Оптическая схема
Из-за большой энергии рентгеновские кванты практически не преломляются в веществе (следовательно, тяжело изготовить линзы) и не отражаются при любых углах падения, кроме самых пологих (около 90 градусов).
Рентгеновские телескопы могут использовать несколько методов для фокусирования лучей. Наиболее часто используются телескопы Вольтера (с зеркалами скользящего падения), кодирование апертуры и модуляционные (качающиеся) коллиматоры. Ограниченные возможности рентгеновской оптики приводят к более узкому полю зрения по сравнению с телескопами, работающими в диапазонах УФ и видимого света .
Зеркала
Использование рентгеновских зеркал для внесолнечной астрономии требует одновременно:
- возможность определить исходное направление рентгеновского фотона по двум координатам и
- достаточную эффективность детектирования.
Зеркала могут быть изготовлены из керамики или металлической фольги. Наиболее часто для рентгеновских зеркал скользящего падения используются золото и иридий . Критический угол отражения сильно зависит от энергии фотонов. Для золота и энергии в 1 кэВ, критический угол составляет 3,72 °.
Кодирование апертуры
Многие рентгеновские телескопы используют кодирование апертуры для получения изображений. В этой технологии перед матричным детектором устанавливается маска в виде решетки из чередующихся особым образом прозрачных и непрозрачных элементов (например, квадратная маска в виде матрицы Адамара). Данный элемент для фокусировки и получения изображений весит меньше, чем другие варианты рентгеновской оптики (поэтому часто используется на спутниках), но при этом требует большей пост-обработки для получения изображения.
Диапазоны энергий
Телескопы
Exosat
На борту Exosat размещено два низкоэнергетических рентгеновских телескопа типа Wolter I с возможностью получения изображений. В фокальной плоскости могут быть установлены
Телескопы жёсткого рентгеновского диапазона
См. OSO 7 (англ. OSO 7 )На борту Седьмой орбитальной солнечной обсерватории (OSO 7) находился рентгеновский телескоп жёсткого диапазона. Характеристики: диапазон энергий 7 - 550 кэВ, поле зрения 6,5° эффективная площадь ~64 см²
Телескоп ФИЛИН
Телескоп ФИЛИН, установленный на станции Салют-4 , состоял из трёх газовых пропорциональных счётчиков с общей рабочей площадью 450 см², диапазон энергий 2-10 кэВ, и одного с рабочей площадью 37 см², диапазон энергий 0,2-2 кэВ. Поле зрения ограничено щелевым коллиматором полушириной 3° x 10°. Инструменты включают фотоэлементы, смонтированные вне станции вместе с датчиками. Измерительные модули и питание расположены внутри станции.
Калибровка датчиков по наземным источникам производилась параллельно с полётными операциями в трёх режимах: инерциальная ориентация, орбитальная ориентация и обзор. Данные собирались в четырёх энергетических диапазонах: 2-3,1 кэВ, 3,1-5,9 кэВ, 5,9-9,6 кэВ и 2-9,6 кэВ на больших детекторах. Малый датчик имеет ограничители, устанавливаемые на уровни 0,2, 0,55, 0,95 кэВ.
Телескоп SIGMA
Телескоп жесткого рентгеновского и низкоэнергетического гамма-диапазона SIGMA покрывает диапазон 35-1300 кэВ с эффективной площадью 800 см² и полем зрения максимальной чувствительности ~5° × 5°. Максимальное угловое разрешение 15 минут дуги Энергетическое разрешение - 8 % при 511 кэВ. Благодаря сочетанию кодирующей апертуры и позиционно-чувствительных датчиков на основе принципов камеры Ангера, телескоп способен строить изображения.
Рентгеновский телескоп АРТ-П
Фокусирующий рентгеновский телескоп
См. Broad Band X-ray Telescope (англ. Broad Band X-ray Telescope ) и STS-35Широкополосный рентгеновский телескоп (BBXRT) был выведен на орбиту шаттлом Колумбия (STS-35) как часть полезной нагрузки ASTRO-1. BBXRT был первым фокусирующим телескопом, действующим в широком энергетическом диапазоне 0,3-12 кэВ со средним энергетическим разрешением 90 эВ при 1 кэВ и 150 эВ при 6 кэВ. Два сонаправленных телескопа с сегментированным твердотельным спектрометром Si(Li) каждый (детекторы A и B), состоящим из пяти пикселей. Общее поле зрения 17.4’ в диаметре, поле зрения центрального пикселя 4’ в диаметре. Общая площадь: 765 см² при 1,5 кэВ, 300 см² при 7 кэВ.
HEAO-2
Первая в мире орбитальная обсерватория с зеркалами с скользящим отражением рентгеновских фотонов. Запущена в 1978 году. Эффективная площадь около 400 кв.см на энергии 0.25 кэВ и около 30 кв.см на энергии 4 кэВ.
Чандра
XRT на КА Swift (миссия MIDEX)
Труба телескопа диаметром 508 мм сделана из двух секций графитовых волокон и циановых эфиров. Внешний слой из графитовых волокон создан уменьшить продольный коэффициент теплового расширения, тогда как внутренняя сложная труба облицована изнутри парозащитным барьером (vapor barrier) из алюминиевой фольги от проникновения внутрь телескопа водяных паров или эпоксидных загрязнителей. XRT содержит переднюю часть, окружённую зеркалами и держащую затворную сборку и астронавигационный блок, и заднюю, держащую камеру фокальной плоскости (focal plane camera) и внутренний оптический экран.
Зеркальный модуль содержит 12 вложенных зеркал скользящего падения типа Wolter I, закреплённых на передних и задних крестовинах. Пассивно нагреваемые зеркала - позолоченные никелевые оболочки длиной 600 мм и диаметром от 191 до 300 мм.
X-ray imager имеет эффективную площадь 120 см2 на 1,15 кэВ, поле зрения 23,6 x 23,6 угловых минут и угловое разрешение (θ) 18 секунд дуги на диаметре половинной мощности (HPD, half-power diameter). Чувствительность детектора - 2·10 −14 эрг см −2 с −1 10 4 секунд. Функция рассеяния точки (PSF, point spread function) зеркала - 15 секунд дуги HPD в фокусе (1,5 кэВ). Зеркало слегка расфокусировано для более равномерной PSF по всему полю зрения, как следствие, PSF инструмента 18 секунд дуги.
Рентгеновский телескоп нормального падения
История рентгеновских телескопов
Первый рентгеновский телескоп использовался для наблюдений за Солнцем. Первое изображение Солнца в рентгеновском спектре было получено в 1963 году, при помощи телескопа, установленного на ракете.
Примечания
См. также
- Список космических аппаратов с рентгеновскими и гамма-детекторами на борту
Wikimedia Foundation . 2010 .
рентгеновский телескоп
прибор для исследования временных и спектр . св-в источников косм. рентг. излучения, а также для определения координат этих источников и построения их изображения.Существующие Р. т. работают в диапазоне энергий фотонов рентг. излучения от 0,1 до сотен кэВ, т. е. в интервале длин волн от 10 нм до сотых долей нм. Для проведения астрономич. наблюдений в этой области длин волн Р. т. поднимают за пределы земной атмосферы на ракетах или ИСЗ, т. к. рентг. излучение сильно поглощается атмосферой. Излучение с >20 кэВ можно наблюдать начиная с высот ~30 км с аэростатов.
Р. т. позволяет: 1) регистрировать с высокой эффективностью рентг. фо-
тоны; 2) отделять события, соответствующие попаданию фотонов нужного диапазона энергий от сигналов, вызванных воздействием заряж. ч-ц и гамма-фотонов; 3) определять направление прихода рентг. излучения.
В Р. т. для диапазона 0,1—30 кэВ детектором фотонов служит пропорциональный счётчик, наполненный газовой смесью (Ar+СН4, Ar+СО2 или Хе+СО2). Поглощение рентг. фотона атомом газа сопровождается испусканием фотоэлектрона (см. Фотоэлектронная эмиссия), оже-электронов
Рис. 1. а—схема рентг. телескопа со щелевым коллиматором; б &mdash ; работа телескопа в режиме сканирования.
(см. Оже-эффект) и флуоресцентных фотонов (см. Флуоресценция). Фотоэлектрон и оже-электрон быстро теряют свою энергию на ионизацию газа, флуоресцентные фотоны также могут быстро поглотиться газом благодаря фотоэффекту. В этом случае полное число образовавшихся электронно-ионных пар пропорц. энергии рентг. фотона. Т. о., по импульсу тока в цепи анода восстанавливается энергия рентг. фотона.
В обычных условиях Р. т. облучается мощными потоками заряж. ч-ц и гамма-фотонов разл. энергий, к-рые детектор Р. т. регистрирует вместе с рентг. фотонами от исследуемого источника излучения. Для выделения рентг. фотонов из общего фона применяется метод антисовпадений (см. Совпадений метод). Приход рентг. фотонов фиксируют также по форме создаваемого ими импульса электрич. тока, поскольку заряж. ч-цы дают сигналы, более затянутые во времени, чем те, что вызываются рентг. фотонами.
Для определения направления на рентг. источник служит устройство, состоящее из щелевого коллиматора и жёстко закреплённого с ним на одной раме звёздного датчика. Коллиматор (набор пластин) ограничивает поле зрения Р. т. и пропускает рентг. фотоны, идущие лишь в небольшом телесном угле (~10—15 квадратных градусов). Рентг. фотон , прошедший коллиматор (рис. 1,a), регистрируется верх. объёмом счётчика. Возникший импульс тока по цепи верх. анода
проходит схему антисовпадений (поскольку нет запрещающего сигнала с ниж. анода) и подаётся на анализатор для определения временных и энергетич. хар-к фотона. Затем по телеметрии информация передаётся на Землю. Одновременно передаётся информация звёздного датчика о ярчайших звёздах, попавших в его поле зрения. Эта информация позволяет установить положение осей Р. т. в пр-ве в момент прихода фотона.
При работе Р. т. в режиме сканирования направление на источник определяется как положение Р. т., при к-ром скорость счёта достигает максимума. Угл. разрешение Р. т. со щелевым коллиматором или аналогичным сотовым коллиматором составляет несколько десятков угловых минут.
Значительно лучшим угл. разрешением (~ неск. десятков секунд) обладают Р. т. с модуляц. коллиматорами (рис. 2, а). Модуляц. коллиматор представляет собой две (или больше) проволочные одномерные сетки, устанавливаемые между детектором и щелевым коллиматором, для чего последний поднимается над детектором на высоту ~1 м и наблюдения ведутся в режиме либо сканирования (рис. 1,б), либо вращения относительно оси, перпендикулярной плоскости сеток. Проволочки в каждой сетке коллиматора устанавливаются параллельно друг другу на расстоянии, равном диаметру проволочки. Поэтому при движении источника по полю зрения Р. т. тени от верх. проволочек скользят по ниж. сетке, попадая то на проволочки, и тогда скорость счёта максимальна, то между ними, и тогда она минимальна (фон).
Угл. распределение скорости счёта Р. т. с модуляц. коллиматором (ф у н к ц и я о т к л и к а) показано на рис. 2, б. Для n-сеточного модуляц. коллиматора угол между соседними максимумами 0=2 n-1 r, где r=d/l — угл. разрешение Р. т. В большинстве случаев Р. т. с модуляц. коллиматорами дают точность локализации рентг. источников, достаточную для их отождествления с небесными объектами, излучающими в иных диапазонах эл.-магн. волн.
С модуляц. коллиматорами начинает конкурировать методика кодиров. апертуры, позволяющая получить r<1". В Р. т. с кодиров. апертурой поле зрения перекрывается экраном, обладающим неоднородным пропусканием по всей площади. Детектор излучения в таком Р. т. позиционно-чувствительный, т. е. кроме энергии рентг. фотона измеряют и координаты точки, где он был зарегистрирован. При таком экране точечный источник излучения, находящийся на бесконечности, даёт распределение скорости счёта по поверхности детектора, соответствующее функции пропускания экрана.
Рис. 2. а — устройство рентг. телескопа с модуляц. коллиматором; б — угл. распределение скорости счёта.
Положение источника рентг. излучения в поле зрения Р. т. определяется по положению максимума корреляц. функции между полученным распределением скорости счёта по поверхности детектора и функцией пропускания экрана.
В области энергий >15 кэВ в кач-ве детекторов Р. т. применяют крист. сцинтилляторы NaI (Тl) (см. Сцинтилляционный счётчик ); для подавления фона заряж. ч-ц высоких энергий и гамма-фотонов служат устанавливаемые на антисовпадения с первыми крист. сцинтилляторы CsI(Tl). Для ограничения поля зрения в таких Р. т. применяют активные коллиматоры — цилиндры из сцинтилляторов, включённые на антисовпадения со сцинтилляторами NaI(Tl).
В диапазоне энергий от 0,1 до неск. кэВ наиболее эффективны Р. т., в к-рых осуществляется фокусировка излучения, падающего под малыми углами на фокусирующее зеркало (рис. 3). Чувствительность такого Р. т. в ~10 3 раз превосходит Р. т. др. конструкций благодаря его способности собирать излучение со значит. площади и направлять на детектор малых размеров, что существенно повышает отношение сигнал/шум. Р. т., построенный по такой схеме, даёт двумерное изображение источника рентг.
Рис. 3. Схема фокусирующего рентг. телескопа.
излучения подобно обычному оптич. телескопу. Для построения изображения в фокусирующем Р. т. в кач-ве детекторов используют позиционно-чувствительные пропорц. камеры, микроканальные детекторы , а также приборы с зарядовой связью (ПЗС). Угл. разрешение в первом случае определяется гл. обр. пространств. разрешением камеры и составляет ~1", микроканальные детекторы и ПЗС дают 1—2" (для близких к оси пучков). При спектрометрич. исследованиях применяют ПП детекторы, брэгговские крист. спектрометры и дифракц. решётки с позиционно-чувствит. детекторами. Косм. источники рентг. излучения очень разнообразны. Рентг. излучение Солнца было открыто в 1948 в США с ракеты, поднявшей Гейгера счётчики в верх. слои атмосферы. В 1962 группой Р. Джиаккони (США) также с ракеты был обнаружен первый источник рентг. излучения за пределами Солнечной системы — «Скорпион Х-1», а также диффузный рентг фон , по-видимому, внегалактич. происхождения. К 1966 в результате экспериментов на ракетах было открыто ок. 30 дискретных рентг. источников. С выводом на орбиту серии спец. ИСЗ («УХУРУ», «Ариэль», «САС-3», «Вела», «Коперник», «ХЕАО» и др.) с Р. т. разл. типов были обнаружены сотни рентг. источников (галактич. и внегалактических, протяжённых и компактных, стационарных и переменных). Мн. из этих источников ещё не отождествлены с источниками, проявляющими себя в оптич. и др. диапазонах эл.-магн. излучения. Среди отождествлённых галактич. объектов: тесные двойные звёздные системы, один из компонентов к-рых — рентг. пульсар; одиночные пульсары (Crab, Vela); остатки сверхновых звёзд (протяжённые источники); временные (транзиентные) источники, резко увеличивающие светимость в рентг. диапазоне и вновь угасающие за время от неск. минут до неск. месяцев; т. н. б а р с т е р ы — мощные вспыхивающие источники рентг. излучения с характерным временем вспышки порядка неск. секунд. К отождествлённым внегалактич. объектам относятся ближайшие галактики (Магеллановы облака и Туманность Андромеды), радиогалактики Дева-А (М87) и Центавр-А (NGC 5128), квазары (в частности, ЗС 273), сейфертовские и др. галактики с активными ядрами; скопления галактик — самые мощные источники рентг. излучения во Вселенной (в них за излучение ответствен горячий межгалактич. газ с темп-рой 50 млн. К). Подавляющее большинство косм. рентг. источников явл. объектами, совершенно непохожими на те, что были известны до начала рентг. астрономии, и прежде всего они отличаются огромным энерговыделением. Светимость галактич. рентг. источников достигает 10 36 —10 38 эрг/с, что в 10 3 —10 5 раз превышает энерговыделение Солнца во всём диапазоне длин волн. У внегалактич. источников была зарегистрирована светимость до 10 45 эрг/с, что указывает на необычность проявляющихся здесь механизмов излучения. В тесных двойных звёздных системах, напр., в кач-ве осн. механизма энерговыделения рассматривают перетекание в-ва от одного компонента (звезды-гиганта) к другому (нейтронной звезде или чёрной дыре) — дисковую аккрецию, при к-рой падающее на звезду в-во образует около этой звезды диск, где в-во благодаря трению разогревается и начинает интенсивно излучать. Среди вероятных гипотез происхождения диффузного рентг. фона, наряду с предположением о тепловом излучении горячего межгалактич. газа, рассматривается обратный Комптона эффект эл-нов на ИК фотонах, испущенных активными галактиками, или на фотонах реликтового излучения. Данные наблюдений с ИСЗ ХЕАО-В свидетельствуют о том, что значительный вклад (>35%) в диффузный рентг. фон дают далёкие дискретные источники, гл. обр. квазары.
X-ray astronomy, ed. R. Giacconi, H. Gursky, Dordrecht—Boston, 1974; Шкловский И. С., Звёзды: их рождение, жизнь и смерть, 2 изд., М., 1977; К а п л а н С. А., Пикельнер С. Б., Физика межзвёздной среды, М., 1979.
Н. С. Ямбуренко.
Рентгеновские лучи - диапазон электромагнитного излучения с длиной волны от 0,01 до 10 нм, промежуточный между ультрафиолетовым диапазоном и гамма-лучами. Поскольку
фотоны этого диапазона обладают большой энергией, они характеризуются высокой ионизирующей и проницающей способностью, что определяет сферу их практического использования.
Эти же свойства делают их очень опасными для живых организмов. От рентгеновских лучей, приходящих из космоса, нас защищает земная атмосфера. Однако с точки зрения астрономов они
представляют особый интерес, поскольку несут важную информацию о веществе, разогретом до сверхвысоких температур (порядка миллионов кельвинов), и процессах, ведущих к
такому разогреву.
Как и в случае с УФ-диапазоном, первые попытки сфотографировать небесную сферу в рентгеновском спектре были сделаны оборудованием, установленным на высотных геофизических
ракетах. Главная проблема здесь заключалась в том, что «обычные» методы фокусировки - с помощью линз или вогнутых зеркал - для высокоэнергетических лучей неприемлемы,
поэтому приходится применять сложную технологию «скользящего падения». Такие фокусирующие системы имеют значительно большие массы и габариты, чем оптические инструменты,
и должны были появиться достаточно мощные ракеты-носители, чтобы рентгеновские телескопы наконец-то вышли на околоземные орбиты.
Первой такой удачной попыткой стал американский спутник Uhuru (Explorer 42), проработавший с 1970 по 1973 г. Заслуживают упоминания также первый голландский космический
аппарат ANS (Astronomical Netherlands Satellite), запущенный в августе 1974 г., и две космических обсерватории НЕАО (NASA) - вторая из них, выведенная на орбиту 13 ноября 1978
г., получила имя Альберта Эйнштейна. Япония 21 февраля 1979 г. запустила аппарат «Хакучо» (CORSA-b), наблюдавший «рентгеновское небо» до 1985 г. Свыше восьми лет -
с 1993 до 2001 г. - функционировал второй японский высокоэнергетический телескоп ASCA (ASTRO-D). Европейское космическое агентство «отметилось» в этом направлении
спутниками EXOSAT (European X-ray Observatory Satellite, 1983-1986) и BeppoSAX (1996-2003). В начале 2012 г. прекращена эксплуатация одного из «космических долгожителей» -
орбитального телескопа Rossi X-ray Timing Explorer, запущенного 30 декабря 1995 г.
Третий из «Большой четверки»
Рентгеновский телескоп Chandra, доставленный на орбиту 23 июля 1999 г. на борту многоразового корабля Columbia (миссия STS-93), стал третьей из четырех больших обсерваторий NASA, запущенных в период с 1990 по 2003 г. Название он получил в честь американского физика и астрофизика индийского происхождения Субраманьяна Чандрасекара.
Геоцентрическая орбита с высотой апогея 139 тыс. км и перигеем около 16 тыс. км позволяет проводить непрерывные сеансы наблюдений продолжительностью до 55 часов, что существенно больше по сравнению с аналогичным показателем для низкоорбитальных спутников Земли. Выбор орбиты связан также с тем, что рентгеновское излучение заметно поглощается даже разреженными газами, содержащимися в самых верхних слоях земной атмосферы - на высотах, где работает большинство искусственных спутников. Период обращения составляет 64,2 часа, причем 85% этого времени Chandra проводит вне пределов радиационных поясов Земли. Недостатком такой орбиты является, в частности, невозможность отправки к телескопу ремонтной бригады (как это неоднократно делалось в случае обсерватории Hubble).
 |
|
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕЛЕСКОПА ЧАНДРА
> Масса: 4620 кг
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ЗАДАЧИ: > Исследование черных дыр в центрах галактик
|
| КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ |
Рентгеновский телескоп имеет довольно узкую специализацию. Он предназначен для наблюдений излучения очень горячих объектов Вселенной - таких, как взрывающиеся звезды, галактические кластеры, вещество в окрестностях черных дыр. Однако он может регистрировать и высокоэнергетическое излучение, возникающее тем или иным образом в атмосферах и на поверхностях различных тел Солнечной системы. Первоначально планировалось, что Chandra проработает в космосе 5 лет, но с учетом хорошего состояния бортовых систем его эксплуатация уже несколько раз продлевалась (последний раз - в 2012 г.).
Первое наблюдение телескопа
Галактические остатки вспышек сверхновых являются источником ценнейшей информации о Вселенной, свидетельством чему могут быть результаты анализа наблюдений телескопа Chandra. В частности, с его помощью была детализирована структура остатка Кассиопея А, создана карта всех входящих и исходящих потоков вещества и ударных волн, пространственно разделены истечения межзвездной и околозвездной материи до момента взрыва Сверхновой, локализованы области ускорения космических лучей. Не менее важными результатом стала надежная регистрация сильных широких линий излучения остатка в режиме спектроскопии сверхвысокого пространственного разрешения и картирование распределения элементов от углерода до железа в выбросах вещества. Определенный из этих наблюдений возраст остатка равен примерно 140 годам, что почти совпадает с оценками, сделанными другими методами. Сравнение возрастов и линейных размеров остатков других сверхновых продемонстрировало способность телескопа Chandra измерять скорость их радиального расширения практически в микромасштабах: например, за 22 года размер остатка Сверхновой SN 1987А в Большом Магеллановом Облаке6 изменился всего лишь на 4 угловых секунды.
Туманность, «подпитываемая» пульсаром
Многие астрономы отмечают, что одним из наиболее впечатляющих достоинств телескопа Chandra является его способность исследовать тонкую структуру так называемых плерионов (Pulsar Wind Nebulae - PWN) - туманностей, «подпитываемых» веществом пульсара, особенностью которых являются чрезвычайно малые размеры - порядка нескольких угловых секунд. Особенно преуспел Chandra в изучении такого объекта в созвездии Паруса - пульсара Vela. На данный момент это наиболее исследованный плерион.
Снимок компактной туманности вокруг пульсара в созвездии Паруса, сделанный телескопом Chandra, демонстрирует интересную структуру, состоящую из двух дугообразных ударных волн. Они образовались при столкновении облака газа, окружающего пульсар, с веществом туманности при его движении сквозь нее. Джеты, испускаемые пульсаром, видны как яркие прямые отрезки, перпендикулярные дугам. Их направление практически совпадает с направлением движения сверхплотного объекта. Считается, что они возникают благодаря его вращению, а также взаимодействию вещества с мощными электрическими и магнитными полями в его окрестностях.
 |
| Изменения формы и яркости джетов. |
| КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ |
Повторное фотографирование пульсара Vela рентгеновской обсерваторией Chandra выявило заметные изменения формы и яркости джетов на сравнительно коротких отрезках времени. Здесь представлено четыре из 13 его изображений, полученных на протяжении двух с половиной лет. Длина джетов достигает половины светового года (около 5 трлн км), а их ширина остается практически постоянной на всем протяжении и не превышает 200 млрд км, что можно объяснить наличием в них «удерживающего» магнитного поля. Скорость выбрасываемого пульсаром вещества равна почти половине скорости света. В таких релятивистских потоках заряженных частиц должны возникать нестабильности, уже наблюдавшиеся в экспериментах на специальных ускорителях. Теперь их удалось зарегистрировать на примере реального астрофизического объекта. Рентгеновское излучение в данном случае возникает при взаимодействии сверхбыстрых электронов и позитронов с магнитными силовыми линиями.
Похожую нестабильность ученые ожидают обнаружить у джетов, испускаемых сверхмассивными черными дырами в центрах галактик, однако ее временной масштаб должен быть гораздо большим (порядка сотен и тысяч лет).
Крабовидная туманность (Ml) - остаток одной из ярчайших вспышек Сверхновой в истории человечества, наблюдавшейся в 1054 г. Информация о ней содержится в японских, китайских, а также некоторых арабских хрониках.
|
1. Молодые солнцеподобные звезды.
Длительные наблюдения звездных скоплений в Туманности Ориона (М42) показали, что молодые звезды солнечных масс, имеющие возраст
от 1 до 10 млн лет, демонстрируют крупномасштабную вспышечную активность, особенно заметную в рентгеновском диапазоне, при этом частота вспышек и их энергетика почти на порядок
превосходит процессы подобного рода, наблюдающиеся на нашем Солнце, возраст которого близок к 4,6 млрд лет. Это может существенно влиять на формирование планет и зон
обитаемости вокруг таких звезд.
2. Сверхновые и остатки сверхновых. Изображения и спектры сверхновых, полученные телескопом Chandra, позволили изучить динамику ударных волн, генерируемых взрывами массивных звезд а также механизмы ускорения электронов и протонов до околосвето-вых скоростей, определить количество и распределение тяжелых элементов, образующихся при вспышках, и исследовать механизмы самих вспышек. 3. Кольца вокруг пульсаров и джеты. Полученные телескопом Chandra изображения Крабовидной туманности и других остатков сверхновых демонстрируют изумительной красоты кольца и джеты - выбросы высокоэнергетических частиц, испускаемых быстровращающимися нейтронными звездами. Это свидетельствует о том, что они могут служить мощными генераторами таких частиц. 4. Черные дыры звездных масс. Открытие двух черных дыр (ЧД), массы которых превышают 15 масс Солнца, послужило отправным пунктом для пересмотра представлений о возможных механизмах их эволюции. 5. Стрелец А* - черная дыра в центре Млечного пути. Телескоп Chandra измерил энергетический выход и темпы уменьшения количества вещества в радиоисточнике Sagittarius А* - сверхмассивной черной дыре, расположенной в центре нашей Галактики (в направлении созвездия Стрельца). Эти данные позволили астрономам сделать вывод, что современный низкий уровень ее активности не является прямым следствием отсутствия запасов «топлива» в ее окрестностях. 6. Двойные черные дыры. В одной галактике Chandra открыл две сверхмассивных черных дыры, которые, по расчетам, вскоре сольются. Не исключено, что именно таким образом растут ЧД в центрах галактик. 7. Черные дыры, выбрасывающие вещество. Полученные телескопом Chandra изображения скоплении галактик предоставляют наблюдателям драматические свидетельства долговременной повторяющейся взрывной активности, связанной с вращающимися сверхмассивными ЧД. Эта активность имеет следствием высокоэффективную конверсию гравитационной энергии выпадающего на ЧД вещества в потоки высокоэнергетических частиц. Таким образом, черные дыры из «поглотителей» становятся мощными источниками энергии, за счет чего играют ключевую роль в эволюции массивных галактик. 8. «Перепись» черных дыр. При обработке результатов наблюдений в рамках программы Chandra Deep Field были открыты сотни сверхмассивных ЧД, аккреционные диски в окрестностях которых при вращении испускают рентгеновские лучи. Существованием этих источников можно объяснить практически все диффузное рентгеновское «сияние» неба, обнаруженное более 40 лет назад и лишь в наши дни получившее адекватное объяснение. «Перепись» сверхмассивных ЧД дает представление о времени формирования этих объектов и об их эволюции. Специалисты также говорят о возможном открытии так называемых «черных дыр промежуточных масс» - фактически новой категории объектов этого класса. 9. Темная материя. Результаты наблюдений скопления «Пуля» и ряда других галактических скоплений, проведенных телескопом Chandra совместно с несколькими оптическими телескопами, стали бесспорным доказательством того, что большая часть вещества во Вселенной пребывает в форме темной материи. Ее наличие проявляется посредством гравитационного воздействия на «нормальную» материю - электроны, протоны и нейтроны, из которых состоят «привычные» атомы. Однако прямое детектирование этой компоненты мироздания не представляется возможным (по крайней мере, в наше время). Проведенные обзорные исследования многих скоплений галактик подтвердили, что Вселенная содержит в пять раз больше темной материи, нежели «обычной». 10. Темная энергия. Полученные телескопом Chandra наблюдательные данные о скорости роста скоплений галактик показали, что расширение Вселенной ускоряется - главным образом по причине преобладания в пространстве субстанции, получившей название «темная энергия». Это независимое подтверждение открытия, сделанного благодаря анализу оптических наблюдений удаленных сверхновых, исключает любые альтернативы Общей Теории Относительности и ужесточает ограничения на природу темной энергии. Из других научных достижений наиболее успешного рентгеновского телескопа необходимо отметить проведение детальных спектральных исследований активности сверхмассивных черных дыр в центрах галактик (в том числе обнаружение сверхмассивных ЧД вдвое более активных по сравнению с более ранними оценками), новые данные о процессах формирования скоплений галактик и их эволюции, а также создание общего каталога Chandra Source Catalog (CSC), содержащего свыше 250 тыс. рентгеновских источников на 1% общей площади неба и использующего данные 10 тыс. отдельных наблюдений множества источников различных типов (звезд в непосредственной близости к центру Млечного Пути, галактических и внегалактических рентгеновских двойных, ядер активных галактик и пр.). |
| ТОП-10 НАУЧНЫХ ДОСТИЖЕНИЙ ЧАНДРА |
Через 900 с лишним лет после вспышки яркой Сверхновой в созвездии Тельца на ее месте видна расширяющаяся газовая туманность, в центре которой находится сверхплотная нейтронная звезда - пульсар. Он продолжает излучать энергию и испускать потоки высокоэнергетических частиц. Несмотря на то, что увидеть его можно только в большие телескопы, суммарное энерговыделение этого объекта в 100 тыс. раз превосходит мощность излучения Солнца.
Высокоэнергетические электроны, испускающие рентгеновские лучи, теряют энергию быстрее и не успевают «отлететь» далеко от центра туманности, откуда они были выброшены, поэтому видимый размер области излучающей в более длинноволновом диапазоне, значительно больше плериона, сфотографированного телескопом Chandra.
Мониторинг Крабовидной туманности наземными и космическими инструментами ведется практически постоянно, за исключением периодов времени, когда недалеко от нее на небе
находится Солнце. Этот объект без преувеличения можно назвать одной из самых изученных небесных «достопримечательностей».
Наземные наблюдения в окнах прозрачности проводятся с помощью обычных оптических телескопов и специальных ИК – телескопов. Специальные ИК – телескопы – обладают меньшим собственным излучением и снабжены осциллирующим вторичным зеркалом и устанавливаются в высокогорных районах. Четыре специальных ИК – телескопа установлены на вершине потухшего вулкана Мауна - Кеа. (Гавайские острова). На высоте 4200 м. над уровнем моря: французский с диаметром зеркала D = 375 см; английский, D = 360 см; телескоп Национального управления по астронавтике и освоению космического пространства США – НАСА, D = 300 cм; телескоп Гавайского университета, D = 224 cм.
Рентгеновские (ри) – телескопы
Детекторы РИ:
В 1978 г. на спутнике ХЕАО – Б (Эйнштейновская обсерватория) в США был запущен рентгеновский телескоп косого падения с разрешением 2ʺ. Получено несколько тысяч рентгеновских источников (до 1986 г.)
Гамма – телескопы.
В области мягкого гамма – излучения (ГИ), используется сцинтилляционный телескоп.
В области жесткого ГИ – телескоп с трековым детектором. Регистрируется траектория каждой заряженной частицы, образующейся при поглощении - фотонов. Детектором может быть искровая камера и дрейфовая камера. В искровой камере вдоль траектории частицы, ионизующей атомы, развивается искровой пробой. Цепочка искр воспроизводит траекторию частицы. В дрейфовой камере положение траектории определяется по времени дрейфа электронов от трека частицы до соседних электродов.
В области промежуточного ГИ – эффективность сцинтилляционных и трековых детекторов уменьшается.
В области сверхвысоких ГИ – по регистрации черенковского излучения, которое генерируется электронами и позитронами ливня частиц, сопровождающего поглощение фотона сверхвысокой энергии в атмосфере.
Примечание: Излучение Черенкова - Вавилова (1934 г.) – излучение электромагнитных волн носителем электрического заряда, движущимся со скоростью , превышающей фазовую «U » скорость электромагнитных волн в веществе. . Эффект Черенкова – Вавилова возникает, если n> 1;
Нейтринные телескопы
В СССР: на Кавказе в Баксанской нейтринной обсерватории; в соленой шахте в Артемовске на глубине 600 м водного эквивалента; в Италии, США.
Принцип регистрации: жидкие сцинтилляционные детекторы – регистрирует образовавшиеся позитроны, движение которых сопровождается вспышкой.
Основные обсерватории и крупнейшие телескопы мира
ОБСЕРВАТОРИЯ (от лат. observator - наблюдатель), специализированное научное учреждение, оборудованное для проведения астрономических, физических, метеорологических и т. п. исследований. В настоящее время в мире насчитывается более 500 обсерваторий, причем большая часть в северном полушарии Земли.
Таблица 2. Основные обсерватории мира.
|
Обсерватория |
Краткая информация |
|
Абастуманская астрофизическая обсерватория |
Основана в 1932г на горе Канобили (1650м) вблизи Абастумани в Грузии. В 1937г начинаются наблюдения на первом советском 33-см рефлекторе (велись наблюдения на нем с 1932г в старой башне) с первым советским фотометром. Первым директором был Евгений Кириллович Харадзе. В начале 50-х годов был установлен 70-см менисковый телескоп и другие приборы. В 1980г установлен самый крупный в обсерватории 125-см полностью автоматизированный зеркальный телескоп. |
|
Алгонкинская обсерватория |
Астрономическая радиообсерватория в провинции Онтарио (Канада). Основной прибор - 46-метровый телескоп с полностью управляемой антенной. |
|
Аллегейнская обсерватория |
Научно-исследовательская обсерватория Питтсбургского университета в штате Пенсильвания (США). Современные здания обсерватории построены в 1912г, но работы по ее созданию были начаты в 1858г несколькими питтсбургскими бизнесменами. Воодушевленные зрелищем кометы Донати, явившейся в том году, они сформировали Ассоциацию Аллегейнского телескопа и приобрели 33-сантиметровый рефрактор. В 1867г и телескоп, и обсерватория были переданы Западному университету штата Пенсильвания, предшественнику Питтсбургского университета. Первым штатным руководителем стал СэмюэлПьерпонт Лэнгли, которого сменил Джеймс Э. Килер, один из основателей Астрофизического журнала, а впоследствии - руководитель Обсерватории Лика. В 1912г в здании обсерватории было установлено три телескопа. Самый первый 33-сантиметровый рефрактор используется сейчас прежде всего для образовательных целей и для тестирования. Два других (76- сантиметровый рефрактор Тау и 79-сантиметровый Мемориальный рефлектор Килера) продолжают использоваться для научных исследований. |
|
Англо-Австралийская обсерватория (AAO) |
Обсерватория, расположенная вместе с Обсерваторией Сайдинг-Спринг (штат Новый Южный Уэльс, Австралия), финансируемая совместно правительствами Австралии и Великобритании. Обсерватория управляется Дирекцией Англо-Австралийского телескопа (ДААТ), которая была образована в начале 1970-х гг., когда был построен 3,9-метровый Англо-Австралийский телескоп с экваториальной установкой. Плановые наблюдения начались в 1975 г. Это был первый телескоп с компьютерным управлением. Вместе с этим универсальным телескопом используется множество различных приборов, что привело к важным научным открытиям и позволило получить эффектные фотографии южного неба.В 1988 г. ДAAT получила в свое распоряжение английский 1,2-метровый телескоп Шмидта (введен в действие в 1973г и в течение некоторого времени находился в ведении Королевской Эдинбургской обсерватории), который стал использоваться многими астрономами. Популярные телескопы Шмидта позволяют получать высококачественные широкоформатные фотографии (6,4° × 6,4°). Большая часть времени работы телескопа отводится долговременным обзорам неба. |
|
Аресибская обсерватория |
Радиоастрономическая обсерватория в Пуэрто-Рико. Котлован диаметром в 305 м удачно вписался в естественную складку холмистой местности к югу от г. Аресибо. Телескоп, постройка которого была закончена в 1963г, эксплуатируется Национальным ионосферным и астрономическим центром Корнеллского университета (США). Отражающая поверхность перемещаться не может, но радиоисточники могут отслеживаться посредством перемещения приемника в фокусе вдоль специальной поддерживающей конструкции. В 1997г была проведена модернизация этого телескопа. По занимаемой площади телескоп превосходит все другие радиотелескопы в мире вместе взятые. Имея столь большую поверхность, телескоп может обнаруживать более слабые сигналы, чем любой другой радиотелескоп |
|
Астрофизическая обсерватория Доминиона |
Обсерватория Национального исследовательского совета Канадского центра оптической астрономии, расположенная вблизи г. Виктория (провинция Британская Колумбия). Составляет часть Института астрофизики им. Герцберга. Она была основанаДж.С. Пласкеттом, и в 1918г там начал функционировать 1,85-метровый телескоп, к которому в 1962г был добавлен 1,2-метровый телескоп. В 1988г там же создан Канадский центр астрономических данных. |
|
Военно-морская обсерватория Соединенных Штатов |
Обсерватории принадлежат астрографические телескопы, расположенные в горах Андерсон, около Флэгстаффа, штат Аризона, в БлэкБерч, Новая Зеландия, и в Вашингтоне. Обсерватория была основана в 1830г и получила свое нынешнее название в 1842г. В течение пятидесяти лет она была расположена в том месте, где теперь находится Мемориал Линкольна. В 1893г обсерватория была перемещена в нынешнее место расположения (рядом с официальной резиденцией Вице-президента). Самый большой телескоп, размещенный здесь, - 66-сантиметровый рефрактор, работающий с 1873г, с помощью которого в 1877г Асаф Холл открыл спутники Марса Фобос и Деймос. В число других инструментов входит 30-сантиметровый Рефрактор Элвана Кларка, два 61-сантиметровых рефлектора и 15-сантиметровый меридианный круг. Самый большой телескоп, принадлежащий обсерватории, - 1,5-метровый астрометрический рефлектор во Флэгстаффе. Используя этот инструмент, Джеймс Кристи в 1978г открыл спутник Плутона Харон. В своем филиале в Аризоне обсерватория имеет оптический интерферометр, (Опытный морской оптический интерферометр), который в 1995г при вводе в действие был самым большим телескопом такого типа. В Военно-морской обсерватории США находится одна из наиболее богатых астрономических библиотек мира. Обсерватория составляет и издает астрономические ежегодники для флота, авиации и международный справочник "Видимые места фундаментальных звезд". |
|
Высокогорная обсерватория |
Солнечная физическая обсерватория и научно-исследовательский институт в штате Колорадо, США. Основана в 1940г под эгидой Обсерватории Гарвардского колледжа и теперь является отделением Национального центра атмосферных исследований. Аппаратура по изучению Солнца размещается также в других наземных центрах и на спутниках. |
|
Главная астрономическая обсерватория АН Украины |
Основана в 1944г (в 12км к югу от Киева, h=180м над уровнем моря). Открыта в 1949г. Составлен сводный каталог координат нескольких тысяч опорных точек на видимой поверхности Луны.Имеет наблюдательную астрономическую базу в Приэльбрусье на пике Терскол (h=3100м) с 40-см, 80-см и 2 метровым телескопами. Основные инструменты: 19-см большой вертикальный круг, двойной широкоугольный 12-см астрограф, 70 см телескоп-рефлектор (1959г), 44-см солнечный горизонтальный телескоп (1965г) и другие приборы. Обсерватория с 1985г издает научный журнал «Кинематика и физика небесных тел», а с 1953г издавала «Известия ГАО АН УССР». Первым директором был Александр Яковлевич Орлов (1880-1954) в 1944-1948гг и 1950-1951гг. |
|
Европейская южная обсерватория (ESO) |
Европейская исследовательская организация основана в 1962г. Членами ESO являются восемь государств - Бельгия, Дания, Франция, Германия, Италия, Нидерланды, Швеция и Швейцария. Штаб-квартира организации находится в Гархинге под Мюнхеном в Германии, а обсерватория - в Ла-Силла в Чили. |
|
Крымская астрофизическая обсерватория (КрАО) |
Украинская обсерватория, расположенная в Крыму недалеко от Симеиза. Основана в 1908 около Симеиза, как отделение Пулковской обсерватории, но полностью разрушена с началом войны в 1941г. Постановлением Правительства СССР от 30.06.1945г преобразована в самостоятельное научное учреждение – Крымскую Астрофизическую обсерваторию АН СССР. В 1946г началось строительство обсерватории на новом, более удобном месте в селении Мангуш (пос. Научный, 12 км от Бахчисарая). Первым крупным инструментом был астрограф с 40 см объективом, установленный летом 1946г в Симеизме, в котором и продолжились наблюдения. Первым директором был Г.А. Шайн (1892-1956), затем в 1952г его сменил А. Б. Северный (1913-1987). Введена в строй в 1950г. Здесь в 1961г был установлен самый большой в Европе телескопе с зеркалом 264см, F=10м, в 1981г 125-см телескоп для фотографических наблюдений. Здесь также установлен в 1954г один из лучших в мире башенный солнечный телескоп, в 1966г мощный 22 метровый радиотелескоп миллиметрового диапазона. |
|
Национальная радиоастрономическая обсерватория (NRAO) |
Объединие организаций, ведущих в США работы по радиоастрономии под эгидой частного консорциума университетов АссошиэйтидЮниверситиз Инк. Объединение получает финансирование согласно соглашению консорциума с Национальным научным фондом США. Телескопы, используемые NRAO, расположены в трех различных местах. Это "Очень большая решетка" (VLA - Сокр. VeryLargeArray. Радиотелескоп, состоящий из 27 антенн, каждая 25 м в диаметре, работающий по методу синтеза апертур на основе земного вращения. Расположенный в Сокорро, штат Нью-Мексико, этот телескоп является самым большим в мире телескопом, использующим метод синтеза апертур. Этот массив антенн размещен в виде буквы "Y", каждое плечо которой имеет в длину 21 км. Антенны соединены между собой электронной связью, в результате чего массив работает как единая система из 351 радиоинтерферометра, которые проводят одновременные наблюдения. Максимальное доступное разрешение радиотелескопа на длине волны 1,3 см составляет 0,05 дуговых секунд. Однако на практике большинство наблюдений проводится на длине волны 6 см с разрешением в одну дуговую секунду, поскольку это очень сокращает время, необходимое для построения радиокарт), телескоп миллиметровых волн в Китт-Пик, а также 42-метровая антенна и интерферометр телескопа Грин-Бэнк, расположенные в Грин-Бэнк (штат Западная Виргиния, Построенная в 1962г 92- метровая параболическая антенна к 1988г полностью вышла из строя. Сооружение ее "преемника" - 100- метрового Телескопа завершено в 1998г. Это самая большая в мире параболическая антенна с полностью автоматизированным управлением. 43-метровая параболическая антенна, пущенная в 1965г, до сих пор является самым большим в мире телескопом с экваториальной установкой. Имеется также радиоинтерферометр, состоящий из трех 26-метровых параболических антенн, две из которых могут перемещаться по колее длиной 1,6 км). Администрация NRAO находится в Шарлоттсвилле (штат Виргиния) |
|
Пулковская обсерватория |
Обсерватория около г. Санкт-Петербурга в России, организованная еще в 1718г, как Петербургская обсерватория и Петербургская АН обладала единственной обсерваторией построенной в центре города в 1760г. В Пулково находится с 1835г. 19 августа 1839г на Пулковских высотах (75м над уровнем моря) вступает в строй Пулковская обсерватория. Строительство начато 21 июня 1835 года в 70км к югу от Петербурга по проекту А.П. Брюллова (1798-1877), разработанному в 1834г. 03.07.1835г заложено здание Главной обсерватории. 02.07.1838 - учреждение Пулковской обсерватории при Академии наук. История обсерватории связана, в частности, с историей семьи Струве, шесть членов которой стали известными астрономами. Василий Яковлевич Струве был директором обсерватории с 1839 по 1862г, а его сын Отто Васильевич Струве - c 1862 по 1889г, построивший в 1886г астрофизическую лабораторию, а в 1890-1895гг Ф. А. Бредихин усилив в обсерватории астрофизические исследования и дооборудовав соответствующими инструментами. Обсерватория стала «астрономической столицей мира» за создание точнейших звездных каталогов фундаментальных звезд: 1865г, 1885г, 1905г и 1930гг, точное измерение положения 8700 пар двойных звезд, определение основных астрономических постоянных. С самого начала в обсерватории состоял по тем временам крупнейший в мире 38см (15 дюймовый) телескоп- рефрактор, изготовленный учениками Й. Флаунгофера - Мерц и Малер, а в 1888г опять был поставлен крупнейший в мире 30 дюймовый (76см) телескоп- рефрактор, изготовленный американским оптиком А. Кларк. Именно в Пулковской обсерватории одной из первых в астрометрии начали применять фотографию. В 1920г организована служба точного времени, а в 1924г при обсерватории учрежден международный комитет службы времени. В 1932г организована служба Солнца. Здания того времени во время Второй мировой войны были разрушены, но впоследствии восстановлены в прежнем виде в 1954г. Открытие состоялось 21 мая 1954г. Обсерватория была значительно расширена и оборудована новейшими инструментами. Установлен 65см телескоп- рефрактор (F=10,4м) самый большой на территории СССР. Наблюдательные базы на Кавказе и Памире, Кисловодская горная астрономическая станция, в Благовещенске (на Амуре широтная лаборатория), экспедиция в Боливии (с 1983). Исследования: астрометрия, радиоастрономия, астрономическое приборостроение, внеатмосферная астрономия и др. Обсерватория издает «Труды» (с 1893г), «Известия» (с 1907г), «Солнечные данные» (с 1954г) и другие. |
Рис 46. Пулковская обсерватория
Рентгеновский телескоп-- телескоп, предназначенный для наблюдения удаленных объектов в рентгеновском спектре. Для работы таких телескопов обычно требуется поднять их над атмосферой Земли, непрозрачной для рентгеновских лучей. Поэтому телескопы размещают на высотных ракетах или на ИСЗ.
Оптическая схема
Из-за большой энергии рентгеновские кванты практически не преломляются в веществе (следовательно, тяжело изготовить линзы) и не отражаются при любых углах падения, кроме самых пологих (около 90 градусов).
Рентгеновские телескопы могут использовать несколько методов для фокусирования лучей. Наиболее часто используются телескопы Вольтера (с зеркалами скользящего падения), кодирование апертуры и модуляционные (качающиеся) коллиматоры.
Ограниченные возможности рентгеновской оптики приводят к более узкому полю зрения по сравнению с телескопами, работающими в диапазонах УФ и видимого света.
История
Часто изобретение первого телескопа приписывают Гансу Липпершлею из Голландии, 1570-1619 годы, однако почти наверняка он не являлся первооткрывателем. Скорее всего, его заслуга в том, что он первый сделал новый прибор телескоп популярным и востребованным. А также именно он подал в 1608 году заявку на патент на пару линз, размещенный в трубке. Он назвал устройство подзорной трубой. Однако его патент был отклонен, поскольку его устройство показалось слишком простым.
Задолго до него Томас Диггес, астроном, в 1450 году попытался увеличить звезды с помощью выпуклой линзы и вогнутого зеркала. Однако у него не хватило терпения доработать устройство, и полу-изобретение вскоре было благополучно забыто. Сегодня Диггеса помнят за описание гелиоцентрической системы.
К концу 1609 года небольшие подзорные трубы, благодаря Липпершлею, стали распространены по всей Франции и Италии. В августе 1609 года Томас Харриот доработал и усовершенствовал изобретение, что позволило астрономам рассмотреть кратеры и горы на Луне.
Большой прорыв произошел, когда итальянский математик Галилео Галилей узнал о попытке голландца запатентовать линзовую трубу. Вдохновленный открытием, Галлей решил сделать такой прибор для себя. В августе 1609 года именно Галилео изготовил первый в мире полноценный телескоп. Сначала, это была всего лишь зрительная труба - комбинация очковых линз, сегодня бы ее назвали рефрактор. До Галилео, скорее всего, мало кто догадался использовать на пользу астрономии эту развлекательную трубку. Благодаря прибору, сам Галилей открыл горы и кратеры на Луне, доказал сферичность Луны, открыл четыре спутника Юпитера, кольца Сатурна и сделал множество других полезных открытий.
Сегодняшнему человеку телескоп Галилео не покажется особенным, любой десятилетний ребенок может легко собрать гораздо лучший прибор с использованием современных линз. Но телескоп Галилео был единственным реальным работоспособным телескопом на тот день с 20-кртным увеличением, но с маленьким полем зрения, немного размытым изображением и другими недостатками. Именно Галилео открыл век рефрактора в астрономии - 17 век.
Время и развитие науки позволяло создавать более мощные телескопы, которые давали видеть много больше. Астрономы начали использовать объективы с большим фокусным расстоянием. Сами телескопы превратились в большие неподъемные трубы по размеру и, конечно, были не удобны в использовании. Тогда для них изобрели штативы. Телескопы постепенно улучшали, дорабатывали. Однако его максимальный диаметр не превышал нескольких сантиметров - не удавалось изготавливать линзы большого размера.
К 1656 году Христиан Гюйенс сделал телескоп, увеличивающий в 100 раз наблюдаемые объекты, размер его был более 7 метров, апертура около 150 мм. Этот телескоп уже относят к уровню сегодняшних любительских телескопов для начинающих. К 1670-х годам был построен уже 45-метровый телескоп, который еще больше увеличивал объекты и давал больший угол зрения.
Но даже обычный ветер мог служить препятствием для получения четкого и качественного изображения. Телескоп стал расти в длину. Первооткрыватели, пытаясь выжать максимум из этого прибора, опирались на открытый ими оптический закон - уменьшение хроматической аберрации линзы происходит с увеличением ее фокусного расстояния. Чтобы убрать хроматические помехи, исследователи делали телескопы самой невероятной длины. Эти трубы, которые назвали тогда телескопами, достигали 70 метров в длину и доставляли множество неудобств в работе с ними и настройке их. Недостатки рефракторов заставили великие умы искать решения к улучшению телескопов. Ответ и новый способ был найден: собирание и фокусировке лучей стала производится с помощью вогнутого зеркала. Рефрактор переродился в рефлектор, полностью освободившийся от хроматизма.
Заслуга эта целиком и полностью принадлежит Исааку Ньютону, именно он сумел дать новую жизнь телескопам с помощью зеркала. Его первый рефлектор имел диаметр всего четыре сантиметра. А первое зеркало для телескопа диаметром 30 мм он сделал из сплава меди, олова и мышьяка в 1704 году. Изображение стало четким. Кстати, его первый телескоп до сих пор бережно хранится в астрономическом музее Лондона.
Но еще долгое время оптикам никак не удавалось делать полноценные зеркала для рефлекторов. Годом рождения нового типа телескопа принято считать 1720 год, когда англичане построили первый функциональный рефлектор диаметром в 15 сантиметров. Это был прорыв. В Европе появился спрос на удобоносимые, почти компактные телескопы в два метра длиной. О 40-метровых трубах рефракторов стали забывать.
Двухзеркальная система в телескопе предложена французом Кассегреном. Реализовать свою идею в полной мере Кассегрен не смог из-за отсутствия технической возможности изобретения нужных зеркал, но сегодня его чертежи реализованы. Именно телескопы Ньютона и Кассегрена считаются первыми "современными" телескопами, изобретенными в конце 19 века. Кстати, космический телескоп Хаббл работает как раз по принципу телескопа Кассегрена. А фундаментальный принцип Ньютона с применением одного вогнутого зеркала использовался в Специальной астрофизической обсерватории в России с 1974 года. Расцвет рефракторной астрономии произошел в 19 веке, тогда диаметр ахроматических объективов постепенно рос. Если в 1824 году диаметр был еще 24 сантиметра, то в 1866 году его размер вырос вдвое, в 1885 году диаметр стал составлять 76 сантиметров (Пулковская обсерватория в России), в к 1897 году изобретен иеркский рефрактор. Можно посчитать, что за 75 лет линзовый объектив увеличивался со скоростью одного сантиметра в год.
К концу 18 века компактные удобные телескопы пришли на замену громоздким рефлекторам. Металлические зеркала тоже оказались не слишком практичны - дорогие в производстве, а также тускнеющие от времени. К 1758 году с изобретением двух новых сортов стекла: легкого - крон и тяжелого - флинта, появилась возможность создания двухлинзовых объективов. Чем благополучно и воспользовался ученый Дж. Доллонд, который изготовил двухлинзовый объектив, впоследствии названный доллондовым.
После изобретения ахроматических объективов победа рефрактора была абсолютная, оставалось лишь улучшать линзовые телескопы. О вогнутых зеркалах забыли. Возродить их к жизни удалось руками астрономов-любителей. Вильям Гершель, английский музыкант, в 1781 году открывший планету Уран. Его открытию не было равным в астрономии с глубокой древности. Причем Уран был открыт с помощью небольшого самодельного рефлектора. Успех побудил Гершеля начать изготовление рефлекторов большего размера. Гершель собственноручно в мастерской сплавлял зеркала из меди и олова. Главный труд его жизни - большой телескоп с зеркалом диаметром 122 см. Это диаметр его самого большого телескопа. Открытия не заставили себя ждать, благодаря этому телескопу, Гершель открыл шестой и седьмой спутники планеты Сатурн. Другой, ставший не менее известным, астроном-любитель английский землевладелец лорд Росс изобрел рефлектор с зеркалом с диаметром в 182 сантиметра. Благодаря телескопу, он открыл ряд неизвестных спиральных туманностей. Телескопы Гершеля и Росса обладали множеством недостатков. Объективы из зеркального металла оказались слишком тяжелыми, отражали лишь малую часть падающего на них света и тускнели. Требовался новый совершенный материал для зеркал. Этим материалом оказалось стекло. Французский физик Леон Фуко в 1856 году попробовал вставить в рефлектор зеркалом из посеребренного стекла. И опыт удался. Уже в 90-х годах астроном-любитель из Англии построил рефлектор для фотографических наблюдений со стеклянным зеркалом в 152 сантиметра в диаметре. Очередной прорыв в телескопостроении был очевиден.
Этот прорыв не обошелся без участия русских ученых. Я.В. Брюс прославился разработкой специальных металлических зеркал для телескопов. Ломоносов и Гершель, независимо друг от друга, изобрели совершенно новую конструкцию телескопа, в которой главное зеркало наклоняется без вторичного, тем самым уменьшая потери света.
Немецкий оптик Фраунгофер поставил на конвейер производство и качество линз. И сегодня в Тартуской обсерватории стоит телескоп с целой, работающей линзой Фраунгофера. Но рефракторы немецкого оптика также были не без изъяна - хроматизма.
И лишь к концу 19 века изобрели новый метод производства линз. Стеклянные поверхности начали обрабатывать серебряной пленкой, которую наносили на стеклянное зеркало путем воздействия виноградного сахара на соли азотнокислого серебра. Эти принципиально новые линзы отражали до 95% света, в отличие от старинных бронзовых линз, отражавших всего 60% света. Л. Фуко создал рефлекторы с параболическими зеркалами, меняя форму поверхности зеркал. В конце 19 века Кросслей, астроном-любитель, обратил свое внимание на алюминиевые зеркала. Купленное им вогнутое стеклянное параболическое зеркало диаметром 91 см сразу было вставлено в телескоп. Сегодня телескопы с подобными громадными зеркалами устанавливаются в современных обсерваториях. В то время как рост рефрактора замедлился, разработка зеркального телескопа набирала обороты. С 1908 по 1935 года различные обсерватории мира соорудили более полутора десятков рефлекторов с объективом, превышающим иеркский. Самый большой телескоп установлен в обсерватории Моунт-Внльсон, его диаметр 256 сантиметров. И даже этот предел соврем скоро превзойден вдвое. В Калифорнии смонтирован американский рефлектор-гигант, на сегодня его возраст более пятнадцати лет.
Более 30 лет назад в 1976 году ученые СССР построили 6-метровый телескоп БТА - Большой Телескоп Азимутальный. До конца 20 века БРА считался крупнейшим в мире телескопом Изобретатели БТА были новаторами в оригинальных технических решениях, таких как альт-азимутальная установка с компьютерным ведением. Сегодня это новшества применяются практически во всех телескопах-гигантах. В начале 21 века БТА оттеснили во второй десяток крупных телескопов мира. А постепенная деградация зеркала от времени - на сегодня его качество упало на 30% от первоначального - превращает его лишь в исторический памятник науке.
К новому поколению телескопов относятся два больших телескопа 10-метровых близнеца KECK I и KECK II для оптических инфракрасных наблюдений. Они были установлены в 1994 и 1996 году в США. Их собрали благодаря помощи фонда У. Кека, в честь которого они и названы. Он предоставил более 140 000 долларов на их строительство. Эти телескопы размером с восьмиэтажный дом и весом более 300 тонн каждый, но работают они с высочайшей точностью. Принцип работы - главное зеркало диаметром 10 метров, состоящее из 36 шестиугольных сегментов, работающих как одно отражательное зеркало. Установлены эти телескопы в одном из оптимальных на Земле мест для астрономических наблюдений - на Гаваях, на склоне потухшего вулкана Мануа Кеа высотой 4 200 м. К 2002 году эти два телескопа, расположенных на расстоянии 85 м друг от друга, начали работать в режиме интерферометра, давая такое же угловое разрешение, как 85-метровый телескоп. История телескопа прошла долгий путь - от итальянских стекольщиков до современных гигантских телескопов-спутников. Современные крупные обсерватории давно компьютеризированы. Однако любительские телескопы и многие аппараты, типа Хаббл, все еще базируются на принципах работы, изобретенных Галилеем.
