Реферат на тему внеатмосферная астрономия

Обновлено: 04.07.2024

Молодой раздел астрономии — внеатмосферная астрономия — изучает небесные объекты при помощи аппаратуры, вынесенной за пределы земной атмосферы. Различные приборы, установленные на искусственных спутниках Земли (ИСЗ) и автоматических межпланетных станциях (АМС), позволяют изучать космические объекты во всем диапазоне длин волн, начиная от жесткого гамма-излучения до километровых радиоволн. Поэтому современная астрономия стала всеволновой.

Изучение инфракрасного излучения в астрономии началось с того, что с его помощью провели точные измерения температуры поверхности и атмосферы планет Солнечной системы. Так в атмосферах Марса, Венеры и Юпитера был обнаружен углекислый газ. Инфракрасные наблюдения планет-гигантов позволили узнать структуру их атмосфер и обнаружить лед на спутниках.

Сенсационным открытием инфракрасной астрономии стала вода, обнаруженная в космосе в большом количестве. Она присутствует в газопылевых туманностях, кометах и на малых планетах.

Так как земная атмосфера сильно экранирует ультрафиолетовое излучение, его приемники приходится размещать на искусственных спутниках Земли. Проведенные в 1999 г. наблюдения дали очень интересные научные результаты. Оказалось, что в нашей Галактике широко распространены массы сильно нагретого (до полумиллиона градусов) межзвездного газа, находящегося на расстоянии от 5 до 10 тыс. световых лет от центральной плоскости Млечного Пути. Этот газ нагревается, скорее всего, в результате вспышек сверхновых звезд.

Источниками гамма-излучения являются вспышки на Солнце, ядра активных галактик, квазары. При помощи рентгеновских космических обсерваторий исследуются сверхновые звезды, туманности, нейтронные звезды, солнечная корона и вспышки на Солнце.

На околоземные орбиты ИСЗ выводят уникальные ультрафиолетовые, инфракрасные и оптические телескопы. Постепенно увеличиваются диаметры их главных зеркал, совершенствуется светоприемная аппаратура, повышается чувствительность приборов, разрабатываются новые методы стабилизации телескопов на орбите.

Развитие ракетной и космической техники привело к рождению новой отрасли науки — внеатмосферной астрономии. Вывод астрономических приборов в космическое околоземное пространство (в перспективе возможно и создание астрономической обсерватории на Луне) значительно расширил возможности наблюдательной техники, ограниченные атмосферой и размерами Земли. Все эти ограничения можно охарактеризовать следующими причинами.

Содержание материала

Во-первых, атмосфера, как известно, не пропускает большую часть спектра электромагнитных волн, поступающих к нам из различных районов Вселенной. Это касается, в частности, ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучений, а также некоторых областей микроволновой части спектра (включая инфракрасное излучение).
Во-вторых, существует атмосферная турбулентность, ограничивающая размеры космических объектов, которые можно наблюдать в наземные оптические телескопы. Например, вынос наземных телескопов на орбиту позволит получить в пять-десять раз большее разрешение деталей планет Солнечной системы или грануляций на Солнце.
В-третьих, яркость фона ночного неба вне атмосферы Земли гораздо меньше, чем на Земле. Правда, даже в межпланетном пространстве существует световой фон, который, видимо, снизит ожидаемый выигрыш: в предельной звездной величине по сравнению с наилучшим наземным телескопом лишь до одной-двух звездных величин.
В-четвертых, размеры Земли ограничивают расстояние между двумя радиотелескопами в радиоинтерферометрических системах. А сегодня разрешающая способность наземных радиотелескопов определяется не столько их размерами, сколько созданием подобных систем. Они позволяют сильно повысить разрешение в радиодиапазоне. Создание системы радиоинтерферометра, один из телескопов, который будет выведен в космическое пространство, позволит добиться в радиодиапазо-не разрешения, намного большего, чем в оптическом диапазоне.

Уже сейчас на аэростатах, ракетах и космических аппаратах получено огромное количество наблюдательных данных внеатмосферной астрономии. Важным открытием, полученным на основе ультрафиолетовых исследований и связанным с Солнцем, явилась информация о внешних слоях его атмосферы. Также при помощи аппаратуры ультрафиолетового диапазона обнаружены самые горячие звезды. Накопились интересные и поразительные данные о рентгеновском излучении Солнца, некоторых взорвавшихся звезд (Сверхновых), ряда далеких галактик с активными ядрами и т. д. Получено много данных и об инфракрасных объектах, т.е. космических источниках сильного инфракрасного излучения.

По всей вероятности, будущее внеатмосферной астрономии связано с выводом на орбиту крупных инструментов весом в несколько тонн. Однако на пути такого проекта существует много различной степени трудностей. Например, точность системы ориентации и стабилизации большого оптического телескопа, выведенного на орбиту, должна соответствовать его разрешению.

О некоторых событиях внеатмосферной астрономии 1973 г. мы расскажем ниже.

Вспышки гамма-излучения низких энергий

Прежде всего оказалось, что Земля и Солнце надежно исключаются из возможных источников измеренного гамма-излучения. Сейчас считается, что его источники находятся вообще вне пределов Солнечной системы, а может быть, даже вне пределов нашей Галактики. Поэтому если принять во внимание большую интенсивность гамма-вспышек и другие их характерные свойства, о которых речь пойдет ниже, то станет ясно, почему ученые с таким большим интересом изучают это новое явление природы.

В течение года фиксируется около пяти гамма-вспышек (к 1974 г. отмечено около двух десятков вспышек). Спектр гамма-квантов имеет непрерывный характер. Количество регистрируемых квантов уменьшается с ростом их энергий. Средняя их энергия — около 150 кэв. Общая продолжительность гамма-вспышек не превышает 30 сек, причем вспышки могут состоять из отдельных импульсов с временем одна-две секунды. Космический фон гамма-квантов намного уступает потоку энергии гамма-вспышки.

Внегалактические источники гамма-вспышек выглядят еще более фантастически. Например, серьезно изучается возможность гамма-импульса при внезапных коллапсах (коллапс — процесс быстрого сжатия под действием собственных сил тяготения, носящий безостановочный характер) в ядрах молодых галактик сейфертовского типа. Бурные процессы в ядрах некоторых галактик давно привлекают внимание ученых. Внегалактическими источниками гамма-вспышек могут также оказаться некоторые типы сверхновых звезд. При взрыве такой сверхновой на ее поверхность с самого начала-выходит мощная ударная волна, нагревающая поверхностный слой вещества до очень высоких температур 108—109 К°. Тепловое излучение этого слоя имеет максимум в наблюдаемой области спектра и при энергии около 1047 эрг может привести к обнаруженной гамма-вспышке. Собственно, примерно такая же энергия гамма-импульса должна выделиться при упомянутом выше процессе катастрофического коллапса ядра галактики.

ВНЕАТМОСФЕРНАЯ АСТРОНОМИЯ - раздел наблюдательной астрономии, использующий для исследований космич. объектов приборы, вынесенные за пределы земной атмосферы. Методы В. а. применяются преим. для исследований в УФ-, рентг. и гамма-диапазонах, т. к. земная атмосфера для космич. эл--магн. излучения в этих диапазонах непрозрачна: УФ- и рентг. излучения поглощаются в зависимости от длины волны на высотах 150-80 км, а фотоны жёсткого рентгеновского излучения и гамма-излучения с энергией10-20 кэВ достигают высот y40 км (см. Прозрачность земной атмосферы).

В. а. родилась в кон. 40-х гг. 20 в., когда в США и СССР были начаты исследования Солнца в УФ- и рентг. областях спектра при помощи ракет, способных достигать высот св. 100 км и поднимать астр. инструменты весом до 1 т. В сер. 60-х гг. начались внеатм. исследования др. источников космических рентгеновских и гамма-излучений.

С помощью УФ- и рентг. аппаратуры, установленной на ракетах, достигавших высот от 100 до 500 км (а изредка и больших), были сделаны первые открытия: обнаружены дискретные источники рентг. излучения (неск. десятков), исследованы УФ-спектры ярких звёзд ранних спектральных классов, обнаружен УФ-фон неба в спектральной линии водорода

В принципе, вынос телескопа за пределы земной атмосферы позволяет достичь предельного для данного телескопа углового (пространственного) разрешения , обусловленного лишь дифракцией излучения на входном отверстии телескопа ( угл. секунд, где - длина волны, D - апертура телескопа; см. Разрешающая способность оптических приборов). Разрешение наземных телескопов, ограниченное "дрожанием" атмосферы, редко бывает меньше , что соответствует значениютелескопа всего лишь с D ~10 см (для ). Наконец, мн. астрофиз. проблемы требуют для своего решения доставки приборов непосредственно к объекту исследования (планеты Солнечной системы, межпланетная среда, солнечный ветер, кометы и т. д.). Каждая из этих проблем породила самостоят. научное направление: исследования Венеры спускаемыми и пролётными аппаратами, включая радиолокац. картографирование этой планеты (СССР и США); изучение поверхности и атмосферы Марса и его спутников (СССР, США); исследования Юпитера, Сатурна и их спутников (США). Особенно большой объём ценнейшей информации был получен 16 сов. межпланетными кос-мич. аппаратами (KA) "Венера" (1961-84), двумя амер. KA "Викинг" (исследования Марса и его спутников в 1976-82), космич. станциями "Вояджер-1 и 2" при их пролёте вблизи систем Юпитера и Сатурна (США, запущены в 1977).

В УФ-области (=1000-3500 ) особую роль сыграли ИСЗ "Коперник" (США), междунар. спутник "IUE" (США и ряд стран Европы, с 1977) и "Астрон" (СССР) с телескопами диам. 45-90 см. В этом диапазоне спектра проводилось: детальное исследование хим. состава и физ. условий в межзвёздной среде; обнаружение и исследование молекулярного водорода в плотных и холодных облаках межзвёздного газа; обнаружение горячей газовой короны Галактики; детальное исследование распределения водорода (и гелия) в окрестностях Солнечной системы, изучение спектров неск. тысяч звезд с высоким спектральным разрешением, а также исследования УФ-спектров ядер галактик и квазаров (см. Ультрафиолетовая астрономия ).В США намечен запуск на орбиту ИСЗ оптич. телескопа им. Эдвина Хаббла диам. 2,4 м с пространственным разрешением до 0,01'' и проницающей способностью вплоть до 29-30 m ; его астрометрич. точность превысит 0,001'', срок службы 10 лет. В ИК-области важные результаты получены ИСЗ "ИРАС" (США, Нидерланды, Великобритания, 1983). По данным аппаратуры этого спутника составлен каталог ~10 6 ИК-источников, излучающих в диапазоне длин волн от 1 до 100 мкм (см. Инфракрасная астрономия ).В миллиметровом диапазоне длин волн советским ИСЗ "Прогноз" исследовались реликтовое излучение и его флуктуации.

Космич. излучение с энергией гамма-фотонов100 МэВ исследовалось со спутников "САС-2" (США, с 1972) и "КОС-Б" (ряд стран Западной Европы, запущен в 1975). Обнаружены ок. 20 дискретных источников гамма-излучения (из к-рых отождествлено лишь 3) и протяжённая область эмиссии вдоль плоскости Галактики (см. Гамма-астрономия).

Следует отметить исследования гамма-всплесков, природа к-рых до сих пор окончательно не выяснена. Из десятка источников гамма-излучения, координаты к-рых определены с точностью от 5'' до 10', ни один надёжно не отождествлён с известными астр. объектами. В. а. развивается по пути создания специализир. тяжёлых спутников Земли, оснащённых высокоточной системой астроориентации и уникальными астр. инструментами. Уже сейчас примерно 50% астрономической информации поступает от приборов, установленных на ИСЗ.

Внеатмосферная астрономия, научная дисциплина, применяющая для изучений астрономические инструменты, поднимаемые за пределы плотной атмосферы. Рвение вынести наблюдательные инструменты за пределы воздуха связано с тем, что её прозрачность ограничена только двумя относительно узкими спектральными областями: видимым светом (протяженность волны 3000—7500A) и радиодиапазоном (от 1,25 см до тридцати метров).

Приходящие от Солнца и других астрономических объектов излучения в других длинах волн в той либо другой степени поглощаются по большей части паром, углекислым газом, озоном. Поглощение скоро убывает с высотой над поверхностью Почвы в основном за счёт уменьшения содержания паров воды. Большие помехи в наземных наблюдениях обусловлены кроме этого запылённостью воздуха, преломлением и облаками света на термических неоднородностях воздуха, вызывающих мерцание.

С целью проведения внеатмосферных астрономических наблюдений применяют ракеты, относительно маленькие неестественные спутники Почвы и частично космические зонды. Посредством инструментов, установленных на ракетах, взяты спектрогелиограммы — фотографии Солнца в ультрафиолетовых лучах, в спектральных линиях кальция и излучения водорода, что воображает громадной интерес для изучения активных областей Солнца.

Взяты кроме этого спектры излучения Солнца в ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра, что разрешает изучать как активность Солнца, так и механизм действия его на верхнюю воздух Почвы. Измерения длинноволнового и коротковолнового излучения небесных светил совершены посредством неестественных спутников космических зондов и Земли Электрон и Зонд (СССР), ОСО и Солрад (США) и др., опыты по фотографированию неба в ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра осуществлены посредством ракет и т.п.

Внеатмосферные изучения дополняют результаты наземных астрономических наблюдений. Так, пролётные и посадочные опыты (в первый раз начатые в СССР в 1959) для изучения физических черт Луны, Венеры и Марса (космические аппараты серий Луна, Венера, Зонд — СССР, Сервейор, Лунар орбитер, Маринер — США) существенно углубили знания физических условий на этих небесных телах.

Громадное значение в этом отношении имели наблюдения (в первый раз в 1969) американских астронавтов на поверхности Луны и особенно астрономические опыты, выполненные посредством советских аппаратов — автоматической станции Луна-16 и подвижной лаборатории на поверхности Луны — Луноход-1 (с 18 ноября 1970). К области В. а. относятся изучения магнитных полей в окрестностях небесных тел и в космосе, корпускулярных потоков и космических лучей, изучение жёсткой компоненты межпланетного вещества. Взятие проб микрометеорных частиц и регистрация соударений с микрометеорными частицами, обширно проводившиеся в США и СССР, дали результаты, значительно дополняющие те эти, каковые были взяты путём изучения больших метеоритов, упавших на Землю, и наземных отложений микрометеорного вещества.

К В. а. возможно отнести и баллонную астрономию, применяющую для подъёма астрономических инструментов, среди них и телескопов, громадные аэростаты, достигающие высот 30 км и более.

В возможности В. а. — создание внеатмосферных орбитальных и лунных обсерваторий. Одним из первых шагов в этом направлении нужно считать спутник Старгейзер (США), запущенный в декабре 1968 и несущий на борту телескоп, что разрешает приобретать фотографии и телевизионные изображения небесных тел и других астрономических объектов.

Читать также:

Лекция 2 4 Внеатмосферная астрономия Владимир Сурдин Лекториум

Связанные статьи:

Сферическая астрономия, раздел астрометрии, разрабатывающий математические способы ответа задач, которые связаны с изучением видимого движения и…

Рентгеновская астрономия, раздел наблюдательной и теоретической астрофизики, исследующий источники космического рентгеновского излучения в области длин…

ВНЕАТМОСФЕРНАЯ АСТРОНОМИЯ - исследует космич. объекты при помощи аппаратуры, вынесенной для устранения атмосферных помех за пределы земной атмосферы (см. Прозрачность земной атмосферы ).

Первые результаты в области В. а. были получены в конце 40-х гг. 20 в., когда удалось сфотографировать УФ-спектр Солнца в области длин волн короче . В этих экспериментах (1946-47 гг.) использовались ракеты, способные достигнуть высоты ~100 км. С помощью высотных аэростатов (поднимающихся на высоту 40-50 км), ракет, а с наступлением космич. эры - благодаря искусств. спутникам Земли (ИСЗ) и автоматич. межпланетным станциям (АМС) стало возможным проводить изучение космич. объектов во всём диапазоне длин волн, начиная от жёсткого гамма-излучения до километровых радиоволн. Благодаря успехам В. а. астрономия стала всеволновой.

В. а. даёт возможность устранить дрожание изображения в телескопах, вызванное атмосферными неоднородностями, и довести пространств. разрешение оптич. телескопа до его теоретически возможного (дифракционного) значения l /D (радиан), где l - длина волны, D - диаметр входного отверстия телескопа. При планируемых на середину и конец 80-х гг. 20 в. запусках ИСЗ с оптич. телескопами, напр, телескопом ST (США) с диаметром зеркала 2,4 м, будет достигнуто разрешение ~0,01'' (в земных условиях в лучшем случае 0,5''). В принципе В. а. позволяет создать оптич. интерферометр с разрешением до 10 -4 '' и радиоинтерферометр с базой ~1а. е. и разрешением 10 -6 -10 -8 ''. В. а. может решать принципиально новые задачи благодаря возможности доставить физические приборы непосредственно к месту исследования. Напр., КА "Вояджер-1,-2" (1980-81 гг., США) удалось с близкого расстояния изучить тонкие детали поверхности спутников Юпитера, строение колец Сатурна, а советским межпланетным станциям "Венера-11, -12" (1978 г.) и "Венера-13, -14" (1981-82 гг.) передать панорамы поверхности Венеры, всегда закрытой облачным покровом. В 1983-84 гг. АМС "Венера-15, -16" осуществили радиолокац. съёмку значит. части поверхности Венеры.

В. а. принято делить на разделы, определяемые диапазонами длин волн, в к-рых производятся наблюдения. Наиболее интересные результаты получены при изучении космич. объектов в рентг. и УФ-диапазонах. В частности, со специализированных спутников в 1975 г. был открыт новый тип космич. рентг. источников - барстеры , исследованы рентг. источники в др. галактиках, исследуются нейтронные звёзды и кандидаты в чёрные дыры .

Совр. В. а. вносит в астрофизику вклад, вполне соизмеримый с вкладами оптической астрономии и радиоастрономии .

Лит.:
Курт В. Г., Перспективы внеатмосферных астрономических исследований, "Природа", 1972, 5;
Шкловский И. С., 20 лет рентгеновской астрономии, там ше, 1982, 9;
Кириллов-Угрюмов В. Г., Гальпер А. М., Лучков Б. И., Гамма-астрономия, М., 1978;
Амнуэль П. Р., Релятивистская астрофизика сегодня и завтра, М., 1979; Юпитер глазами "Вояджера", М., 1981; Современные достижения космонавтики, М., 1981.

Читайте также: