерватории на горных вершинах представляют собой замкнутые сообщества ученых и инженеров, живущих в общежитии и работающих по ночам по своим программам. Но постепенно этот стиль меняется. В поисках наиболее благоприятных мест для наблюдения обсерватории располагают в удаленных районах, где трудно жить постоянно. Приезжающие ученые остаются на обсерватории от нескольких дней до нескольких месяцев, чтобы провести конкретные наблюдения. Возможности современно электроники позволяют вести дистанционные наблюдения, вообще не посещая обсерваторию, или строить в труднодоступных местах полностью автоматические телескопы

- 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...