Принцип размещения обсерваторий кратко

Обновлено: 08.07.2024

Астрономической обсерваторией называют научно-исследовательский центр, в котором на постоянной основе ведется наблюдение за космическими телами и явлениями. Ответом на вопрос, какова причина создания космических обсерваторий, является интерес человека к тому, что происходит за пределами нашей планеты. Такие сооружения создают на возвышенностях, чтобы получить неограниченный обзор.

В этой статье мы расскажем, как появились первые обсерватории, как они развивались, какими стали сейчас. Повышенный интерес вызывает оборудование обсерваторий, в них есть телескопы оптического типа и особые радиотелескопы, разное оборудования для анализа полученных данных: спектрографы, астрографы, астрофотометры. Все это позволяет науке узнавать о небесных телах больше, открывать ранее неизвестные объекты, делать выводы и создании мироздания и выстраивать сценарии будущего.

Сложно сказать, когда появились первые обсерватории. У древних людей не было таких технологий, как сейчас, но они проявляли интерес к космосу и стремились найти способ наблюдать за ним.

История развития

В древности постройки были конечно же крайне простыми и нефункциональными относительно современных. Древнейшие из обсерваторий найдены археологами и историками на землях Мексики, на территориях Вавилона и персии, Перу и Ассирии, Древних Китая и Египта, и многих других странах. За небом наблюдали жрецы, их можно считать первыми астрономами.

Стоунхендж

Одна из старинных обсерваторий известна и узнаваема во всем мире, это легендарный Стоунхендж, расположенный недалеко от Лондона. Его создали в каменном веке, сооружение было предназначено для проведения религиозных обрядов и наблюдения за небом, то есть сочетало в себе функции храма и обсерватории. Понять второе назначение человечество смогло не сразу. Исследователи обратили внимание, что огромные плоские камни расположены в определенной последовательности, и сделали такие выводы.

Стоунхендж являлся святыней друидов, это каста жрецов среди кельтских народов. Эти жрецы неплохо понимали астрономию, они имели представление о размерах нашей планеты и других, знали, как они устроены и как двигались, знали о разных космических явлениях. Откуда им это было известно — величайшая загадка человечества.

Согласно одной из гипотез, их обучили этому те, кто построили Стоунхендж, могущественные существа, возможно, внеземного происхождения.

Другая древнейшая обсерватория находится на территории Армении, ее создали около пяти тысяч лет назад. В Самарканде в 15 веке выдающийся астроном Улугбек создал не только обсерваторию, но и выдающееся для тех времен устройство — гигантский квадрант, измеряющий угловые расстояния космических объектов.

Люди делали это из любопытства и ради науки. Благодаря древним деятелем мы владеем большим количеством информации о космосе, но неизведанного по-прежнему остается больше, поэтому исследования космического пространства не прекращаются. Чтобы узнать об этом много нового, обратись к статье “Интересные факты об астрономии дальнего космоса”.

Первые современные сооружения

В современном виде первое сооружение появилось в Александрии, его создал Птолемей II Филадельф. Здесь трудились Аристарх, Геминус, Аристилл и много других известных деятелей науки. Именно здесь впервые начали применять инструменты с разделенными кругами. Аристарх начал пользоваться медным кругом, он установил его в плоскости экватора, чтобы видеть, как солнце проходит через точки равноденствия.

Первая астролябия — дело рук Гиппарха. Это инструмент, который работает на основе стереографической проекции, он состоит из двух кругов, расположенных перпендикулярно по отношению друг к другу, а также из диоптр. Птолемей придумал квадранты и начал устанавливать их с помощью отвеса. Перейти от цельных кругов к квадрантам по сути было шагом назад, но все прислушались к авторитету Птолемея. Квадранты использовали вплоть до времен Ремера, который точно доказал, что круги точнее. Их использовали до начала 19 столетия.

В Европе период строительства обсерваторий начался после того, как создали телескоп, это произошло в 17 веке. Первой была государственная парижская обсерватория, созданная в 1667 году. В ней работали как с квадрантами и другими древними приспособлениями, так и с большими телескопами-рефракторами. В 1975 году недалеко от Лондона начала работать Гринвичская королевская обсерватория. Сейчас в мире насчитывается более пятисот современных космических обсерваторий. Из них около 20 расположено на территории нашей страны.

Обсерватории в России и мире

Первая отечественная обсерватория начала работать в 1692 году в Архангельской области, она была частной. Затем в Петр Первый распорядился создать государственное учреждение, оно открылось в 1701 году в Москве при Навигацкой школе. В 1839 году заработала Пулковская обсерватория недалеко от Санкт-Петербурга, в ней было самое новейшее оборудование, что позволило получать самые точные данные. Ее назвали астрономической столицей мира. Сейчас она остается одной из самых технологичных в мире.

Другие крупные обсерватории: Гринвичская в Англии, Маунт-Паломар и Гарвард в США, Краковская в Польше, Потсдамская в Германии, Венская в Австрии, Бюраканская в Армении. Ученые из разных стран работают в содружестве, они делятся результатами своих работ, часто проводят совместные исследования, чтобы получить более точную информацию. Благодаря им мы постоянно узнаем о космосе больше. Интересные данные, добытые учеными, представлены в статье “Есть ли границы космоса и что находится за ними”.

Как устроены обсерватории?

Современные обсерватории представляют собой башни с телескопами в форме цилиндра или многогранника. В них работают оптические телескопы, их располагают в закрытых куполообразных сводах. Также используются радиотелескопы, они собирают световое излучение, обрабатывают его фотографическими или фотоэлектрическими методами, итогом анализа становится важная информация о космических телах.

Обычно такие заведения располагаются за пределами города. Место размещения предварительно оценивается, подходят горные плато с незначительной атмосферной турбулентностью. Такие условия подходят для изучения инфракрасного излучения, которое поглощается нижними слоями атмосферы. Крайне важно, чтобы в выбранном месте была низкая облачность, иначе она будет мешать наблюдениям.

Какие бывают?

Существуют обсерватории узкого назначения, например, для наблюдения за Солнцем или для сопровождения наблюдений, проводимых космонавтами. При наблюдении с поверхности Земли невозможно зарегистрировать лучи ультрафиолетового, инфракрасного, гамма и других видов космического происхождения. Для работы с ними телескопы начали запускать в космос, каждый из них представляет собой отдельную обсерваторию. Так ученые смогли шагнуть в эру изучение внеатмосферной астрономии, то есть преодолеть ограничения, накладываемые атмосферой.

Рассмотрим типы обсерваторий:

инфракрасные. Изучают данный спектр излучения в космосе, обрабатывают и передают данные земным ученым. Первый такой телескоп с остальным необходимым оборудованием устремился в космические дали в 1983 году, его создали специалисты из США и Европы в рамках проекта IRAS. Подобная аппаратура всегда присутствует на межпланетных станциях;
ультрафиолетовые. Озоновый слой нашей планеты поглощает ультрафиолетовое излучение нашего Солнца и других звезд, поэтому для их изучения тоже нужно вывести оборудование в космос;
рентгеновские. Позволяют исследователям узнать о мощных процессах, происходящих в космическом пространстве. Детекторы, которые фиксируют изменения, простые и легкие относительно других устройств. Их можно использовать в верхних слоях атмосферы Земли и в открытом космосе;
гамма-обсерватории. Использует методики, схожие с рентгеновскими, но у них есть особенность: они точнее представляют информацию о том, что происходит внутри атомных ядер, лучше анализируют преобразования элементарных частиц.

Какова причина создания космических обсерваторий, их совершенствования, внедрения новых методик? Это не просто научный интерес, есть практическое значение: понимая, что происходит в космосе, мы узнаем больше о своей планете.

Вы приняли решение о строительстве обсерватории, и нужно понять, подходит ли предполагаемое место ее установки, и как можно скорректировать первоначальные планы, чтобы достичь максимально возможного результата.

Выбор места для обсерватории - задача не простая, многофакторная, и зачастую компромисная. Перечислим факторы, которые стоит принять во внимание.

Наличие засветки неба от уличного освещения, ближайших населенных пунктов и промышленных объектов.

Рис.1. Карта засветки ночного неба центральной Европы.

Высота над уровнем земли и моря, характерная погода, число ясных ночей в году.

Параметры, на которые почти не может влиять владелец обсерватории. Они определяют, тем не менее, процент времени, когда обсерватория может быть использована. Понятно, что при возможности, нужно стремиться к местам, где хорошая погода по статистике чаще, и которые расположены выше. Не случайно большинство профессиональных обсерваторий расположены в горах. Во-первых, часто бывает, что кучевые облака плавают на высоте 0.5 -1км, и если обсерватория выше - в месте ее расположения ясно и можно работать. Во вторых, чем толще слой атмосферы между объективом и объектом наблюдения, тем меньше стабильность изображения.

Стабильность атмосферы вследствие движений воздушных масс, в следствие тепловых потоков и ветра.

Чем стабильнее атмосфера и равномернее потоки воздуха, тем стабильнее изображение. При отсутствии атмосферы разрешающая способность инструментов определялась бы исключительно качеством их оптики и дифракционными ограничениями, связанными с размером объектива телескопа. Так, если взять Рэллеевское определение разрешения телескопа и рассчитать, к примеру для объектива диаметром 1000мм, что является по сути рядовым, не крупным инструментом, вычислив по формуле 140’’ / 1000 получим угловое разрешение 0,14’’, что является уникальным значением, позволяющим проводить уникальные исследования, например поиски экзопланет, исследовать строение далеких галактик и тд. Реальность для такого инструмента будет во много раз хуже. В чем же дело? А как раз в нестабильности атмосферы.

Рис.2 Изменение изображения звезды при ухудшении соотношения сиинга и апертуры телескопа.

Отдельно нужно сказать о потоках теплого воздуха от здания, на котором расположена обсерватория. Часто при проектировании обсерватории на крыше дома или общественного здания не до конца оценивают значение тепловых потоков. А их влияние на изображение очень существенно. Так, через воду бурной реки дна почти не видно, даже если глубина не велика. напротив в спокойном озере через чистую воду бывает видно дно на многие метры. Аналогично происходит с атмосферой. По этому, когда нет другого выхода, кроме установки обсерватории на крыше здания необходимо принять следующие меры.

Редко можно расположить обсерваторию в месте, где открыт весь горизонт. Часто мешают горы, холмы, деревья и даже дома. Обычно это не проблема. Во-первых, большинство объектов для наблюдения находятся в южном направлении, соответственно имеет смысл ориентировать обсерваторию таким образом, чтобы наиболее открыта была южная часть неба. Во вторых, человек в силу психо-физических особенностей и недостатка опыта часто не верно определяет угловые размеры препятствий. Измерьте любым угломерным инструментом угол, который закрывается препятствием с точки предполагаемой установки телескопа. В силу большой толщины атмосферы на пути изображения, наблюдения объектов ниже 15 и часто даже 25 градусов над горизонтом не проводят. Вполне возможно, что Ваша любимая яблоня заслоняет существенно меньше и изводить ее нет никакой необходимости. Также имейте ввиду, что подъем обсерватории всего на несколько метров благодаря ее конструкции, существенно увеличит участок не закрытого неба и позволит оторваться от приземного слоя атмосферы, уменьшив вероятность выпадения росы и иных негативных явлений атмосферы.

Конструктивные вопросы - прочность и стабильность несущих конструкций.

Обычно стены обсерватории и даже купол не очень тяжелые, в зависимости от технического решения и размера, их вес не превышает нескольких тонн. Соответственно, каких то специальных мер по обеспечению прочности конструкции обычно не требуется. Как в случае отдельно стоящей обсерватории, так и и в случае размещения на крыше дома или другого строения. Другое дело место расположения телескопа. Часто самостоятельно изготовленная конструкция может оказаться достаточно шаткой, если учесть фокусное расстояние применяемого телескопа и его угловое разрешение. По этому часто в профессиональных обсерваториях применяется отдельная колонна - основание телескопа с собственным фундаментом, развязанная от пола обсерватории и других несущих конструкций. В этом случае вибрация от перемещения людей, купола и другого оборудования не влияет на положение телескопа. Встречаются мнения, что современные обсерватории не требуют отдельной колонны и это излишние хлопоты. Действительно, при высоте 3м над землей и глубине фундамента 2м, колонна сечением 1х1м будет иметь обьем 5м3 бетона, что не мало весит и стоит. Действительно, развитие приемников света и методов съемки привело к заметному снижению времени экспозиции, а также во многих случаях к удаленной работе без людей в обсерватории, что снижает требования к стабильности фундамента. Часто вполне достаточным является применение в качестве основания телескопа качественно выполненного бетонного перекрытия, связывающего стены обсерватории. Если же компромис при строительстве обсерватории для Вас не приемлем - нужно делать колонну, стены при этом можно выполнить по более дешевой технологии, например из металлического каркаса, обшитого профлистом.

Безопасность прохода и нахождения людей, обеспечение сохранности оборудования.

На этапе проектирования продумайте, как будете попадать в обсерваторию, как выходить. Напоминаю, это будет в ночное время, возможно после ночи наблюдений, возможно с неподготовленными гостями. По этому, категорически рекомендуем применять безопасные способы прохода, поручни, ограничители, надписи на опасных участках. Использование лестниц по наружней части зданий настоятельно советуем исключить. Система видеонаблюдения и сигнализация открытия дверей позволит чувствовать себя чуть более уверенно. Вероятно, не стоит прятать все признаки наличия технических средств охраны. Их присутствие даст понять непрошеным гостям, что их визит не останется незамеченным.

Возможность, удобство и стоимость эксплуатации и обслуживания.

Нужно понимать, что оборудование обсерватории, даже профессиональной удаленной и автоматизированной, требует внимания и правильной эксплуатации. Нужно быть готовым к необходимости провести какие то ремонтные или настроечные работы в случае необходимости.

Наличие, качество, стоимость сооружения и эксплуатации коммуникаций, в первую очередь электроснабжения и связи.

Для функционирования обсерватории необходима электроэнергия, хорошо если с резервным источником питания - вторым вводом, аккумуляторами или электрогенератором для бесперебойной работы. Электрическое потребление оборудования обсерватории не велико - обычно не более 1 кВт/ч, но если нужно резервировать хотя бы на 6-8 часов, емкость батареи становится заметной. В местности с большим числом ясных дней можно применять солнечные батареи. особенности их использования и целесообразность применения - в отдельной статье. Без качественного канала связи, желательно также с резервированием, не возможна работа современной обсерватории. Даже если не говорить об удаленном управлении, что является уже по сути стандартным режимом любой обсерватории, различные сигнализации и другие системы безопасности требуют надежного канала связи.

Рис.3 Гриффитская обсерватория на крыше здания, США.

Таким образом, можно выделить два основных варианта размещения обсерватории конструктивно - в виде отдельно стоящего здания и на крыше существующего и два основных варианта по месту расположения - вблизи существующей инфраструктуры - здания, сооружения, дачи и тп и на отдельно выбранной, специально подготовленной площадке. Понятно, что отдельное расположение на специально выбранной площадке предпочтительно. При этом даже обсерватория на крыше здания при учете вышеприведенных рекомендаций позволит проводить качественные наблюдения и подарит не забываемые эмоции от наблюдения космических явлений.

Космос, обсерватория, астрономы, спектроскопы, спектрографы и спектрогелиографы

Тысячи лет тому назад астрономы, наверное, использовали египетские пирамиды, а также башни и храмы Вавилона для изучения Солнца, Луны и звезд. Тогда не было телескопов.

Со временем появились астрономические приборы, и по мере того, как увеличивались их размеры и количество, для их размещения стали строить обсерватории. Некоторые обсерватории были построены больше тысячи лет тому назад.

Место для строительства обсерватории должно быть правильно выбрано. Здесь должны быть благоприятные погодные условия, умеренные температуры; здесь должно быть много солнечных дней и безоблачных ночей, как можно меньше туманов, дождей и снегопадов. Это место должно находиться вдали от городских огней и неоновых реклам, которые слишком сильно освещают небо и этим мешают наблюдениям.

Есть здания, в которых кроме телескопов есть и жилые помещения. Приборы размещаются в конструкциях из стали и бетона. Здания для установки телескопов состоят из двух частей. Нижняя часть неподвижна, а верхняя, или крыша, имеет форму купола, который может вращаться.

В современной обсерватории астроному нужно нажать лишь несколько кнопок, чтобы передвинуть оборудование. Конечно, для того, чтобы видеть, астроном всегда должен находиться у окуляра, или там должен быть закреплен фотоаппарат. Поэтому в некоторых обсерваториях пол может подниматься или опускаться, или там есть регулируемая платформа.

Для наблюдений за небом астрономы полагаются не только на свои глаза. У них есть много сложных приборов и приспособлений к телескопу, таких, как фотоаппараты, спектроскопы, спектрографы и спектрогелиографы. Все эти приборы обеспечивают ученых важной информацией.

Современные технологии позволяют ученым изучать даже самые отдаленные уголки космоса прямо с Земли. Сделали подборку современных обсерваторий, откуда астронавты смотрят на экзопланеты, черные дыры и погасшие звезды

С 1990 года ученым удалось подтвердить существование более 4 000 планет за пределами нашей Солнечной системы. Чтобы изучать космическое пространство, исследователи совместно с предпринимателями, научными университетами и филантропами по всему миру строят мощные обсерватории. В этом материале мы собрали современные обсерватории, рассказали, где находится самый большой телескоп и зачем китайские исследователи переселили целую деревню.

Обсерватория Кека

Обсерватория Кека является частью W. M. Keck Foundation, основанной в 1954 году предпринимателем и филантропом Уильямом Кеком, который поддерживал научные, инженерные и медицинские исследования. Обсерватория находится на вершине Мауна-Кеа (остров Гавайи) на высоте 4 145 м над уровнем моря. Она оснащена двумя телескопами высотой в восемь этажей, которые обнаруживают цели с точностью до нанометра. Телескопы могут отслеживать объекты в течение нескольких часов. Каждый из них весит 300 т, а зеркала состоят из 36 шестиугольных сегментов.

До 2007 года и появления в Испании Большого канарского телескопа телескопы Кека считались крупнейшими в мире. Они находят планеты, работая по принципу эффекта Доплера — измеряя изменения звездного света. Благодаря этим телескопам ученые обсерватории открыли наибольшее количество экзопланет, в том числе самую молодую LkCa 15 b.

Астрономы обсерватории Кека первыми в истории получили изображение планетной системы на орбите вокруг звезды, которая не является Солнцем. В 2017 году NASA заключила пятилетнее соглашение (действует с 2018 по 2023 год) с владельцами обсерватории на совместное исследование космического пространства. До этого ученые Кека помогли NASA осуществить миссию Kepler/K2, предоставив фотографии высокого разрешения для проверки и описания существования сотен орбит экзопланет. А с помощью телескопов обсерватории удалось обнаружить первые признаки водяного пара на одном из 79 спутников Юпитера. В 2019 года это подтвердили ученые NASA.

Читайте также: