Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Телескоп Mayall в Национальной обсерватории Китт-Пик
Сборка в Эстонии по наблюдению за метеоритами

Наблюдательная астрономия - это раздел астрономии, который занимается записью данных о наблюдаемой Вселенной , в отличие от теоретической астрономии , которая в основном занимается расчетом измеримых значений физических моделей . Это практика и изучение наблюдений за небесными объектами с использованием телескопов и других астрономических инструментов.

Как наука , изучение астрономии несколько затруднено, поскольку прямые эксперименты со свойствами далекой Вселенной невозможны. Однако это частично компенсируется тем фактом, что у астрономов есть огромное количество видимых примеров звездных явлений, которые можно исследовать. Это позволяет отображать данные наблюдений на графиках и фиксировать общие тенденции. Ближайшие примеры конкретных явлений, таких как переменные звезды , затем могут быть использованы для вывода о поведении более далеких представителей. Затем эти далекие критерии можно использовать для измерения других явлений в этом районе, включая расстояние до галактики .

Галилео Галилей направил телескоп в небо и записал то, что он увидел. С тех пор наблюдательная астрономия неуклонно продвигалась вперед с каждым усовершенствованием технологии телескопов.

Подразделения [ править ]

Традиционное разделение наблюдательной астрономии основано на наблюдаемой области электромагнитного спектра :

  • Оптическая астрономия - это часть астрономии, в которой используются оптические инструменты (зеркала, линзы и твердотельные детекторы) для наблюдения света в диапазоне длин волн от ближнего инфракрасного до ближнего ультрафиолетового . Астрономия в видимом свете , использующая длины волн, обнаруживаемые человеческим глазом (около 400–700 нм), попадает в середину этого спектра .
  • Инфракрасная астрономия занимается обнаружением и анализом инфракрасного излучения (это обычно относится к длинам волн, превышающих предел обнаружения кремниевых твердотельных детекторов, около 1 мкм). Наиболее распространенным инструментом является телескоп-рефлектор , но с детектором, чувствительным к инфракрасным длинам волн. Космические телескопы используются на определенных длинах волн, когда атмосфера непрозрачна, или для устранения шума (теплового излучения из атмосферы).
  • Радиоастрономия обнаруживает излучение с длиной волны от миллиметра до декаметра. Приемники аналогичны тем , которые используются в радио широковещательной передачи , но гораздо более чувствительны. См. Также Радиотелескопы .
  • С высокой энергией астрономии включает в рентгеновской астрономии , гамма-астрономии , и крайней УФ - астрономии .
  • Затменная астрономия - это наблюдение момента, когда один небесный объект скрывает или затмевает другой. Multi- аккорд астероид затенения наблюдения измерить профиль астероида до уровня километров. [1]

Методы [ править ]

В дополнение к использованию электромагнитного излучения современные астрофизики также могут проводить наблюдения с использованием нейтрино , космических лучей или гравитационных волн . Наблюдение за источником с использованием нескольких методов известно как астрономия с несколькими мессенджерами .

Фотография в формате Ultra HD, сделанная в обсерватории Ла Силья . [2]

Оптическую и радиоастрономию можно выполнять с помощью наземных обсерваторий, поскольку атмосфера относительно прозрачна на обнаруживаемых длинах волн. Обсерватории обычно расположены на больших высотах, чтобы свести к минимуму поглощение и искажения, вызванные атмосферой Земли. Некоторые длины волн инфракрасного света сильно поглощаются водяным паром , поэтому многие инфракрасные обсерватории расположены в сухих местах на большой высоте или в космосе.

Атмосфера непрозрачна для длин волн, используемых в рентгеновской астрономии, гамма-астрономии, УФ-астрономии и (за исключением нескольких длин волн) астрономии в дальнем инфракрасном диапазоне , поэтому наблюдения должны проводиться в основном с воздушных шаров или космических обсерваторий. Однако мощные гамма-лучи могут быть обнаружены с помощью больших атмосферных ливней, которые они производят, а изучение космических лучей - быстро развивающаяся отрасль астрономии.

Важные факторы [ править ]

На протяжении большей части истории наблюдательной астрономии почти все наблюдения проводились в видимом спектре с помощью оптических телескопов . Хотя атмосфера Земли относительно прозрачна в этой части электромагнитного спектра , большая часть работы телескопа все еще зависит от условий видимости и прозрачности воздуха и обычно ограничивается ночным временем. Условия изображения зависят от турбулентности и тепловых изменений в воздухе. Места, которые часто являются облачными или страдают от атмосферной турбулентности, ограничивают разрешающую способность наблюдений. Точно так же присутствие полной Луны может осветлить небо рассеянным светом, затрудняя наблюдение за слабыми объектами.

Закат над обсерваториями Мауна-Кеа.

Несомненно, оптимальное расположение оптического телескопа для наблюдений - космическое пространство . Там телескоп может проводить наблюдения, не подвергаясь влиянию атмосферы . Однако в настоящее время вывод телескопов на орбиту остается дорогостоящим . Таким образом, следующие лучшие места - это определенные горные вершины, которые имеют большое количество безоблачных дней и обычно обладают хорошими атмосферными условиями (с хорошими условиями обзора ). Пики островов Мауна Кеа, Гавайи и Ла - Пальма обладают такими свойствами, как и в меньшей степени у внутренних сайтов , таких как Льяно де Чахнантор , Паранале , Серро Тололо иЛа Силья в Чили . Эти места для обсерваторий привлекли множество мощных телескопов, на которые было вложено много миллиардов долларов США.

Темнота ночного неба - важный фактор в оптической астрономии. С увеличением размеров городов и населенных пунктов, количество искусственного света в ночное время также увеличилось. Эти искусственные источники света создают рассеянное фоновое освещение, что затрудняет наблюдение слабых астрономических объектов без специальных фильтров. В некоторых местах, таких как штат Аризона и Соединенное Королевство , это привело к кампаниям по снижению светового загрязнения . Использование вытяжек вокруг уличных фонарей не только улучшает количество света, направляемого на землю, но также помогает уменьшить свет, направленный в небо.

Атмосферные эффекты ( астрономическое видение ) могут серьезно ухудшить разрешение телескопа. Без каких-либо средств коррекции эффекта размытия движущейся атмосферы телескопы с апертурой более 15–20 см не могут достичь своего теоретического разрешения в видимом диапазоне длин волн. В результате основным преимуществом использования очень больших телескопов стала улучшенная светосила, позволяющая наблюдать очень слабые звездные величины. Однако недостаток разрешения начал преодолеваться с помощью адаптивной оптики , формирования спекл-изображений и интерферометрических изображений , а также использования космических телескопов .

Результаты измерений [ править ]

У астрономов есть ряд инструментов для наблюдений, которые они могут использовать для измерения неба. Для объектов, которые относительно близки к Солнцу и Земле, прямые и очень точные измерения положения могут быть выполнены на более удаленном (и, следовательно, почти стационарном) фоне. Ранние наблюдения такого рода использовались для разработки очень точных орбитальных моделей различных планет, а также для определения их соответствующих масс и гравитационных возмущений . Такие измерения привели к открытию планет Урана , Нептуна и (косвенно) Плутона . Они также привели к ошибочному предположению о вымышленной планете Вулкан в пределах орбиты Меркурия.(но объяснение Эйнштейном прецессии орбиты Меркурия считается одним из триумфов его общей теории относительности ).

Развитие и разнообразие [ править ]

ALMA - самый мощный телескоп в мире для изучения Вселенной на субмиллиметровых и миллиметровых волнах. [3]

Помимо исследования Вселенной в оптическом спектре, астрономы все чаще могут получать информацию и в других частях электромагнитного спектра. Самые ранние такие неоптические измерения были сделаны для тепловых свойств Солнца . Инструменты, используемые во время солнечного затмения, могут быть использованы для измерения излучения короны .

Полностью управляемый радиотелескоп в Грин-Бэнк, Западная Вирджиния .

Радиоастрономия [ править ]

С открытием радио волн, радиоастрономии стали появляться в качестве новой дисциплины в астрономии. Длинные волны радиоволн требуются гораздо больше собирающей посуда для того , чтобы изображений с хорошим разрешением, а затем привели к развитию многого блюда интерферометра для изготовления большого разрешения апертуры синтеза радиоизображений (или «радио карты»). Развитие СВЧ роговой приемника привело к открытию микроволнового фонового излучения , связанного с Большого взрыва . [4]

Радиоастрономия продолжает расширять свои возможности, даже используя радиоастрономические спутники для производства интерферометров с базовыми линиями, намного превышающими размер Земли. Однако постоянно расширяющееся использование радиоспектра для других целей постепенно заглушает слабые радиосигналы от звезд. По этой причине в будущем радиоастрономии может быть выполнены из экранированных мест, такие как дальняя сторона от Луны .

События конца 20-го века [ править ]

Последняя половина двадцатого века ознаменовалась быстрым технологическим прогрессом в области астрономических приборов. Оптические телескопы становились все больше и больше, и в них использовалась адаптивная оптика, чтобы частично устранить атмосферное размытие. В космос были запущены новые телескопы, которые начали наблюдать Вселенную в инфракрасной , ультрафиолетовой , рентгеновской и гамма-лучевой частях электромагнитного спектра, а также наблюдать космические лучи . Матрицы интерферометров дали первые изображения чрезвычайно высокого разрешения с использованием синтеза апертуры в радио, инфракрасном и оптическом диапазонах длин волн. Орбитальные инструменты, такие как космический телескоп Хабблпроизвела быстрое развитие астрономических знаний, выступая в качестве рабочей лошадки для наблюдений за слабыми объектами в видимом свете. Ожидается, что разрабатываемые новые космические инструменты будут напрямую наблюдать за планетами вокруг других звезд, возможно, даже за некоторыми земными мирами.

Помимо телескопов, астрономы начали использовать для наблюдений другие инструменты.

Другие инструменты [ править ]

Нейтринная астрономия - это отрасль астрономии, которая наблюдает за астрономическими объектами с помощью детекторов нейтрино в специальных обсерваториях, обычно в огромных подземных резервуарах. Ядерные реакции в звездах и взрывы сверхновых производят очень большое количество нейтрино , очень немногие из которых могут быть обнаружены нейтринным телескопом . Нейтринная астрономия мотивируется возможностью наблюдать процессы, недоступные для оптических телескопов , например , ядро ​​Солнца .

Разрабатываются детекторы гравитационных волн , которые могут регистрировать такие события, как столкновения массивных объектов, таких как нейтронные звезды или черные дыры . [5]

Роботизированные космические аппараты также все чаще используются для проведения высокодетальных наблюдений за планетами в Солнечной системе , так что теперь область планетологии в значительной степени перекликается с дисциплинами геологии и метеорологии .

Инструменты наблюдения [ править ]

Обсерватория Скалнате Плесо , Словакия .
Одна из старейших обсерваторий в Южной Америке - Астрономическая обсерватория Кито , основанная в 1873 году и расположенная в 12 минутах к югу от экватора в Кито, Эквадор. Астрономическая обсерватория Кито - это Национальная обсерватория Эквадора, расположенная в историческом центре Кито и управляемая Национальной политехнической школой . [6]

Телескопы [ править ]

Установка для любительской астрофотографии с автоматизированной системой гидов, подключенной к ноутбуку.

Ключевым инструментом почти всей современной наблюдательной астрономии является телескоп . Это служит двойной цели: собрать больше света, чтобы можно было наблюдать очень слабые объекты, и увеличить изображение, чтобы можно было наблюдать мелкие и далекие объекты. Оптическая астрономия требует телескопов, в которых используются высокоточные оптические компоненты. Типичные требования к шлифованию и полировке изогнутого зеркала, например, требуют, чтобы поверхность находилась в пределах доли длины волны света определенной конической формы. Многие современные "телескопы" на самом деле состоят из массивов телескопов, работающих вместе, чтобы обеспечить более высокое разрешение за счет синтеза апертуры .

Большие телескопы размещены в куполах, как для защиты от непогоды, так и для стабилизации условий окружающей среды. Например, если температура отличается от одной стороны телескопа к другой, форма структуры изменяется из-за теплового расширения, выталкивающего оптические элементы из положения. Это может повлиять на изображение. По этой причине купола обычно ярко-белые ( диоксид титана) или неокрашенный металл. Купола часто открываются на закате, задолго до начала наблюдений, чтобы воздух мог циркулировать и довести весь телескоп до той же температуры, что и окружающая среда. Чтобы предотвратить удары ветра или другие вибрации, влияющие на наблюдения, стандартной практикой является установка телескопа на бетонной опоре, фундамент которой полностью отделен от фундамента окружающего купола и здания.

Для выполнения практически любой научной работы требуется, чтобы телескопы отслеживали объекты, движущиеся по видимому небу. Другими словами, они должны плавно компенсировать вращение Земли. До появления приводных механизмов с компьютерным управлением стандартным решением была некоторая экваториальная монтировка , и для небольших телескопов это все еще норма. Однако это конструктивно плохая конструкция, и она становится все более и более громоздкой по мере увеличения диаметра и веса телескопа. Самый большой в мире телескоп с экваториальной установкой - это 200-дюймовый (5,1 м) телескоп Хейла , тогда как последние 8–10- метровые телескопы используют более конструктивную альтазимутальную монтировку и фактически меньшечем у Хейла, несмотря на большие зеркала. По состоянию на 2006 г. ведутся работы по проектированию гигантских телескопов высотой по азимуту : Тридцатиметрового телескопа [1] и чрезвычайно большого телескопа диаметром 100 м . [7]

Астрономы-любители используют такие инструменты, как ньютоновский рефлектор , рефрактор и все более популярный телескоп Максутова .

Фотография [ править ]

Фотография служил решающую роль в наблюдательной астрономии на протяжении более ста лет, но в последние 30 лет он был в значительной степени заменены для визуализации приложений с помощью цифровых датчиков , таких как ПЗС и КМОП - чипов. В специализированных областях астрономии, таких как фотометрия и интерферометрия, электронные детекторы используются в течение гораздо более длительного периода времени. В астрофотографии используется специализированная фотопленка (или обычно стеклянная пластина, покрытая фотоэмульсией ), но есть ряд недостатков, в частности низкая квантовая эффективность., порядка 3%, тогда как ПЗС-матрицы можно настроить на QE> 90% в узкой полосе. Почти все современные телескопы представляют собой электронные массивы, а старые телескопы были либо дооснащены этими инструментами, либо закрыты. Стеклянные пластины по-прежнему используются в некоторых приложениях, таких как геодезия, [ цитата необходима ], потому что разрешение, возможное с химической пленкой, намного выше, чем у любого электронного детектора, который был построен.

Преимущества [ править ]

До изобретения фотографии вся астрономия выполнялась невооруженным глазом. Однако еще до того, как фильмы стали достаточно чувствительными, научная астрономия полностью перешла на кино из-за огромных преимуществ:

  • Человеческий глаз отбрасывает то, что он видит, от доли секунды до доли секунды, но фотопленка собирает все больше и больше света, пока открыт затвор.
  • Полученное изображение является постоянным, поэтому многие астрономы могут использовать одни и те же данные.
  • Можно увидеть объекты по мере их изменения во времени ( яркий пример - SN 1987A ).

Компаратор мигания [ править ]

Мигания компаратор является инструментом , который используется для сравнения два почти идентичных фотографий , сделанных из того же участка неба в разные моменты времени. Компаратор попеременно подсвечивает две пластины, и любые изменения обнаруживаются мигающими точками или полосами. Этот инструмент использовался для поиска астероидов , комет и переменных звезд .

50-сантиметровый рефракторный телескоп в обсерватории Ниццы .

Микрометр [ править ]

Позиционный или поперечный микрометр - это прибор, который использовался для измерения двойных звезд . Он состоит из пары тонких подвижных линий, которые можно перемещать вместе или врозь. Линза телескопа выстраивается на паре и ориентируется с помощью позиционных проводов, лежащих под прямым углом к ​​разделению звезд. Затем подвижные тросы регулируются в соответствии с двумя положениями звезды. Затем прибор считывает расстояние между звездами и определяет их истинное расстояние на основании увеличения прибора.

Спектрограф [ править ]

Жизненно важный инструмент наблюдательной астрономии - спектрограф . Поглощение определенных длин волн света элементами позволяет наблюдать определенные свойства далеких тел. Эта возможность привела к открытию элемента гелия в спектре излучения Солнца и позволила астрономам получить большой объем информации о далеких звездах, галактиках и других небесных телах. Доплеровский сдвиг (особенно « красное смещение ») спектров также можно использовать для определения радиального движения или расстояния по отношению к Земле .

В ранних спектрографах использовались группы призм, которые разделяли свет на широкий спектр. Позже был разработан решетчатый спектрограф , который уменьшил потери света по сравнению с призмами и обеспечил более высокое спектральное разрешение. Спектр можно сфотографировать с длинной выдержкой, что позволяет измерить спектр слабых объектов (например, далеких галактик).

Звездная фотометрия вошла в употребление в 1861 году как средство измерения звездных цветов . Этот метод измерял величину звезды в определенных частотных диапазонах, позволяя определить общий цвет и, следовательно, температуру звезды. К 1951 г. была принята международно стандартизированная система величин UBV ( U ltraviolet- B lue- V isual).

Фотоэлектрическая фотометрия [ править ]

Фотоэлектрическая фотометрия с использованием ПЗС-матрицы в настоящее время часто используется для наблюдений через телескоп. Эти чувствительные инструменты могут записывать изображение почти до уровня отдельных фотонов и могут быть предназначены для просмотра в невидимых для глаза частях спектра. Возможность записывать приход небольшого количества фотонов в течение определенного периода времени может позволить компьютерную коррекцию атмосферных эффектов, повышая резкость изображения. Несколько цифровых изображений также могут быть объединены для дальнейшего улучшения изображения. В сочетании с технологией адаптивной оптики качество изображения может приблизиться к теоретической разрешающей способности телескопа.

Фильтры используются для просмотра объекта на определенных частотах или диапазонах частот. Многослойные пленочные фильтры могут обеспечить очень точный контроль передаваемых и блокируемых частот, так что, например, объекты можно рассматривать на определенной частоте, излучаемой только возбужденными атомами водорода . Фильтры также могут использоваться для частичной компенсации эффектов светового загрязнения , блокируя нежелательный свет. Поляризационные фильтры также можно использовать для определения того, излучает ли источник поляризованный свет, и определения ориентации поляризации.

Наблюдение [ править ]

На главной платформе в Ла-Силла размещается огромное количество телескопов, с помощью которых астрономы могут исследовать Вселенную. [8]

Астрономы наблюдают широкий спектр астрономических источников, включая галактики с большим красным смещением, АЯГ , послесвечение от Большого взрыва и множество различных типов звезд и протозвезд.

Для каждого объекта можно наблюдать самые разные данные. Координаты положения определяют местонахождение объекта на небе с использованием методов сферической астрономии , а величина определяет его яркость, если смотреть с Земли . Относительная яркость в разных частях спектра дает информацию о температуре и физике объекта. Фотографии спектров позволяют исследовать химический состав объекта.

Параллаксные сдвиги звезды на фоне можно использовать для определения расстояния до предела, налагаемого разрешением прибора. Радиальная скорость звезды и изменений в своей позиции с течением времени ( собственное движение ) может быть использована для измерения его скорость относительно Солнца Вариации яркости звезды свидетельствуют о нестабильности атмосферы звезды или о присутствии скрытого спутника. Орбиты двойных звезд можно использовать для измерения относительных масс каждого спутника или общей массы системы. Спектроскопические двойные системы можно обнаружить, наблюдая доплеровские сдвиги в спектре звезды и ее ближайшего спутника.

Звезды одинаковых масс, образовавшиеся в одно и то же время и в одинаковых условиях, обычно имеют почти идентичные наблюдаемые свойства. Наблюдение за массой тесно связанных звезд, например в шаровом скоплении , позволяет собирать данные о распределении звездных типов. Эти таблицы затем можно использовать для определения возраста ассоциации.

Для далеких галактик и галактик AGN наблюдаются общая форма и свойства галактики, а также группы, в которых они обнаружены. Наблюдения определенных типов переменных звезд и сверхновых известной светимости , называемых стандартными свечами , в других галактиках позволяют сделать вывод о расстоянии до родительской галактики. Расширение пространства приводит к смещению спектров этих галактик в зависимости от расстояния и модификации за счет эффекта Доплера радиальной скорости галактики. Размер галактики и ее красное смещениеможно использовать, чтобы сделать выводы о расстоянии до галактики. Наблюдения за большим количеством галактик называются обзорами красного смещения и используются для моделирования эволюции форм галактик.

См. Также [ править ]

  • Лунное наблюдение
  • Наблюдательное исследование
  • Обсерватория
  • Космический телескоп
  • Хронология телескопов, обсерваторий и технологий наблюдений

Связанные списки [ править ]

  • Список астрономических обсерваторий
  • Список радиотелескопов

Ссылки [ править ]

  1. ^ Шиндлер, К .; Wolf, J .; Bardecker, J .; Olsen, A .; Мюллер, Т .; Поцелуй, C .; Ортис, JL; Брага-Рибас, Ф .; Камарго, JIB; Вестник, Д .; Краббе, А. (2017). «Результаты треххордного звездного затенения и фотометрии в дальнем инфракрасном диапазоне транснептунового объекта (229762) 2007 UK126». Астрономия и астрофизика . 600 : A12. arXiv : 1611.02798 . Bibcode : 2017A & A ... 600A..12S . DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 201628620 .
  2. ^ "Ла Силла позирует для съемки в Ultra HD" . Изображение недели ESO . Проверено 16 апреля 2014 года .
  3. ^ "Под заклинанием Магеллановых облаков" . Изображение недели ESO . Проверено 17 апреля 2013 года .
  4. ^ Дике, RH; Пиблз, PJE; Рулон, PG; Уилкинсон, Д. Т. (июль 1965 г.). «Космическое излучение черного тела». Астрофизический журнал . 142 : 414–419. Bibcode : 1965ApJ ... 142..414D . DOI : 10.1086 / 148306 . ISSN 0004-637X . 
  5. ^ «Планирование светлого будущего: перспективы гравитационно-волновой астрономии с Advanced LIGO и Advanced Virgo» . Научное сотрудничество LIGO . Проверено 31 декабря 2015 года .
  6. ^ Кито Астрономическая обсерватория управляется Национальной политехнической школы , EPN, официальный вебсайт.
  7. ^ Концепция оптического телескопа ESO 100-m OWL
  8. ^ "Марсианский пейзаж Ла Силья" . Проверено 16 ноября 2015 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Архивы и иконография 17 века, хранящиеся в библиотеке Парижской обсерватории.
  • СМИ, связанные с наблюдательной астрономией на Викискладе?