Методи та засоби астрономічних досліджень.

1. Астрономія – наука всехвильова.

Галузь астрономії, яка вивчає Bcecвiт у видимому світлі називається оптичною.

Але видиме світло займає лише маленьку ділянку електромагнітного спектра, куди входять також радіохвилі, інфрачервоне, ультрафіолетове, рентгенівське та гамма-випромінювання - piзнi за довжиною (чи частотою) електромагнпчй хвиль

Kpiзь товщу атмосфери до поверхні Землі доходить лише видиме світло з довжиною хвиль від 390 до 760 нм, радіохвилі з довжиною від 0,01 см до 30 м та інфрачервоні промені довжиною 0,75 – 5,2 мкм. В інших діапазонах електромагнітних хвиль земна атмосфера непрозора.

3 XIX ст. астрономи почали вивчати космічні об'єкти в доступних інфрачервоних променях. А в 30-х роках XX ст. зародилася нова галузь астрономії – радіоастрономія. Основна речовина, що поглинає інфрачервону радіацію, — це водяна пара, концентрація якої швидко зменшується з висотою. На висотах 25-30 км земна атмосфера стає прозорою для інфрачервоно­го випромінювання. Важливі спостереження в цьому діапазоні прово­дяться з аеростатів і з борту штучних супутників Землі.

В короткохвильовій частині спектра виділяють окремо діапазони ультрафіолетової астрономії (довжина хвилі 390-30 нм), рент­генівської астрономії (30-0,01 нм) і гамма-астрономії (довжина хвилі менша за 0,01 нм), кожна з яких має свої методи досліджень.

Важливу інформацію про те, що діється далеко за межами Землі, доносять до нас потоки космічних променів і нейтрино. Космічні про­мені складаються головним чином з протонів — ядер водню, а також з електронів, ядер гелію і ядер важчих хімічних елементів.

Нейтрино — це частинка, яка має неймовірну проникну здатність, бо майже не взаємодіє з речовиною. Не маючи електричного заряду, з ма­сою спокою нейтрино здатне проходити крізь тверде тіло навіть легше, ніж світло крізь скло. А тому методи нейтринної астрономії дуже важливі для вивчення процесів, що відбу­ваються у надрах Сонця і зір. Таким чином, з другої половини XX ст. астрономія стала всехвильовою наукою, яка вивчає Всесвіт практично в усьому діапазоні електро­магнітних хвиль.

1. Оптичні телескопи, їх призначення

Телескоп — прилад для спостереження віддалених об'єктів. Термін «телескоп» також вживається для позначення астрономічних приладів для спостережень електромагнітних хвиль невидимих для людського ока (інфрачервоні, ультрафіолетові, рентгенівські, гамма- і радіотелескопи), а також для реєстрації відмінного від електромагнітного випромінювання (нейтринні та гравітаційні телескопи).

Телескоп має три основні призначення:

• Збирати випромінювання від небесних світил на приймальний пристрій (око, фотографічну пластинку, спектрограф і ін.);
• Будувати у своїй фокальній площині зображення об'єкта або певної ділянки неба;
• Допомогти розрізняти об'єкти, розташовані на близькій кутовій відстані один від одного, що непомітно неозброєним оком.

Основною оптичною складовою телескопа є об'єктив, який збирає світло і будує зображення об'єкта або ділянки неба. Об'єктив з'єднується з приймальним пристроєм трубою (тубусом). Механічна конструкція, що несе трубу і що забезпечує її наведення на небо, називається монтуванням. Якщо приймачем світла є око (при візуальних спостереженнях), то обов'язково потрібен окуляр, в який розглядається зображення, побудоване об'єктивом. При фотографічних, фотоелектричних, спектральних спостереженнях окуляр не потрібен. Фотографічна пластинка, вхідна діафрагма електрофотометра, щілина спектрографа та ін. встановлюються безпосередно у фокальній площині телескопа.

1. Наземні оптичні телескопи, їх будова, системи.

Весною 1609 р. професор математики університету італійського міста Падуї Галілео Галілей дізнався, що один голландець винайшов незвичайну трубу. Віддалені предмети, якщо їх розглядати через неї, здавалися більш близькими. Взявши кусок свинцевої труби, професор вставив в неї з двох кінців дві окулярні лінзи: одну – двосторонньо випуклу (збірна лінза), а другу – двосторонньо ввігнуту (розсіювальна лінза).

Переконавшись в поганій якості окулярних лінз, Галілей почав сам шліфувати лінзи.

Зорова труба, побудована Галілеєм, мала скромні розміри (довжина труби 1245 мм, діаметр об’єктива 53 мм), недосконалу оптичну систему і 30-кратке збільшення.

Назвавши свою зорову трубу телескопом та направивши його на небо Галілей побачив: багато тисяч зір, яких до нього не бачив ніхто: телескоп підсилив яскравість слабких зір і зробив їх видимими.

До Галілея астрономи вважали, Місяць має форму диска. А в телескоп було видно, що Місяць – куля, одна половина якої в тіні. Люди давно вже відмітили на Місяці якісь плями. Але що це за плями, ніхто не міг сказати. Одним здавалося, що на Місяці намальована людська особа, іншим увижався заєць або ще яка-небудь тварина. Галілей же розрізнив через телескоп на Місяці гори, рівнини, великі поглиблення, немовби моря.

Планета Юпітер здається неозброєному оку світною точкою. А якщо дивитися в телескоп, то видно, що насправді Юпітер - блискуча кулька. Виявилось, що не тільки Земля має супутник. Недалеко від Юпітера Галілей відмітив ще чотири маленькі світлі кульки. Це були супутники Юпітера.

Направивши телескоп на Чумацький Шлях, Галілей ясно побачив, що це скупчення незліченної кількості зір. Тепер уже ніяк не можна було говорити, що Чумацький Шлях - це скупчення земних випаровувань, засвічених в небесах.

Це був цілий переворот в науці про Всесвіт.

Телескопи, по своїй будові схожі з телескопом Галілея, які збирають світло лінзою, називаються рефракторами.

У телескопів Галілея був істотний недолік. Показник заломлення скла залежить від довжини хвилі: червоні промені відхиляються ним менше, ніж зелені, а зелені - менше, ніж фіолетові. В результаті яскраві зорі виглядають як синьо-зелені точки, оточені червоною і синьою облямівкою. Це явище називається хроматичною аберацією; зрозуміло, воно сильно заважає спостереженню зір, Місяця і планет.

Є також і недоліки у телескопів-рефракторів.

1. Світлові промені різних довжин хвиль заломлюються по-різному, і окрема лінза дає забарвлене забарвлення.

2. Обмеження розмірів (найбільший лінзовий об’єктив має діаметр лише 102см).

3. Використовують, як правило, в астрометрії.

Телескопи, у яких роль об'єктиву виконує дзеркало, називаються рефлекторами. Перший телескоп – рефлектор був побудований в 1668 році Ісаком Ньютоном. Вчений зробив свій перший рефлектор з одним увігнутим дзеркалом. Інше невелике плоске дзеркало направляло побудоване зображення убік, де спостерігач розглядав його в окуляр. Схема, за якою він був побудований отримала назву «схема Ньютона». Довжина телескопа складала близько 15 дюймів. "Порівнюючи його з трубою Галілея завдовжки в 120 см, - писав Ньютон, - за допомогою мого телескопа я міг читати на більшій відстані, хоча зображення в ньому було менш яскравим".

З середини ХІХ ст.. почали розробляти скляні дзеркала. Найбільш вживаною була система Кассегрена, в якій головне дзеркало — увігнуте параболічне, а допоміжне — опукле гіперболічне, а також велика довжина труби.

Ще однією системою була система Річі— Кретьєна. У цій системі головне дзеркало за формою дещо відрізняється від параболоїда, а допоміжне — від гіперболоїда. Тому і довжина труби, і діаметри у 2-4 рази менші, ніж попередніх телескопів.

1. Радіотелескопи та радіоінтерферометри.

Радіовипромінювання від космічних об’єктів приймається спеціальними установками, які називаються радіотелескопами. Радіотелескоп схожий з оптичним за принципом дії. Він дозволяє вивчати електромагнітне випромінювання астрономічних об'єктів в діапазоні частот від десятків МГц до десятків ГГц.

Основними складовими частинками типового радіотелескопа є антена і дуже чутливий приймач і опромінювач. Антена призначена для приймання хвиль. У радіоастрономії використовуються такі типи антен, як дипольні антени, параболічні рефлектори, радіоінтерферометри.

Найточнішими в роботі є повноповоротні параболічні антени. У разі їх застосування чутливість телескопа посилюється за рахунок того, що таку антену можна направити в будь-яку точку неба, накопичуючи сигнал від радіоджерела. Опромінювач призначений для збирання радіовипромінювань, напрямлених на нього дзеркалом. Він передає прийняту енергію на вхід приймача, і після підсилення сигнал реєструється на стрічці самописного електричного приладу.

Радіотелескопи використовуються для радіолокації планет, їхніх супутників та радіопослань позаземним цивілізаціям.

1. Астрономічні обсерваторії.

Астрономічні дослідження проводяться у наукових інститутах, університетах і обсерваторіях.

Обсерваторії звичайно спеціалізуються на проведенні певних видів астрономічних досліджень. Тому вони оснащені різними ти­пами телескопів та інших приладів, призначених, наприклад, для визначення точного положення зір на небі, вивчення Сонця або розв'язання інших наукових завдань.

В наш час у світі налічують близько 400 АО (астрономічних обсарваторій), В Україні провідними є Головна астрономічна обсерваторія НАН України (1944 р.), Інститут радіоастрономії з його унікальним декаметровим телескопом УТР-2 під Харковом, Кримська астрофізична обсерваторія (1950 р.). Певні традиції досліджень і спостережень зберігають АО університетів — Львівського (1769 р.), Харківського (1898 р.), Київського (1845 р.), Одеського (1871 р.).

Довгий час АО будувались поблизу чи навіть у населених пунктах, з XIX ст. їх почали розташовувати на гірських вершинах. Серед найбільших АО світу найвідомішими сьогодні є: введена в дію 1990 р. АО на вершині древньої вулканічної гори Мауна-Кеа (4215 м, о. Гавайї), оголошеної науковим заповідником за свій унікальний астроклімат; тут встановлено кілька 4-метрових телескопів, а також теле­скопи «Кек», «Джеміні», «Субару» (мал. 11.6); англійська АО на о. Ла-Пальма (2327 м, 1986 р.), американська АО Лас-Кампанас (2280 м, 1976 р.) у Чилі і там же європейська АО Ла-Сілла (2347 м, 1976 р.), де встановлено «Дуже великий телескоп».

6. Приймачі випромінювання, з 1880 р. в астрономії систе­матично використовують фотографію. У наш час понад 50% усіх астро­номічних спостережень здійснюють саме шляхом фотографування не­бесних об'єктів. Фотографічна емульсія, на відміну від ока, здатна на­копичувати кванти світла, на ній водночас утворюються зображення со­тень і тисяч світил.

Досліджуючи астрономічні фотографії, можна виміряти повільні переміщення порівняно близьких зір на фоні більш від­далених, побачити на негативі зображення дуже слабких об'єктів, виміряти величину потоків випромінювання від зір, планет та ін­ших космічних об'єктів. Для високоточних вимірювань енергії світлових потоків використовують фотоелектричні фотометри. У них світло від зорі, зібране об'єктивом телескопа, спрямовуєть­ся на світлочутливий шар електронного вакуумного приладу — фотопомножувача, в якому виникає слабкий струм, що його підсилюють та реєструють спеціальні електронні прилади. Про­пускаючи світло через спеціально дібрані кольорові світлофільтри, астрономи кількісно і з великою точністю оцінюють колір об'єкта.

Питання для самоконтролю:

1. Що таке телескоп і яке його призначення, будова?
2. Які телескопи називають рефракторами, а які — рефлекторами?
3. З чого складається типовий радіотелескоп і яке його призначення?
4. Назвіть декілька астрономічних обсерваторій.

Дата добавления: 2015-07-14