Исследование электромагнитного излучения небесных тел

Основные понятия: виды телескопов, видимое увеличение, разрешающая способность и проницающая сила.

Изучать далёкие недостижимые небесные объекты можно одним способом — собрав и проанализировав их излучение. Для этой цели и служат телескопы.

При всём своём многообразии телескопы, принимающие электромагнитное излучение, решают две основные задачи:

1) собрать от исследуемого объекта как можно больше энергии излучения определённого диапазона электромагнитных волн;

2) создать по возможности наиболее резкое изображение объекта, чтобы можно было выделить излучение от отдельных его точек, а также измерить угловые расстояния между ними.

В зависимости от конструктивных особенностей оптических схем телескопы делятся на линзовые системы — рефракторы; зеркальные системы — рефлекторы; смешанные зеркально-линзовые системы, к которым относятся телескопы Б. Шмидта, Д. Д. Максутова и др.

Телескоп-рефрактор в основном используется для визуальных наблюдений. Он имеет объектив и окуляр. Диаметр объективов рефракторов ограничен из-за трудностей отливки крупных однородных блоков оптического стекла, их прогибов и светопоглощения. Наибольший диаметр объектива телескопа-рефрактора, применяемого в настоящее время, — 102 см (Йеркская обсерватория, США). Недостатками такого типа телескопов считаются их значительная длина и искажение изображения. Для устранения оптических искажений используют многолинзовые объективы с просветлённой оптикой. Телескоп, совмещённый с фотокамерой, называют астрографом.

По сравнению с рефракторами современные телескопы-рефлекторы имеют намного большие объективы. В рефлекторах с диаметром зеркала свыше 2,5 м в главном фокусе иногда устанавливают кабину для наблюдателя. С увеличением размеров зеркала в таких телескопах приходится применять специальные системы разгрузки зеркал, исключающие их деформации из-за собственной массы, а также принимать меры для предотвращения их температурных деформаций. Сооружение крупных рефлекторов (с диаметром цельного зеркала 4—6 м) сопряжено с большими техническими трудностями. Поэтому разрабатываются конструкции с составными мозаичными зеркалами, отдельные элементы которых требуют точной настройки с помощью специальной следящей аппаратуры. В небольших и средних по размерам рефлекторах для удобства наблюдения свет отражается дополнительным плоским (вторичным) зеркалом к стенке трубы, где находится окуляр. Рефлекторы используют преимущественно для фотографирования неба, фотоэлектрических и спектральных исследований.

В зеркально-линзовых телескопах изображение получается с помощью сложного объектива, содержащего как зеркала, так и линзы. Это позволяет значительно снизить оптические искажения телескопа по сравнению с зеркальными или линзовыми системами. В телескопах системы Б. Шмидта оптические искажения главного сферического зеркала устраняются с помощью специальной коррекционной пластинки сложного профиля, установленной перед ним. В телескопах системы Д. Д. Максутова искажения главного сферического или эллиптического зеркал исправляются мениском, установленным перед зеркалом. Мениск — это линза с мало отличающимися радиусами кривизны поверхности; такая линза почти не влияет на общий ход лучей, но заметно исправляет искажения оптического изображения.

Основными оптическими параметрами телескопа являются: видимое увеличение, разрешающая способность и проницающая сила.

Видимое увеличение (G) оптической системы — это отношение угла, под которым наблюдается изображение, даваемое оптической системой прибора, к угловому размеру объекта при наблюдении его непосредственно глазом.

Под разрешающей способностью (ψ) оптического телескопа понимают наименьшее угловое расстояние между двумя звёздами, которые могут быть видны в телескоп раздельно.

Также важной характеристикой телескопа является проницающая сила (m), которая выражается предельной звёздной величиной светила, доступного наблюдению с помощью данного телескопа при идеальных атмосферных условиях.

Для обнаружения и приёма космического радиоизлучения используются приборы, которые получили название радиотелескопов. Радиотелескопы состоят из антенного устройства и чувствительной приёмной системы. Приёмная система, или радиометр, усиливает принятое антенной радиоизлучение и преобразует его в удобную для дальнейшей обработки форму.

Если радиоизлучение источника одновременно воспринимается двумя и более антеннами, расположенными на некотором расстоянии друг от друга, и затем эти сигналы суммируются, то вследствие интерференции радиосигналов разрешающая способность телескопов значительно возрастает. Такой инструмент называется радиоинтерферометром.

Особый раздел астрономии — внеатмосферная астрономия — изучает небесные объекты при помощи аппаратуры, вынесенной за пределы земной атмосферы.

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 лёд 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 приёмники приходится размещать на искусственных спутниках Земли. Проведённые в 1999 г. наблюдения дали очень интересные научные результаты. Оказалось, что в нашей Галактике широко распространены массы сильно нагретого (до полумиллиона градусов) межзвёздного 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 звёзд.

Источниками гамма-излучения являются вспышки на Солнце, ядра активных галактик, квазары.

При помощи рентгеновских космических обсерваторий исследуются сверхновые звёзды, туманности, нейтронные звёзды, солнечная корона и вспышки на Солнце. Искусственные спутники Земли выводят на околоземные орбиты уникальные ультрафиолетовые, инфракрасные и оптические телескопы.

Проверь себя: