Разведка далеких планет - Владимир Сурдин

Учитывая технические трудности, вряд ли следует ожидать полетов в область вулканоидов в ближайшее время. Так что поиск этих загадочных тел остается пока задачей классической астрономии — наземной и космической.

Итак, история неоткрытой планеты Вулкан еще не окончена. Астрономы упорно ищут ее «родственников» и, возможно, скоро найдут их. А какая нам будет польза от того, что рядом с Солнцем найдется планета Вулкан или небольшие астероиды — вулканоиды? Этот вопрос не так уж наивен. Думаю, что польза будет! Без всяких абстрактных ссылок на общечеловеческую значимость научного поиска. Польза будет вполне конкретная. Во — первых, мы получим прекрасный плацдарм для организации стационарной солнечной обсерватории, которая, располагаясь рядом со светилом, будет давать заблаговременный прогноз солнечной активности. Во — вторых, это идеальное место для строительства солнечных электростанций. Ведь поток солнечного света там в десятки раз мощнее, чем у Земли. И всегда чистое небо, поскольку нет атмосферы. А знание космической погоды и поиск новых источников энергии — это ли не главные приоритеты современного мира? Поэтому мы будем искать планеты вблизи Солнца. А если не найдем, то когда‑нибудь создадим их сами.

5. Планеты — телескопы

До сих пор мы обсуждали две астрономические темы — планеты и телескопы. Мы привыкли, что телескоп — это рукотворный прибор, а планета — объект исследования. Обычно так и есть, но не всегда: порой небесные тела сами становятся частью астрономического инструмента.

Еще в 240 г. до н. э. греческий астроном Эратосфен использовал свойство взаимной параллельности солнечных лучей для измерения диаметра Земли. А русский ученый — энциклопедист М. В. Ломоносов, наблюдая в 1761 г. прохождение Венеры по диску Солнца, обнаружил у нее «знатную» атмосферу. Как видим, и для Эратосфена, и для Ломоносова Солнце послужило зондом при изучении планет. В наше время большинство астрономических открытий сделано благодаря новым приемникам излучения в радио-, рентгеновском, инфракрасном, ультрафиолетовом и гамма — диапазонах. Может создаться впечатление, что прогресс астрономических знаний связан исключительно с применением технических новинок, а природные объекты и явления лишь мешают наблюдениям: например, земная атмосфера размывает изображения, а Луна посылает рассеянный свет в атмосферу. Но изобретательность человеческого ума безгранична: даже то, что порою мешает в работе, ученые заставляют служить науке. Уже давно астрономы научились использовать одни космические объекты для изучения других. Всякий раз, когда природа сама помогает поставить те или иные эксперименты, астрономы стараются не упускать представившуюся им возможность наблюдать за ходом этих экспериментов.

Экран размером в тысячи километров

Астрономы по праву гордятся тем, что в их руках находятся самые крупные (и очень дорогие!) научные приборы — оптические телескопы диаметром 10 м, радиотелескопы диаметром в сотни метров, межконтинентальные радиоинтерферометры с базой, длина которой равна расстоянию от Крыма до Австралии! Кажется, не было крупнее астрономических приборов в истории человечества. Но это не так. Еще древние астрономы использовали для наблюдения солнечной короны «прибор» размером почти 3500 км. Речь идет, конечно, о Луне, которая во время полных солнечных затмений аккуратно закрывает сияющий диск нашей звезды, предоставляя ученым возможность исследовать солнечную хромосферу и корону. Особенно ценно то, что диск Луны имеет тот же угловой размер, что и фотосферный диск Солнца. Луна как будто специально изготовлена для помощи астрономам в изучении Солнца. Сколько сил и изобретательности было затрачено на создание внезатменного коронографа! Прибор работает, но пока ему трудно конкурировать с естественным коронографом — Луной, и астрономы по — прежнему с нетерпением ждут солнечных затмений. До сих пор с поверхности Земли благодаря Луне удается получать изумительные снимки солнечной короны (рис. 5.1), превосходящие по качеству даже те, которые получены дорогостоящими космическими обсерваториями (см. рис. 4.24).

Рис. 5.1. Солнечная корона, наблюдавшаяся с территории Монголии во время затмения 1 августа 2008 г. Изображение создано путем объединения 55 кадров, снятых с разными экспозициями: от 1/125 до 8 секунд. Солнце и Луна располагаются на фоне созвездия Рак. Фото: М. Druckmiiller, P. Aniol, V. Rusin.

Неоценимы в астрономических исследованиях покрытия Луной различных объектов малого углового размера. Астрономы умеют очень точно измерять яркость тусклых источников света — астероидов, звезд, галактик, но земная атмосфера препятствует исследованию тонкой структуры этих источников. Край лунного диска, последовательно закрывая от наблюдателя (или открывая) части изучаемого объекта, позволяет измерить распределение яркости по поверхности объекта, то есть получить его изображение. Луна движется по орбите со скоростью около 1 км/с. Для наблюдателя на Земле край лунного диска на фоне неба движется с угловой скоростью от 0,3" до 0,5" в секунду, в зависимости от географической широты наблюдателя и высоты Луны над горизонтом. Современный телескоп с электронным приемником света способен тысячи раз в секунду фиксировать световой поток от объекта 5m. Значит, угловое разрешение системы «телескоп — Луна» составляет примерно 0,001", то есть в сотни раз лучше, чем у телескопа «без Луны», и даже лучше, чем у телескопа с дорогостоящей системой адаптивной оптики.

Рис. 5.2. Момент контакта во время покрытия Венеры диском Луны. Фото: Philliрре Tosi.

Методом лунных покрытий определяют диаметры астероидов, планет и звезд, открывают и исследуют тесные двойные звезды и даже изучают распределение яркости на дисках некоторых звезд. Сейчас этот метод очень популярен и доступен даже любителям астрономии[5]. Правда, такие наблюдения возможны лишь в тех местах на небе, где бывает Луна: для земного наблюдателя — в полосе шириной около 12° вдоль эклиптики.

У метода лунных покрытий есть и недостатки. Во-первых, дифракция света на краю лунного диска приводит к искривлению световых лучей. Даже точечный источник, когда на него надвигается лунный диск, исчезает не сразу, а предварительно испытав несколько возрастающих по амплитуде колебаний яркости. Исключают эти эффекты математическими методами, сравнивая с наблюдаемой картиной изменения яркости кривые, рассчитанные для источников различного углового диаметра.

Второй недостаток данного метода в том, что одно лунное покрытие — это всего лишь один «скан», дающий одномерное распределение яркости источника. Но если наблюдать несколько покрытий одного и того же источника, то можно получить набор одномерных профилей яркости с разными углами сканирования. Дело в том, что Луна движется очень сложно и никогда не повторяет в точности своего пути. По этому набору сканов несложно восстановить двумерную картину распределения яркости.

Покрытия Луной используются для исследований не только в оптическом диапазоне: чрезвычайно широкое применение в свое время нашел этот метод в рентгеновской астрономии, приборы которой поначалу обладали очень низким угловым разрешением. В 1963 г. рентгеновские детекторы имели угловое разрешение несколько градусов, поэтому московский астрофизик И. С. Шкловский предложил исследовать рентгеновский источник в созвездии Телец в то время, когда его постепенно закрывала Луна. Эксперимент был проведен: в результате источник отождествили С Крабовидной туманностью и определили его размер — около 1′ , что было в в сотни раз меньше разрешающей способности рентгеновского детектора

 Рис. 5.3. Кривые блеска звезды IRC+00233 на длинах волн 2 и 4 микрона в момент ее покрытия Луной. Крестики — данные наблюдений. Сплошная кривая — теоретическая модель длязвезды углового размера 0,0045". Колебания блеска вызваны эффектом дифракции света на краю лунного диска: чем меньше угловой размер звезды, тем сильнее дифракционные колебания блеска. Из работы Р. М Harvey, A. Oldag (Техасский университет), 2007 г. (по горизонтальной оси: Время, мс)

Особенно тесно рентгеновские источники расположены на небе в направлении галактического центра. К счастью, через этот район время от времени проходит Луна. В 1971 г. в ходе ракетного эксперимента удалось определить координаты близкого к галактическому центру рентгеновского источника GX3+1 с точностью 25"×1". Рентгеновским телескопам такая точность стала доступна лишь в конце 1970–х гг.

А еще раньше, в 1950–е гг., аналогичная ситуация сложилась в радиоастрономии. В то время радиотелескопы в метровом диапазоне имели угловое разрешение около 10°. Поэтому радиоастрономы часто использовали методы лунных покрытий для определения точных координат источников. В наше время на радиоинтерферометрах достигнута фантастическая разрешающая способность — 0,0001", но Луна по — прежнему остается в арсенале радиоастрономов. Например, в последние годы при наблюдении радиоизлучения межзвездных молекул метод лунных покрытий позволил детально исследовать ядро нашей Галактики.