Астрономические приборы и техника астрономических наблюдений

Было время, когда небеса казались людям таинственными, а все происходящее в них - недоступным человеческому разуму. Первоначально задачи астрономии в основном сводились лишь к наблюдению положений небесных светил и определению местоположения наблюдателя на поверхности Земли. Лишь со времен Галилея, с изобретением телескопа, астрономы приступили к изучению физической природы небесных тел.

Современные астрономические инструменты используются для измерения точных положений светил на небесной сфере (систематические наблюдения такого рода позволяют изучать движения небесных светил); для определения скорости движения небесных светил вдоль луча зрения (лучевые скорости): для вычисления геометрических и физических характеристик небесных тел; для изучения физических процессов, происходящих в различных небесных телах; для определения их химического состава и для многих других исследований небесных объектов, которыми занимается астрономия. Все сведения о небесных телах и других космических объектах добываются путем исследования различных излучений, поступающих из космоса, свойства которых находятся в непосредственной зависимости от свойств небесных тел и от физических процессов, протекающих в мировом пространстве. В связи с этим основным средством астрономических наблюдений служат приемники космических излучений, и в первую очередь телескопы, собирающие свет небесных светил.

В настоящее время применяются три основных типа оптических телескопов: линзовые телескопы, или рефракторы, зеркальные телескопы, или рефлекторы, и смешанные, зеркально-линзовые системы. Мощность телескопа непосредственно зависит от геометрических размеров его объектива или зеркала, собирающего свет. Поэтому в последнее время все большее применение получают телескопы-рефлекторы, так как по техническим условиям возможно изготовление зеркал значительно больших диаметров, чем оптических линз.

В середине прошлого столетия, на Крымской астрофизической обсерватории вступил в строй крупнейший в Европе телескоп-рефлектор с поперечником зеркала 2,6 метра, построенный на советских оптических заводах.

Современные телескопы представляют собой весьма сложные и совершенные агрегаты, при создании которых используются новейшие достижения электроники и автоматики. Современная техника позволила создать целый ряд приспособлений и устройств, намного расширивших возможности астрономических наблюдений: телевизионные телескопы дают возможность получать на экране четкие изображения планет, электронно-оптические преобразователи позволяют вести наблюдения в невидимых инфракрасных лучах, в телескопах с автоматической корректировкой компенсируется влияние атмосферных помех. В последние годы все более широкое распространение получают новые приемники космического излучения - радиотелескопы, позволяющие заглянуть в недра Вселенной намного дальше, чем самые мощные оптические системы.

Существенно обогатила наши представления о Вселенной радиоастрономия, зародившаяся в начале 30-х гг. нашего столетия. В 1943 г. советские ученые Л. И, Мандельштам и Н.Д. Папалекси теоретически обосновали возможность радиолокации Луны.

Радиоволны, посланные человеком, достигли Луны и, отразившись от нее, вернулись на Землю.50-е годы 20в. - период необыкновенно быстрого развития радиоастрономии. Ежегодно радиоволны приносили из космоса новые удивительные сведения о природе небесных тел. Сегодня радиоастрономия использует самые чувствительные приемные устройства и самые большие антенны. Радиотелескопы проникли в такие глубины космоса, которые пока остаются недосягаемыми для обычных оптических телескопов. Перед человеком раскрылся радиокосмос - картина Вселенной в радиоволнах.

Существует также целый ряд астрономических инструментов, имеющих специфическое назначение и применяемых для определенных исследований. К числу подобных инструментов относится, например, солнечный башенный телескоп, построенный советскими учеными и установленный в Крымской астрофизической обсерватории.

В прошлом телескопические наблюдения велись с помощью глаза, а их результаты зарисовывались от руки. Теперь на смену глазу астронома-наблюдателя пришла фотография. Изучаемые космические объекты точно и объективно фиксируются фотографической пластинкой. Одним из главных преимуществ фотографического метода является способность светочувствительной эмульсии, на которой фиксируется изображение, накапливать свет. Благодаря этому увеличение экспозиции дает возможность обнаруживать космические объекты, недоступные при визуальных телескопических наблюдениях. Но астрономические наблюдения только половина дела. Материалы этих наблюдений должны быть обработаны и проанализированы. Должна быть расшифрована информация, содержащаяся в световых лучах, радиоволнах и других излучениях, поступающих из космоса. Для этого применяется спектральный анализ. Разлагая с помощью специальных приборов световой луч на его составные части, можно определить химический состав источника излучения, его температуру, измерить скорость его движения, а также получить ряд других важных сведений о его физическом состоянии.

Другим важным методом исследования световых лучей является фотометрия - изучение интенсивности световых потоков, излучаемых и отражаемых различными небесными телами.

Все более и более широкое использование при астрономических наблюдениях находят различные чувствительные приборы, позволяющие улавливать тепловые и ультрафиолетовые излучения небесных светил, фиксировать на фотопластинку объекты, невидимые глазу.

Астрономические инструменты для наблюдений устанавливают на астрономических обсерваториях. Для строительства обсерваторий выбирают места с хорошим астрономическим климатом, где достаточно велико количество ночей с ясным небом, где атмосферные условия благоприятствуют получению хороших изображений небесных светил в телескопах. Как правило, такие места находят в горах. Атмосфера Земли создает существенные помехи при астрономических наблюдениях. Постоянное движение воздушных масс размывает, портит изображение небесных тел, поэтому в наземных условиях приходится применять телескопы с ограниченным увеличением (не более чем в несколько сотен раз). Из-за поглощения земной атмосферой ультрафиолетовых и большей части длинных волн инфракрасного излучения теряется огромное количество информации об объектах, являющихся источниками этих излучений. На вершинах гор воздух чище, спокойнее, и поэтому условия для изучения Вселенной там более благоприятные. По этой причине еще с конца 19 в. все крупные астрономические обсерватории сооружались на вершинах гор или высоких плоскогорьях.

В 1870 г. французский исследователь П. Жансен использовал для наблюдений Солнца воздушный шар. Такие наблюдения проводятся и в наше время. В 1946 г. группа американских ученых установила спектрограф на ракету и отправила ее в верхние слои атмосферы на высоту около 200 км.

Следующим этапом заатмосферных наблюдений было создание орбитальных астрономических обсерваторий (ОАО) на искусственных спутниках Земли. Такими обсерваториями, в частности, являются советские орбитальные станции "Салют". Орбитальные астрономические обсерватории разных типов и назначений прочно вошли в практику

В ходе астрономических наблюдений получают ряды чисел, астрофотографии, спектрограммы и другие материалы, которые для окончательных результатов должны быть подвергнуты лабораторной обработке. Такая обработка ведется с помощью лабораторных измерительных приборов. При обработке результатов астрономических наблюдений используются электронные вычислительные машины.

Для измерения положений изображений звезд на астрофотографиях и изображений искусственных спутников относительно звезд на спутникограммах служат координата-измерительные машины. Для измерения почернений на фотографиях небесных светил, спектрограммах служат микрофотометры. Важный прибор, необходимый для наблюдений, астрономические часы.

Помимо систематических научных исследований современные обсерватории осуществляют также ряд так называемых служб.

Прежде всего, это служба Солнца. В различных частях земного шара ведутся непрерывные наблюдения за нашим дневным светилом. Все изменения, происходящие на его поверхности, немедленно фиксируются, что позволяет заранее предвидеть наступление магнитных бурь, нарушающих радиосвязь, и других геофизических явлений, зависящих от уровня солнечной активности.

Чрезвычайно важную роль играет служба точного времени. Наблюдая суточное движение небесных светил, астрономы систематически определяют поправки хода часов и являются хранителями точного времени.

Функционирует также метеорная, служба, в задачу которой входит изучение метеорных потоков, движений метеорного вещества в околоземном космическом пространстве.

Важной задачей астрономов является составление и издание астрономических ежегодников, применяемых в морской и авиационной навигации. Все большее и большее значение приобретают с каждым годом астрофизические исследования, позволяющие изучать состояние материи во Вселенной. С развитием космических полетов роль и значение астрономии в системе научных знаний будет непрерывно возрастать.