В продолжение темы

Вдали от крупных городов

В предыдущем номере еженедельника мы познакомили читателей с Клубом любителей астрономии. Одним из событий клуба в свое время стала лекция научного сотрудника ЛФВЭ Аркадия ТЕРЁХИНА о крупнейших обсерваториях мира. На наш взгляд – это хороший обзор, дающий представление об актуальных исследовательских центрах. Он будет интересен всем, кто интересуется астрономией и не смог посетить лекцию очно.

Астрономическими обсерваториями называются научные комплексы для систематического изучения неба. По месту расположения они подразделяются на космические, воздушные, наземные и подземные.

Космические обсерватории принимают сигнал в диапазонах длин волн электромагнитного спектра, которые не проникают сквозь земную атмосферу (например, ультрафиолетовое и рентгеновское излучения, гамма-лучи), и поэтому недоступны для наблюдения. В космосе отсутствует влияние атмосферной турбулентности и суточного изменения дня и ночи. Если первое на Земле научились преодолевать с помощью так называемой адаптивной оптики, то второе «отключить» никак невозможно.

Воздушные обсерватории проводят наблюдения в диапазоне инфракрасного излучения. К такой области относится стратосферный слой, который находится выше той части атмосферы, где содержащийся в ней водяной пар поглощает излучение.

Наземным обсерваториям доступны наблюдения в оптическом, радио- и микроволновом диапазонах электромагнитного спектра. Подземные же комплексы исследуют потоки заряженных частиц высоких энергий, нейтрино, а также нейтроны. Они расположены под землей для снижения влияния естественного или искусственного фонового шума.

К настоящему времени известно свыше 700 обсерваторий, некоторые из них уже закрыты. На территории России работает около 60 научных центров. В них проводятся исследования положения планет и звезд на небе, движение метеоритов, изучаются процессы формирования галактик, звезд и экзопланет, анализируется структура ранней Вселенной и другие задачи. Исторически сложилось так, что большинство обсерваторий расположено в Европе и Северной Америке, но в последние десятилетия строят крупные объекты в Южном полушарии и вблизи экватора, откуда можно наблюдать как северное, так и южное небо.

Наблюдения неба должны проводиться в максимально благоприятных условиях для получения наиболее качественных результатов. При выборе места для строительства обсерваторий опираются на несколько критериев. Первый – это атмосферные условия. Атмосфера должна иметь минимальную турбулентность. Идеальное место – на высоте, где воздух разрежен и более стабилен. Также важно учитывать количество ясных ночей в году и уровень влажности, так как высокая влажность может привести к запотеванию оптики.

Следующий критерий: географическое расположение. Место должно быть удалено от крупных водоемов, так как они могут способствовать увеличению турбулентности и повышению уровня влажности. Следует избегать сейсмически активных регионов, так как землетрясения могут повредить оборудование и прервать наблюдения.

Фото из группы ВК «Экскурсии в Пулковскую обсерваторию»

К наиболее важным критериям также относится уровень светового загрязнения. Обсерватория должна находиться вдали от крупных городов и промышленных зон, так как избыточное искусственное освещение затрудняет наблюдение слабых звезд и далеких галактик.

Кроме этого, необходимо учитывать такой критерий, как инфраструктура и доступность. Обсерватория должна быть связана с транспортными путями для доставки оборудования и обеспечения регулярного обслуживания. Также важно наличие источников энергии, необходимых для работы сложного астрономического оборудования.

Уникальным местом на планете, отвечающим всем вышеперечисленным требованиям, является Чили. Чили – мировой центр астрономических исследований. На данный момент здесь находится более половины мировой астрономической инфраструктуры. Эта страна сочетает в себе особые природные и климатические условия. Пустыня Атакама считается самым сухим местом на Земле. Влажность здесь самая низкая на планете – 0 %. Это обеспечивает исключительную прозрачность атмосферы. Отсутствие облачных дней позволяет астрономам проводить наблюдения практически круглый год. Обсерватории в Атакаме расположены на высоте около 2,5 км, оптимальной для наблюдений.

Еще одно важное требование – это стабильная и низкая температура. Теплый воздух имеет тенденцию быть более турбулентным, что снижает точность наблюдений. Холодное Перуанское течение препятствует нагреву воздуха, вдобавок к этому пустыня расположена на значительной высоте над уровнем моря, поэтому здесь круглый год стабильно холодно.

Ниже представлены наиболее крупные мировые астрономические центры. Одним из таких ярких комплексов считается «Обсерватория Кека». Она расположена на Гавайских островах, на вершине вулкана Мауна-Кеа на высоте 4145 м над уровнем моря. Это место признано одним из лучших на планете для оптических наблюдений в инфракрасной и видимой областях спектра, так как расположено в изоляции от негативно влияющих на наблюдения факторов, посреди Тихого океана и на значительной высоте. Самыми крупными телескопами обсерватории являются 10-метровые Кек 1 и Кек-2, которые обнаруживают цели с точностью до нанометра. Каждый из них весит 300 т. Первичные зеркала составлены из 36 шестиугольных сегментов, которые объединены в единую структуру. В свою очередь, каждый сегмент весит 0,5 т и имеет толщину около 8 см. Сегменты сделаны из специальной стеклокерамики и покрыты слоем алюминия. Три высокоточных привода, управляемых компьютерами, постоянно позиционируют каждый из сегментов, образуя гиперболическую поверхность с фокусным расстоянием в 17,5 метров. Телескопы связаны интерферометром, что позволяет использовать их как один, диаметром примерно 85 метров. Большинство астрономов могут рассчитывать только на две ночи для наблюдения, причем очередь может достигать 1,5 года с момента подачи заявки.

Некоторые наиболее важные научные достижения, полученные в обсерватории Кека:

• открытие наибольшего количества экзопланет, среди них – самая молодая, находящаяся на стадии формирования;
• изучение компактного радиоисточника Стрелец A* и доказательство того, что он является сверхмассивной черной дырой (более 4 млн масс Солнца), находящейся в центре галактики Млечный Путь, в 2020 году было удостоено Нобелевской премии по физике;
• обнаружение первых признаков водяного пара на одном из 79 спутников Юпитера.

На соседнем высокогорном острове Пальма, считающимся вторым в мире по качеству астроклимата после обсерватории Мауна-Кеа, на пике потухшего вулкана Мучачос находится обсерватория «Роке де лос Мучачос», в которой есть уникальные исследовательские инструменты: шведский солнечный телескоп с адаптивной оптикой, дающей изображение самого высокого разрешения поверхности Солнца, а также Большой Канарский телескоп, оснащенный самым крупным зеркалом в мире. Его первичное шестиугольное зеркало, составленное из 36 шестиугольных сегментов, имеет диаметр 10,4 метра. Сегодня с его помощью изучаются планеты, вращающиеся вокруг других звезд, а также такие объекты, как нейтронные звезды и черные дыры.

Расположенная в Чили, на горе Серро Параналь на высоте 2635 метров над уровнем моря, обсерватория «Параналь» является «домом» для «Очень большого телескопа» (VLT). Он представляет собой комплекс из четырех отдельных 8,2-метровых оптических телескопов, эквивалентный по угловому разрешению телескопу со сплошным зеркалом диаметром 130 метров. Это самый большой наземный оптический телескоп Земли. С помощью VLT были получены сверхчеткие фотографии Юпитера. Также с помощью VLT удалось получить первые изображения экзопланет, отследить движение звезд вокруг черной дыры и в 2005 году увидеть послесвечения самого дальнего из известных гамма-всплесков.

Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка ALMA (Atacama Large Millimeter Array) расположена на плато Чахнантор в Чили на высоте 5000 метров. ALMA состоит из 66 антенн и является одним из самых мощных радиотелескопов в мире. Она используется для изучения холодных объектов во Вселенной, таких как молекулярные облака и протозвезды. Телескоп предназначен для изучения процессов, происходивших на протяжении первых сотен миллионов лет после Большого Взрыва, когда формировалось первое поколение звезд. С его помощью планируется получить новые данные, объясняющие механизмы эволюции Вселенной.

Обсерватория «Аресибо» находится в США на высоте 497 метров над уровнем моря. В ней установлен крупнейший в мире радиотелескоп с диаметром зеркала 304,8 метров. С помощью него в приполярных областях Меркурия обнаружены поверхности, сходные по радиоотражающим свойствам с водяным льдом, а в 2004 году был открыт пульсар PSR J1906+0746. Поверхность рефлектора телескопа состояла из 38 778 перфорированных алюминиевых панелей, каждая размером около 1×2 м, поддерживаемых сетью стальных тросов. В 2020 году телескоп разрушился в результате износа несущей конструкции.

Сферический телескоп FAST, также известный как «Небесное око Китая», – это радиотелескоп размером 500 м. Совместный проект Китая и России. Он состоит из 4450 маленьких двигающихся треугольных панелей, которые позволяют проводить наблюдения с разных углов. Поиски подходящего места для строительства на юге Китая заняли десять лет, так как для сооружения нужна была местность, похожая на естественный кратер. Правительство Китая переселило 65 жителей деревни во впадине Даводанг в провинции Гуйчжоу и еще 9110 человек в радиусе пяти километров от расположения телескопа, чтобы очистить пространство и создать зону радиомолчания. FAST стал самым большим в мире радиотелескопом с заполненной апертурой.

Фото с официального сайта Крымской обсерватории crao.ru

РАТАН (Радиоастрономический телескоп Академии наук) – крупнейший в мире радиотелескоп с рефлекторным зеркалом диаметром около 600 метров. Расположен в Карачаево-Черкесии, на высоте 970 метров над уровнем моря. Телескоп позволяет проводить исследование как близких объектов: Солнца, солнечного ветра, планет и спутников, так и крайне удаленных: радиогалактик, квазаров, космического микроволнового фона.

Крымская астрофизическая обсерватория расположена в поселке Научный (около 14 км от Бахчисарая) на высоте 600 м над уровнем моря. Включает в себя 17 оптических телескопов. В их числе – второй по величине оптический телескоп в России – 2,6-метровый телескоп, первый в Европе и до настоящего времени единственный работающий гамма-телескоп второго поколения, оснащенный фотополяриметром. Здесь проводятся исследования в широком спектральном интервале электромагнитного излучения – от жестких гамма-квантов до метровых радиоволн – самых разных объектов Вселенной (от космического мусора и искусственных спутников Земли до внегалактических объектов).

Пулковская обсерватория Расположена в г. Санкт-Петербург. Оснащена 26-дюймовым телескопом-рефрактором, Большим Пулковским радиотелескопом и Солнечным телескопом (одним из крупнейших в Европе) и другими. Научная деятельность обсерватории охватывает практически все приоритетные направления фундаментальных исследований современной астрономии: небесная механика и звездная динамика, астрометрия (геометрические и кинематические параметры Вселенной), Солнце и солнечно-земные связи, физика и эволюция звезд, внегалактическая астрономия, аппаратура и методика астрономических наблюдений.

Пресс-центр ОИЯИ