Почему астрономы стремятся расположить свои обсерватории на вершинах гор всегда ли так было кратко

Обновлено: 04.07.2024

Чтобы уменьшить атмосферные искажения за счет уменьшения толщины влияющего атмосферного слоя и за счет улучшения качества атмосферного слоя, так же там меньше мешающего света городов, и вредной бытовой вибрации.

Если взять так сказать домашнее отопление то по вредности при сжигании виды топлива распределяются следующим образом:

на первом месте находится уголь, на втором жидкое топливо и на третьем, самым безвредным так сказать является газ. Очень вредными являются также выхлопные газы от старых несовершенных и конечно крупных грузовых автомобилей.

А самые вредные выбросы? Еще недавно я бы не ответил вам на этот вопрос. так как информация являлась секретной. Выбросы от ракетного топлива ракет 60-х, семидесятых годов.

Сейчас слава Богу сняты с вооружения.

одна атмосфера это 1 кгс/см2 - 760 миллиметров ртутного столба(мм рт ст)- давление, равное столба ртути высотой 760 мм при 0 °C, плотность ртути 13595,1 кг/м³ - сегодня в системе единиц си это 101 325 Паскалей (Па)

Циклоны образуются обычно над морями и океанами, реже циклон образуется над сушей. Циклон образуется при поднятии вверх тёплого и влажного воздуха, что вызывает осадки. В циклоне воздушные потоки движутся по спирали (против часовой стрелки в северном полушарии и в южном полушарии - наоборот). Это связано с вращением Земли вокруг своей оси, это вращение Земли создаёт силу Корлиолиса. Эта сила воздействует на движение воздуха и на движущиеся объекты в воздухе (самолёты, вертолёты, и так далее). Ветры вокруг циклона движутся по спирали, и ветер при этом может быть очень сильным. Вокруг антициклона в северном полушарии Земли воздух движется по часовой стрелке, в южном полушарии наоборот. Антициклон образуется там, где сходятся высотные поднятые потоки воздуха, идущие от циклонов, этот холодный воздух начинает оседать на Землю, и атмосферное давление при этом растёт. Чаще всего антициклон образуется над сушей. Различие во вращении воздуха в разных полушариях в соответствующих атмосферных вихрях, это связано с направлением действия силы Корлиолиса.

Конечно антропогенные факторы очень важны. Но есть еще и природные факторы, например вулканическая деятельность.

Выделение (т/сут) некоторых газообразных веществ

Диоксид серы - 0,4

Сероводород 0,3 0,01

Оксиды азота 2 0,2

Углеводороды 2 0,2

Оксид углерода 10 1

Диоксид углерода 3000 50

Согласно данным в таблице, природные источники выделяют больше вредных веществ, тем не менее, самым опасным является именно антропогенное поступление. Это связано с тем, что вредные вещества антропогенного происхождения, часто не свойственны атмосфере, и являются лишними для нее. Они накапливаются именно в зоне обитания человека. Специфические вредные вещества, не существовавшие ранее в природных условиях в настоящее время становятся составной частью атмосферного воздуха, его микроэлементами. Атмосфера принимает их, "запоминает", они становятся ее частью. Ну а из антропогенных факторов, главные уже названы: промышленность и транспорт.

Когда-то в науке и в технике использовалось несколько систем измерений. Обычно их называли по первым буквам названий единиц основных физических величин. В науке (в физике) использовалась система СГС (сантиметр, грамм, секунда). В технике преобладала так называемая техническая система МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда). В начале 60-х в СССР стали вводить систему СИ (система интернациональная, основные единицы - метр, килограмм-масса, секунда). Казалось бы то же самое, по в МКГСС основной была единица СИЛЫ, а в СИ - единица МАССЫ. Хотя название одинаковое, но понятия совершенно различные. Вот мы что-то покупаем на рынке, например килограмм ягод. Продавцы на рынке взвешивают на пружинных весах (безменах). Безмен измеряет силу притяжения груза к земле, поэтому он даёт значение СИЛЫ и мы покупаем килограмм ВЕСА (СИЛЫ). Если же мы взвешиваем на рычажных весах, то мы определяем килограмм массы и покупаем килограмм массы. Килограмм силы и килограмм массы численно равны, и мы никогда особо не задумываемся, с каким килограммом имеем дело. Чтобы отличать килограмм силы от килограмма массы договорились, килограмм силы писать с прописной буквой Г, т.е "кГ", а килограмм массы - со строчной буквой "кг".

В системе МКГСС единицей давления была такая величина, когда на 1 см^2 поверхности действует сила в 1 кГ. Её назвали "атмосфера техническая", сокращенно "ат". В системе СИ давление измеряется в Паскалях (1 кГ/см^2= 98066,5 Па). В практическом применении эта единица неудобная, непривычная, и ею мало кто пользуется. А атмосфера - удобная величина, тем более, что такое давление создаёт столб воды высотой 10 м. В технике очень часто вместо понятия давление используют понятие напор, выражаемый обычно в метрах водяного столба, т.е. 10 м вод.ст. = 1 ат.

И если бы у нашей земли атмосфера была меньше или больше, то всё бы было ничего. Но к "несчастью" (для учеников и студентов) атмосфера оказалась такой, что её давление оказалось 1,033 кГ/см^2 т.е. близко к 1 ат. Для давления атмосферы была введена самостоятельная единица физическая атмосфера, и чтобы отличать её от технической, сокращённо её стали писать атм (от слова атмосфера). Итак 1 атм=1,033 ат, или 1 ат= 0,96784 атм. Невысокие давления принято измерять во внесистемных единицах миллиметрах ртутного столба. 1 атм=760 мм рт.ст. 1 ат= 735,56 мм рт.ст.

Ведь это неудобно с точки зрения доступности, развития транспортной инфраструктуры и конечной стоимости строительства. Но преимуществ оказывается значительно больше.

Они отнюдь не связаны с тем, что астрономы хотят быть ближе к объектам, которые изучают. Космические расстояния столь велики, что подъём на гору или даже полёты на Луну или Марс не дадут никакого преимущества с этой точки зрения.

Если отвечать на этот вопрос кратко, то для того, чтобы максимально улучшить качество изображений астрономических объектов, а следовательно, эффективность работы обсерватории. Давайте разберёмся, за счёт чего.

Большинство преимуществ связаны с тем, что атмосферный слой на значительных высотах над уровнем моря заметно тоньше , чем внизу. Может показаться, что если мы поднимем обсерваторию на гору высотой 500 м, то выгода окажется несущественной по сравнению с издержками. Но это не так. Несмотря на условную толщину атмосферы в 100 км, давление резко падает с высотой. На полукилометровой отметке оно снижается на 6%, и это, в совокупности с другими факторами, даст заметный прирост эффективности в работе астрономов. На высотах 2 км и 4 км соответственно эти цифры составят 20% и 38%.

Поднимаясь в горы, мы оставляем внизу наиболее плотные, запылённые и неспокойные слои атмосферы. Тем самым, улучшая как резкость картинки, так и её глубину. Тут важно не ошибиться и правильно выбрать место: если рядом есть более высокие горные пики, турбулентные потоки, спускаясь с них, могут свести на нет все остальные преимущества.

Горный воздух прозрачнее равнинного, поэтому в нём не столь сильно рассеивается (то есть, хуже распространяется) засветка от населённых пунктов , дорог, предприятий, которая сильно мешает наземным астрономическим наблюдениям в наши дни. Кроме того, искусственные источники света просто дальше, так как селиться в горах не удобно.

Ещё одна очевидная причина - это меньшая облачность . Облака мешают оптическим астрономическим наблюдениям, но чем выше мы поднимаемся, тем больше ясной погоды имеем. Летая на самолётах, несложно заметить, что чаще всего облачный слой расположен относительно низко. И, стоит его преодолеть, как открываются бездонные просторы голубого неба. Это снова не очевидно, но даже полукилометровая высота даст заметный прирост качества и в этом смысле.

В дополнение, на больших высотах низкая влажность воздуха , что позволяет проводить гораздо более эффективные наблюдения в инфракрасном диапазоне. С их помощью астрономы изучают галактический центр, холодные газопылевые облака, формирование звёзд и планет, и многое другое.

Массив телескопов ALMA в высокогорной пустыне Атакама проводит наблюдения на миллиметровых и субмиллиметровых волнах © B. Tafreshi

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.

На самом деле не все телескопы построены на вершинах гор. Вы знаете, что в пустыне было построено несколько типов телескопов, а именно в пустыне Атакама на севере Чили.

Посреди пустыни были построены телескопы с различными длинами волн, в том числе оптический телескоп VLT ( Very Large Telescope ), инфракрасный телескоп ELT ( Extremely Large Telescope ) и радиотелескоп ALMA ( Atacama Large Millimeter Array ).

Действительно, большинство телескопов построено на вершинах гор, например, на Мауна-Кеа, Гавайи, на высоте 4205 метров.

Было построено несколько телескопов, в том числе ТМТ ( Тридцатиметровый телескоп ), что вызвало споры, потому что это было вопреки воле местных экологических и культурных активистов.

Почему некоторые из них построены в плоской пустыне, а некоторые - на большой высоте?

Теперь, чтобы было понятнее, сначала обсудим, что такое телескоп.

Когда-то, в древние времена существовал только один тип телескопа, а именно оптический телескоп, который собирает и концентрирует видимый свет, используя оптические знания для получения информации от далеких звезд.

Изначально сделанные наблюдения были очень простыми, только на глаз, затем с 1880-х годов стали использоваться фотографические пластины и пленка.

И это изменилось с 1932 года, когда Карл Янски, который работал в Bell Telephone Laboratories, открыл радиоволны из космоса. С тех пор в астрономических исследованиях использовались не только оптические волны, но и радиоволны. Радиотелескоп появился до сих пор.

Эти невидимые волны имеют разные длины волн, и все они считаются электромагнитными волнами .

Земля, на которой мы живем, постоянно подвергается воздействию этих электромагнитных волн, исходящих из любого направления во Вселенной.

Но мы не можем почувствовать это напрямую нашими пятью чувствами, нам нужен телескоп, чтобы обнаружить это. Единственный внеземной объект, который могут почувствовать наши органы чувств, - это тепло солнечных лучей.

Например, если вы хотите наблюдать рентгеновские или гамма-лучи, вам нужно запустить специальный телескоп и вывести его за пределы Земли. Но просто штиль, видимые световые волны, радиоволны и инфракрасные лучи все равно можно наблюдать с земли .

Чтобы работать с оптическим телескопом, нам нужно место, где небо чистое, а вокруг нет городских огней. Поэтому наблюдения с помощью оптических телескопов часто проводятся в ночное время (да, да, если звезды не видны днем, после всех солнечных бликов, хе-хе…).

Хотя многие телескопы были сделаны на различных электромагнитных волн, оптические телескопы продолжают играть важную роль LOH .

Попытайтесь понаблюдать за расположением видимого света среди других электромагнитных волн в центре, верно?

Кроме того, звезды обычно излучают почти всю свою энергию в виде видимого света.

Большие оптические телескопы всегда строят на вершинах гор. Пусть что?

Уменьшение турбулентности воздуха, иначе говоря, атмосферных возмущений Земли, потому что этот телескоп очень чувствителен к турбулентности, которая в результате может повредить резкость изображения.

Ключ состоит в следующем: чем выше находится телескоп, тем меньше возмущение атмосферы.

Самая идеальная позиция для оптического телескопа - это, конечно, космическое пространство, где нет атмосферных помех, верно ?

Именно поэтому здесь был установлен космический телескоп Хаббл размером 2,4 метра, и этот проект имел успех! Конечно, это очень дорогой проект, но инвестиции очень и очень ценные, не правда ли .

Хорошо .. вернемся к ноутбуку с Земли .

На поверхности самой Земли места разные, правда? В одних очень большие возмущения атмосферной турбулентности, в других просто штиль.

Примерно в 1960-е годы ученые по всей Земле проводили региональные испытания, чтобы определить лучшие места для наблюдений. Это очень важно, потому что предыдущие телескопы строились в соответствии с местом, где находятся астрономы, поэтому они менее эффективны, верно ? Иногда строительная площадка оказывается неподходящим местом.

Также читайте: Различные интересные небесные события в 2019 году (завершено)

Астрономы находят идеальные места, где сочетание чистого неба + бесплатных городских огней + атмосферных возмущений довольно мало.

Обычно такие места находятся недалеко от экватора (между 20 и 40 градусами северной или южной широты), а также на вершинах гор высотой более 3500 метров.

Если случайно горы находятся далеко от берега и ветры не очень сильные (пологие), то сейчас, конечно, даже лучше.

Несколько мест находятся в северном полушарии, например, в юго-западной Америке, на большом острове Гавайи и Ла-Пальма на Канарских островах.

На европейском континенте? Хм, он не подходит, потому что погода легко меняется каждый сезон и световое загрязнение, потому что он уже густонаселен, верно ?

Как насчет южного полушария? Это пустыня Атакама на севере Чили и Кару на юге Африки. Континент Австралия - тоже хорошее место, поэтому здесь построили обсерваторию Сайдинг-Спринг. Много вариантов в порядке , если вы хотите , чтобы разбудить телескоп оптику.

Как насчет радиотелескопа? Устройства , используемые прямо зависит также с устройствами в телескопе оптики. Что самое важное при определении лучшего места для установки радиотелескопа? Без помех от радиоволн поблизости, обычно от средств связи, используемых людьми.

В Австралии есть 64-метровый радиотелескоп Паркса, который расположен в сельской местности, местность холмистая, а климат жарко-сухой, как в пустыне.

Это условие эффективно блокирует телескоп от радиопомех от других электронных устройств, используемых людьми.

Помимо обсерватории Босша, мы молимся о том, чтобы вскоре был построен новый телескоп, который будет построен в Купанге, NTT .

Читайте также: