Меню

Атмосфера земли мешает астрономам

ВЛИЯНИЕ ЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ НА СВЕТ ОТ АСТРОНОМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Первые исследования влияния атмосферы на проходящее через нее световое излучение были проведены еще в XVII-XVIII веках. Практический интерес тогда вызывало явление астрономической рефракции, связанное с изменением коэффициента преломления воздуха с высотой. Вследствие рефракции измеренное направление на астрономический объект не совпадает с реальным. Причем различие многократно превышает достигнутую в то время точность угловых измерений.

Теоретические исследования Лапласа связали величину рефракции с величиной экстинкции — ослаблением света при прохождении им через атмосферу. Теория экстинкции Лапласа была математической, не рассматривала физических источников этого явления. Позже лорд Рэлей дал убедительное обоснование того, что основная причина ослабления света в атмосфере — это так называемое молекулярное рассеяние. Рассеяние — это отклонение некой доли света в сторону от первоначального, основного направления распространения. Но поскольку единственным прибором для измерения блеска звезд тогда был глаз наблюдателя, а ошибки таких измерений сравнимы с величиной ослабления, то большого внимания явление ослабления света не вызывало.

В земной атмосфере кроме молекулярного имеется рассеяние света на аэрозолях — мельчайших частицах пыли, сажи, воды, взвешенных в воздухе. Светящиеся ореолы вокруг ярких объектов возникают вследствие именно этого рассеяния, оно также вызывает ослабление света. Содержание аэрозолей в атмосфере меняется, поэтому и вызываемые ими эффекты также переменны.

Кроме того, земная атмосфера не является однородной средой с плавно меняющимися характеристиками. Турбулентное перемешивание слоев воздуха, имеющих различную температуру, приводит к хаотичному появлению областей более холодного или более теплого воздуха размерами от миллиметров до сотен метров. Эти температурные неоднородности вызывают соответствующие изменения коэффициента преломления воздуха. Проходя через эти неоднородности первоначально плоский фронт световой волны искажается. Нерегулярные искажения волнового фронта приводят к случайным смещениям изображения звезды (изображение как бы дрожит), нерегулярным расплываниям изображения (эффект характерен для средних и крупных телескопов), хаотическому изменению яркости изображения (мерцание звезд).

ПЕРВЫЕ ВЫСОКОГОРНЫЕ ОБСЕРВАТОРИИ

Описанные выше эффекты были хорошо известны астрономам-наблюдателям, однако специально они не исследовались, поскольку несильно меняли качество наблюдений. Связано это с тем, что наблюдения проводились визуальными методами на малых телескопах (диаметром менее 0,5 м, если не считать телескопов Гершеля). Уникальные особенности механизма зрения позволяют различать малоконтрастные детали изображения в громадном диапазоне яркостей, игнорировать дрожание изображения в широкой полосе частот, усреднять мгновенные значения блеска, то есть несколько корректировать искажающее действие земной атмосферы.

Во второй половине XIX века положение с оценкой влияния атмосферы на астрономические наблюдения стало меняться. Появились факторы, изменившие отношение астрономов к выбору места для установки телескопов. Это начало широкого применения фотографии как объективного регистратора света и появление более крупных и, следовательно, более дорогих телескопов.

Применение фотографии широко раздвинуло возможности наблюдений, однако быстро выяснилось, что влияние атмосферы их ограничивает. Рассеяние света небесных и земных источников повышает яркость ночного неба. Это фоновое излучение мешает исследовать слабейшие астрономические источники, такие, как туманности и слабые галактики. Кроме того, рассеяние на аэрозолях снижает контраст изображения, и его слабые детали пропадают в рассеянном свете ярких частей наблюдаемого объекта. И наконец, эффекты искажения волнового фронта заметно снижают разрешающую и проницающую возможность телескопов (изображение на фотографии оказывается существенно большим и влияние фона неба усиливается).

Проведенные в то время исследования (хотя они были скорее качественными, чем количественными) показали, что мешающее влияние атмосферы можно ослабить, располагая телескопы в горах. К тому же развитие транспорта и связи уже позволяло астрономическим обсерваториям находиться вдали от городов. Успехи астрономии и телескопостроения стимулировали постановку новых наблюдательных задач и организацию новых обсерваторий. В результате практически все обсерватории, основанные в конце XIX и первой половине XX века, находятся в горах на высоте от 1 до 2 км.

Читайте также:  Земля родная мероприятие библиотеке

Первые действительно высокогорные обсерватории были созданы для солнечных исследований в попытке значительно уменьшить рассеяние света в земной атмосфере. Именно рассеяние солнечного света, мешающее изучать такие феномены, как солнечная корона и протуберанцы, заставляет астрономов ехать куда угодно, лишь бы наблюдать их в момент солнечного затмения. Подъем на высоту от 2 до 3 км (пик дю Миди во Франции, Сакраменто пик в США, Кадайканал в Индии) действительно позволил исследователям Солнца получить новые значительные результаты, особенно после того, как французский астроном Лио нашел эффективный способ борьбы с рассеянием света в самих солнечных телескопах.

Источник

Земная атмосфера может использоваться в качестве линзы

Астроном из США Дэвид Киппинг провел расчеты, согласно которым в определенных условиях атмосфера Земли может служить линзой своеобразного телескопа. Сквозь такую линзу, по теории ученого, можно будет наблюдать даже за теми планетами, которые находятся вне пределов Солнечной системы.

Возможности астрономов при изучении далеких галактик ограничены возможностями современных оптических приборов. Облака, ветра, атмосферные слои приводят к рассеиванию и блокировке световых лучей. Чтобы посмотреть как можно дальше в космическое пространство, ученые создают телескопы с огромными зеркалами. Цена таких мощных приборов поистине астрономическая.

Недавно американский ученый представил проект, который в случае успешной реализации мог бы решить сразу две проблемы: уменьшить стоимость оборудования и при этом обеспечить возможность наблюдения даже за теми космическими объектами, которые сегодня недоступны для исследования.

Суть проекта заключается в создании так называемого терраскопа — своеобразного телескопа, важной частью которого является земная атмосфера. Ученым давно известна такая особенность атмосферы, при которой свет после преломления в атмосферных слоях сходится в одной точке и дальше движется по прямой линии. Дэвид предлагает разместить в той зоне, где происходит фокусировка световых лучей (около 1,5 млн километров от поверхности Земли) космический аппарат, который будет улавливать свет. Подобная конструкция, считает эксперт, поможет заглянуть максимально глубоко в космос и обнаружить там световые источники, исследовать экзопланеты, находящиеся за пределами Солнечной системы.

Немаловажным плюсом подобной технологии является то, что, если использовать атмосферу Земли в качестве линзы, можно существенно сэкономить на дорогостоящих телескопах.

Стоит отметить, что теорию Киппинга раскритиковали многие его коллеги. Они убеждены, что на практике осуществить подобную идею невозможно, поскольку получению четкого изображения будет мешать свет, излучаемый Землей. Кроме того, поскольку лучи преломляются на разных высотах, изображение будет получаться размытым.

Источник

Атмосфера земли мешает астрономам

На этом острове должно находиться значительное население — большая группа специалистов, выполняющих многочисленные и важные обязанности. Время от времени эти специалисты будут заменяться другими, прибывающими с Большой Земли.

По мнению Циолковского, вслед за первым островом будут созданы и другие, разных размеров на разных высотах, в том числе и на очень значительных — 100, 150 тысяч километров.

Кондратюку принадлежит мысль о создании межпланетных станций, вращающихся не вокруг Земли, а вокруг Луны. Это были бы уже спутники спутника Земли — в природе подобные спутники спутников планет неизвестны. Затем такие же поселения могли бы быть созданы и вблизи других планет солнечной системы, в первую очередь около Венеры и Марса. Можно было бы создать и новые планеты, вращающиеся вокруг Солнца подобно первой советской автоматической искусственной планете, запущенной 2 января 1959 года.

Трудно переоценить роль, которую могли бы сыграть межпланетные станции в развитии науки. Обсерватория, устроенная на подобной станции, значила бы больше, чем все обсерватории мира, вместе взятые. Ведь такая обсерватория находилась бы по ту сторону многосоткилометрового слоя запыленной, мутной, несмотря на всю свою кажущуюся прозрачность, земной атмосферы, представляющей собой главное препятствие для многих и многих астрономических наблюдений. Неудивительно, что астрономы у нас на Земле упорно залезают со своими приборами на высокие горы, забираются в районы, славящиеся чистотой воздуха. И наиболее ценные результаты наблюдений получены именно такими обсерваториями.

Читайте также:  Политическое развитие русских земель 12 13 веков

Запыленность воздуха, которую мы не замечаем простым глазом, и непрерывное «кипение», перемешивание атмосферы становятся страшным злом, когда глаз вооружается мощным телескопом, чтобы с его помощью проникнуть далеко в глубь Вселенной. Именно эта неполная прозрачность воздуха ставит практически предел возможному увеличению, которое может быть получено с помощью астрономических инструментов. Практически используется увеличение не больше чем в 800 раз, хотя с помощью самых мощных из имеющихся телескопов можно получить увеличение и в несколько тысяч раз.[50]

Оптика позволила бы создать гораздо более совершенные астрономические инструменты, но их совершенство оказывается на Земле бесполезным — изображение становится мутным, расплывчатым, нечетким. Чем больше увеличение, тем сильнее проявляет себя недостаточная прозрачность атмосферы. Зачастую большой телескоп оказывается поэтому хуже, чем малый, а глаз астронома — лучше фотоаппарата. Это препятствие будет незнакомо астрономам межпланетной станции. И как им будут завидовать их земные коллеги!

На заатмосферной обсерватории можно будет наконец получить вполне достоверные фотоснимки Марса и других планет, до конца разгадать тайну «каналов» на Марсе, попытаться проникнуть через непроницаемую пелену облаков, окутывающих Венеру. Можно будет проверить правильность гипотезы советских астрономов о том, что Плутон — только самая крупная из небольших планет, образующих второе, внешнее, астероидное кольцо в нашей солнечной системе.[51] Можно будет рассмотреть многие новые галактики, значительно расширить пределы видимой нами части Вселенной — Метагалактики; ведь на спутнике не будет того мягкого, льющегося с ночного неба света, который является следствием собственного свечения воздуха в верхних слоях атмосферы и который мешает осуществлять длительные экспозиции при фотографировании слабых звезд. Можно будет увидеть планетные системы, подобные нашей солнечной, у звезд, находящихся на расстоянии десятков световых лет — для этого понадобится телескоп с зеркалом, всего в несколько раз большим, чем применяемые в настоящее время. Огромные возможности откроет применение электронного телескопа, который принципиально способен обеспечить гораздо большее увеличение, чем оптический (вспомните электронный микроскоп, увеличивающий в десятки и сотни тысяч раз!). К сожалению, эти чудесные потенциальные возможности электронного телескопа не могут быть использованы на Земле из-за вредного влияния атмосферы.

Вот сколько увлекательных задач поможет решить такая обсерватория!

Земная атмосфера мешает астрономическим наблюдениям не только вследствие своей недостаточной прозрачности. Атмосфера рассеивает солнечный свет, и если мы обязаны этому рассеянному, диффузному свету замечательным голубым цветом неба, то астрономам этот свет причиняет массу неприятностей. Ведь именно поэтому рабочий день астрономов — это ночь, когда свет Солнца не мешает видеть звезды и планеты. Именно поэтому так дорожат астрономы мгновениями солнечного затмения, позволяющими фотографировать и изучать солнечную корону, которую нельзя видеть в ярких лучах Солнца ни в какое другое время.

Каково это увеличение, можно судить по тому, что наибольший из телескопов, установленный в обсерватории на горе Паломар, в Калифорнии, и имеющий зеркало диаметром примерно 5 метров, позволяет увидеть горящую свечу на расстоянии 16 тысяч километров, а сфотографировать ее с втрое большего расстояния.

По другой гипотезе, Плутон был в прошлом спутником Нептуна.

Источник

Спутники мешают астрономам изучать Вселенную

С ростом населения нашей планеты и все большей концентрацией людей в городах, многие обратили внимание на ночное небо и то, как оно изменилось за последние годы. Световое загрязнение особенно хорошо заметно в пригородах, когда вместо темноты мы видим зарево огней мегаполисов. Из-за постоянного ночного освещения усложнилась и работа астрономов. Но световое загрязнение далеко не единственная проблема. Сегодня ученые обеспокоены большим количеством спутников на орбите Земли, которых в будущем может стать намного больше, чем видимых сегодня звезд. Но особенно ученых беспокоит амбициозный проект Илона Маска Satrlink.

Читайте также:  Ограниченность лучших земель по плодородию

Так выглядит пролет 60 спутников Starlink

Череда постоянных изменений

Темное небо над головой, которое наши родители видели в детстве, навсегда останется в прошлом. Световое загрязнение — а именно засвечивание неба искусственными источниками освещения — мешает проводить астрономические наблюдения и меняет биоритмы живых существ. И пока мы с вами можем извлекать из этого плюсы — например, путешествовать по сверкающему ночному небу в горах, пустыне или на море, любому, кто хочет избежать побочных продуктов человеческой деятельности, возможно, придется отправиться на Луну.

После запуска компанией SpaceX 60 спутников Starlink, некоторые профессиональные астрономы подняли тревогу. По мнению исследователей, уже запущенные спутники не представляют большой проблемы, но тысячи других могут помешать способности исследователей обнаруживать самые отдаленные и слабые объекты во Вселенной — те, которые дают возможность приблизиться к Большому Взрыву. А учитывая планы компании Илона Маска по запуску еще 30 тысяч спутников, в дополнение к 12 тысячам, уже утвержденным Федеральной комиссией по связи и Федеральным управлением авиации, основания волноваться у астрономов действительно серьезные. Более того, все, кто когда-либо был тронут искрой Млечного Пути на фоне ночного неба и любит наблюдать за звездами, будут лишены этой возможности.

Свет от искусственных источников освещения рассеивается в нижних слоях атмосферы

Как сообщает Japantimes.com, по мнению некоторых исследователей, сегодня человечество вступает во вторую космическую эру, спустя 70 лет после ее начала. Дело в том, что запуск космических аппаратов в космос перестал быть экстремально дорогим. Именно по этой причине проблема космического мусора сегодня настолько актуальна.

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram

Потоковые видео вместо ночного неба

Логично, что помимо SpaceX и другие компании захотят запустить в космос свои спутники. Так, если Джефф Безос, возглавляющий космическое предприятие Blue Origin, осуществит свой план по переносу тяжелой промышленности в космос — а для этих усилий потребуются сотни тысяч гораздо более ярких спутников, чем Starlink — небо над нами окажется полностью нагроможденным. В то время как во Вселенной мерцают миллиарды звезд, мы с вами можем рассмотреть не так много и то из относительно темного места. Исследователи отмечают, что даже 30 тысяч спутников Starlink могут сильно изменить вид с Земли и существенно затруднит работу астрономов.

Ученые всего мира пытаются найти наилучший способ борьбы с космическим мусором

А ведь сегодня огромное количество ученых, всматриваясь в небо, ищут ответы на самые сложные вопросы о Вселенной, темной материи, темной энергии и кротовых норах. Таким образом, перед обществом встает серьезный вопрос — что важнее для нас — пытаться разгадать тайны Вселенной или подарить миллионам жителей Земли свободный доступ в интернет?

А как вы думаете, что важнее? Поделитесь своим мнением с участниками нашего Telegram-чата и комментариями к данной статье.

Уже сегодня необходимость компромисса очевидна. Так, одним из хороших решений может стать заключение международного соглашения, аналогичное пакту о космическом мусоре. Благодаря этому соглашению компании, планирующие запускать спутники, теперь проектируют их так, чтобы они упали на Землю через 25 лет. Подобное соглашение может подтолкнуть компании к разработке спутников с минимальным влиянием на работу астрономов.

Источник

Adblock
detector