Астрономия за 1 час - Наталья Сердцева

Имя Галлея в первую очередь связано с известной кометой. Астроном посвятил много лет ее изучению и смог предсказать следующее появление «хвостатой» в зоне видимости нашей планеты.

Галлей сделал потрясающее открытие: кометы движутся не беспорядочно, а по заданным эллиптическим орбитам.

Так же как другие небесные тела, кометы подчиняются закономерностям. Еще одно достижение ученого – более точное, чем это было прежде, определение расстояния от Земли до Солнца. Для расчетов он использовал момент прохождения Венеры по диску светила. Черную точку на диске он принял за вершину треугольника, а расстояние между двумя точками наблюдения на Земле – за его основание.

Француз Шарль Мессье составил самый полный для своего времени каталог звездного неба, где были учтены не только звезды, но также туманности, звездные скопления и далекие галактики. Он был известным «ловцом комет», наблюдал за свою жизнь 44 кометы; каталог он начал составлять для того, чтобы не путать свой излюбленный объект поисков с другими небесными образованиями. Он плохо представлял разницу между обнаруженными объектами и называл их туманностями. Позже их природа была определена другими астрономами.

К концу XVIII в. в распоряжении астрономов были довольно мощные телескопы – рефлекторы (с зеркалом в качестве элемента, собирающего свет) и рефракторы (с системой линз), а также хорошая теоретическая база. Небесная механика Ньютона была развита другими учеными, это позволило вести довольно точные расчеты движения планет, звезд и других космических тел.

Самый большой для своего времени телескоп построил Уильям Гершель, диаметры его зеркал были больше метра. При помощи этого грандиозного прибора Гершель расширил границы Солнечной системы, открыв седьмую по счету планету, Уран. Кроме того, ему принадлежит честь обнаружения спутников Урана и нескольких новых спутников Сатурна. Мощный телескоп позволил Гершелю обнаружить более двух тысяч новых туманностей, увидеть, что непонятные полосы на Юпитере – это облака, а снежная шапка Марса меняет размер в течение сезона.

Занимаясь исследованием солнечного спектра, астроном сделал случайное открытие – обнаружил инфракрасное излучение. Началось все с того, что он хотел найти цветной фильтр, при помощи которого можно было бы смотреть на Солнце без вреда для глаз. Он заметил, что под воздействием солнечного света фильтры нагреваются, причем с разной интенсивностью. Тогда он при помощи призмы разложил свет на спектр и термометром измерил температуру каждого цвета. Выяснилось, что самый горячий участок располагается за границей красного цвета. Значит, лучи нашего светила – это не просто свет, а еще и тепловое излучение, которое не видно невооруженным глазом. Этот вывод Гершеля заложил основы изучения инфракрасных лучей, что впоследствии позволило совершить многие астрономические открытия.

XIX в. был временем бурного развития астрономической науки. Для наблюдений использовалась фотография, фотометрия (раздел оптики, занимающийся измерением поля излучения), спектральный анализ, позволяющий определить химический состав небесных объектов, и многие другие передовые методы. Благодаря спектральному анализу ученые доказали, что все объекты Солнечной системы – Солнце, планеты, спутники – состоят из схожего вещества, а значит, имеют единую природу.

Многие астрономы были уверены, что открыты далеко не все планеты Солнечной системы, их гораздо больше семи. Долгое время считалось, что между Марсом и Юпитером есть еще одна планета; впоследствии выяснилось, что это пояс астероидов. Новая планета, Нептун, все же была обнаружена. Это произошло в 1846 г. Последняя из планет нашей системы, Плутон, попала в объективы телескопов уже в XX в., в 1930 г.

В 1842 г. Кристиан Доплер открыл физический эффект, позже названный его именем. Он вывел следующую закономерность: чем ближе к наблюдателю источник света, тем выше его наблюдаемая частота. Этот эффект позволил определять, в каком направлении движутся небесные объекты, а также рассчитывать их скорость и координаты.

Разделение Земли на часовые пояса, с учетом местного солнечного времени и вращения планеты вокруг оси, также произошло в XIX в. Это было одно из событий, связывающих космические законы с закономерностями жизни на Земле.

1.5. Инструменты астрономов: эволюция телескопов и новейшие методы дистанционного изучения космоса

Телескоп, созданный Галилеем, представлял собой простую трубку с линзами, которая позволяла приближать объекты в несколько раз. Приборы такого типа позже стали называть рефракторами. Сегодня нечто подобное телескопу Галилея можно увидеть в театре – театральные бинокли очень похожи на первые образцы, сделанные в XVII в. Галилеем.

Первые усовершенствования телескопа касались его размеров. Сначала он «рос» в ширину, астрономы пытались увеличить приближение объектов, используя более крупные линзы. Главным недостатком рефракторных телескопов была хроматическая аберрация – размытость, нечеткость изображения и появление на нем цветных пятен и полос. Чтобы ее уменьшить, телескопы стали делать более длинными; приборы могли достигать нескольких десятков метров. Революционное решение проблемы четкости нашел Исаак Ньютон: вместо собирающей свет линзы он стал использовать зеркало. Так в начале XVIII в. появился рефлекторный телескоп.

В конце XVIII в. были созданы двухлинзовые объективы для рефракторов, и проблема хроматической абберации была решена. Следующий прорыв состоялся через 100 лет, когда для зеркала рефлекторов стали использовать стекло. Это позволило строить телескопы с огромными зеркалами, дающими значительное увеличение. Начало XX в. ознаменовалось строительством крупных обсерваторий по всему миру, диаметр телескопов-рефлекторов в них достигал 2,5 м.

Новые приборы привели к новым открытиям. Картина Вселенной значительно расширилась: астрономы увидели, что на небе не тысячи, как считалось ранее, а миллиарды звезд; все они являются частью галактики Млечный Путь, на окраине которой, в одном из спиральных рукавов, находится наша Солнечная система. И подобных галактик во Вселенной огромное количество.

Крупнейший на сегодняшний день телескоп-рефлектор находится в России, на Северном Кавказе. Он работает с 1976 г., диаметр его зеркала составляет 6 м. Самый большой телескоп в мире имеет зеркало диаметром чуть больше 10 м, он был установлен на горной вершине одного из Канарских островов в 2007 г. Как и в других современных рефлекторах, в нем использована адаптивная оптика, устраняющая искажения, и трансформируемая система зеркал.

В планах ученых строительство в 2020 г. грандиозного сооружения – Гигантского Магелланова телескопа. В его системе будут присутствовать семь зеркал, каждое из которых будет весить около 20 тонн и иметь диаметр больше 8 метров. При помощи этого мощнейшего за всю историю астрономии телескопа планируется найти ответ на многие загадки Вселенной, включая темную материю и темную энергию.

Современные рефракторы мало отличаются от своих двухлинзовых предшественников, правда для изготовления линз сейчас используется улучшенное оптическое стекло, что дает возможность поднять качество изображения на довольно высокий уровень. Среди рефракторов нет гигантов, подобных самым крупным рефлекторам, так как изготовить стеклянную линзу диаметром больше метра затруднительно.

Кроме рефлекторов и рефракторов существует и компромиссный вариант оптического телескопа – зеркально-линзовые системы. Зеркало используется в них для фокусировки излучения, линзы – для коррекции изображения. Такие телескопы применяются преимущественно в астрометрии – разделе астрономии, который занимается определением местонахождения небесных объектов.

До появления радиоастрономии ученые исследовали космос лишь в видимых лучах спектра. Радиотелескопы, появившиеся в середине XX в., позволили исследовать электромагнитное излучение космических объектов, в том числе и очень удаленных, в диапазоне радиоволн. Строение радиотелескопа напоминает строение подобного оптического прибора, только вместо зеркала или линзы, собирающих свет, в нем используется антенна, собирающая электромагнитные волны. Существует мнение, что это замечательное изобретение помогло астрономам совершить столько же открытий, сколько было совершено за все предыдущие века.

Благодаря радиоастрономии стало возможным исследование межзвездного газа и галактических ядер, сверхновых звезд и пульсаров и многих других тайн космоса.

Кроме радиоволн, существуют и другие виды электромагнитного излучения, и каждый из них используется для исследования космоса. Инфракрасная астрономия анализирует инфракрасные лучи, приходящие из глубин Вселенной. Так как значительная их часть поглощается атмосферой нашей планеты, приборы, работающие в данном диапазоне, обычно размещают на спутниках. Инфракрасные телескопы особенно эффективны для изучения холодных объектов – остывающих звезд, планет, расположенных за пределами Солнечной системы, космических молекулярных облаков, газопылевых звездных дисков.