Что такое наземные обсерватории
Огромные линзы и 8-этажный телескоп: самые современные обсерватории мира
С 1990 года ученым удалось подтвердить существование более 4 000 планет за пределами нашей Солнечной системы. Чтобы изучать космическое пространство, исследователи совместно с предпринимателями, научными университетами и филантропами по всему миру строят мощные обсерватории. В этом материале мы собрали современные обсерватории, рассказали, где находится самый большой телескоп и зачем китайские исследователи переселили целую деревню.
Обсерватория Кека
Обсерватория Кека является частью W. M. Keck Foundation, основанной в 1954 году предпринимателем и филантропом Уильямом Кеком, который поддерживал научные, инженерные и медицинские исследования. Обсерватория находится на вершине Мауна-Кеа (остров Гавайи) на высоте 4 145 м над уровнем моря. Она оснащена двумя телескопами высотой в восемь этажей, которые обнаруживают цели с точностью до нанометра. Телескопы могут отслеживать объекты в течение нескольких часов. Каждый из них весит 300 т, а зеркала состоят из 36 шестиугольных сегментов.
До 2007 года и появления в Испании Большого канарского телескопа телескопы Кека считались крупнейшими в мире. Они находят планеты, работая по принципу эффекта Доплера — измеряя изменения звездного света. Благодаря этим телескопам ученые обсерватории открыли наибольшее количество экзопланет, в том числе самую молодую LkCa 15 b.
Астрономы обсерватории Кека первыми в истории получили изображение планетной системы на орбите вокруг звезды, которая не является Солнцем. В 2017 году NASA заключила пятилетнее соглашение (действует с 2018 по 2023 год) с владельцами обсерватории на совместное исследование космического пространства. До этого ученые Кека помогли NASA осуществить миссию Kepler/K2, предоставив фотографии высокого разрешения для проверки и описания существования сотен орбит экзопланет. А с помощью телескопов обсерватории удалось обнаружить первые признаки водяного пара на одном из 79 спутников Юпитера. В 2019 года это подтвердили ученые NASA.
Что такое Обсерватория: современные наземные обсерватории? Значение observatoriya sovremennie nazemnie observatorii, энциклопедия кольера
Обсерватория: современные наземные обсерватории
Обсерватория: современные наземные обсерватории – К статье ОБСЕРВАТОРИЯ
Оптические обсерватории. Место для строительства оптической обсерватории обычно выбирают вдали от городов с их ярким ночным освещением и смогом. Обычно это вершина горы, где тоньше слой атмосферы, сквозь который приходится вести наблюдения. Желательно, чтобы воздух был сухим и чистым, а ветер не особенно сильным. В идеале обсерватории должны быть равномерно распределены по поверхности Земли, чтобы в любой момент можно было наблюдать объекты северного и южного неба. Однако исторически сложилось так, что большинство обсерваторий расположено в Европе и Северной Америке, поэтому небо Северного полушария изучено лучше. В последние десятилетия начали сооружать крупные обсерватории в Южном полушарии и вблизи экватора, откуда можно наблюдать как северное, так и южное небо. Древний вулкан Мауна-Кеа на о. Гавайи высотой более 4 км считается лучшим местом в мире для астрономических наблюдений. В 1990-х годах там обосновались десятки телескопов разных стран.
Размер изображения зависит от фокусного расстояния объектива. У 102-см Йеркского рефрактора фокусное расстояние составляет 19 м, поэтому диаметр лунного диска в его фокусе около 17 см. Размер фотопластинок у этого телескопа 20?25 см; полная Луна легко умещается на них. Астрономы используют стеклянные фотопластинки из-за их высокой жесткости: даже через 100 лет хранения они не деформируются и позволяют измерять относительное положение звездных изображений с точностью до 3 мкм, что для крупных рефракторов, подобных йеркскому, соответствует на небе дуге в 0,03».
Телескоп-рефлектор в качестве объектива имеет вогнутое зеркало. Его преимущество перед рефрактором состоит в том, что лучи любого цвета отражаются от зеркала одинаково, обеспечивая четкость изображения. К тому же зеркальный объектив можно сделать намного крупнее линзового, поскольку стеклянная заготовка для зеркала может не быть прозрачной внутри; от деформации под собственным весом ее можно уберечь, поместив в специальную оправу, поддерживающую зеркало снизу. Чем больше диаметр объектива, тем больше света собирает телескоп и более слабые и далекие объекты способен «увидеть». Долгие годы крупнейшими в мире были 6-м рефлектор БТА (Россия) и 5-м рефлектор Паломарской обсерватории (США). Но сейчас в обсерватории Мауна-Кеа на о.Гавайи работают два телескопа с 10-метровыми составными зеркалами и строится несколько телескопов с монолитными зеркалами диаметром 8-9 м.
Работа оптических обсерваторий. Сейчас более чем в 30 странах мира функционирует более 100 крупных обсерваторий. Обычно каждая из них самостоятельно или в кооперации с другими проводит несколько многолетних программ наблюдений.
Метеорный патруль. С помощью нескольких широкоугольных камер, разнесенных на большое расстояние, непрерывно фотографируют ночное небо для определения траекторий метеоров и возможного места падения метеоритов. Впервые эти наблюдения с двух станций начали в Гарвардской обсерватории (США) в 1936 и под руководством Ф.Уиппла регулярно проводили до 1951. В 1951-1977 такая же работа выполнялась в Ондржейовской обсерватории (Чехия). С 1938 в СССР фотографические наблюдения метеоров проводились в Душанбе и Одессе. Наблюдения метеоров позволяют изучать не только состав космических пылинок, но и строение земной атмосферы на высотах 50-100 км, труднодоступных для прямого зондирования.
Наблюдения Луны и планет. Поверхность планет, спутников, астероидов и комет изучают с помощью спектрографов и поляриметров, определяя химический состав атмосферы и особенности твердой поверхности. Весьма активны в этих наблюдениях обсерватория Ловелла (шт. Аризона), Медонская и Пик-дю-Миди (Франция), Крымская (Украина). Хотя в последние годы много замечательных результатов получено с помощью космических аппаратов, наземные наблюдения не потеряли своей актуальности и ежегодно приносят новые открытия.
Пропуская свет звезды через различные светофильтры и измеряя его яркость, можно определить цвет звезды, который указывает на температуру ее поверхности (чем голубее, тем горячее) и количество межзвездной пыли, лежащей между звездой и наблюдателем (чем больше пыли, тем краснее звезда).
Слабые звезды изучают только с помощью крупных телескопов с фотометрами. Например, телескоп диаметром 1 м собирает света в 25 000 раз больше, чем зрачок человеческого глаза. Использование фотопластинки при длительной экспозиции повышает чувствительность системы еще в тысячи раз. Современные фотометры с электронными приемниками света, такими, как фотоэлектронный умножитель, электронно-оптический преобразователь или полупроводниковая ПЗС-матрица, в десятки раз чувствительнее фотопластинок и позволяют непосредственно записывать результаты измерения в память компьютера.
Наблюдения слабых объектов. Наблюдения далеких звезд и галактик проводят с помощью крупнейших телескопов диаметром от 4 до 10 м. Ведущая роль в этом принадлежит обсерваториям Мауна-Кеа (Гавайи), Паломарская (Калифорния), Ла-Силья и Сьерра-Тололо (Чили), Специальная астрофизическая (Россия). Для массового изучения слабых объектов используются крупные камеры Шмидта на обсерваториях Тонантцинтла (Мексика), Маунт-Стромло (Австралия), Блумфонтейн (Ю.Африка), Бюракан (Армения). Эти наблюдения позволяют наиболее глубоко проникать во Вселенную и изучать ее структуру и происхождение.
Смотреть на звезды: лучшие открытые обсерватории мира
Телескоп VLT Паранальской обсерватории (является частью Европейской южной Обсерватории в Чили)
Сегодня жители больших городов не могут наблюдать за звездами. Даже метеорные потоки, такие простые (и захватывающие) астрономические явления, остаются вне поля зрения. Мы живем под освещенным ночным небом, страдающим от высокой степени светового загрязнения.
Ради возможности увидеть Млечный путь не только на фотографиях люди отправляются в астротуры, путешествуя по заповедникам темного неба. Именно в таких темных и малонаселенных местах находятся крупнейшие астрономические обсерватории. Некоторые из ведущих мировых обсерваторий открыты для посещений, что дает нам возможность увидеть то, с чем работают ученые — глубокое ночное небо.
Европейская южная обсерватория и телескопы Чили
Эти высокотехнологичные башни представляют собой Очень большой телескоп — так и называется Very Large Telescope (VLT). Здесь и далее фото G. Lambert (ESO)
В северной части Чили, посреди пустыни Атакама, международная исследовательская организация «Европейская южная обсерватория» (ESO) построила несколько телескопов и обсерваторий. Здесь, на вершинах гор, где круглый год царит сухая и почти безоблачная погода, расположен один из главных мировых центров астрономических исследований.
С 1966 года ESO занимается наблюдением южного полушария, и по сей день продолжает расширять свои возможности. Климат местности и большие высоты создают прекрасные условия для астрономических наблюдений на миллиметровых, субмиллиметровых и инфракрасных волнах среднего диапазона. Под патронажем организации сейчас действуют:
В 2017 году в этом регионе началось строительство Европейского чрезвычайно большого телескопа (European Extremely Large Telescope, E-ELT) с зеркалом диаметром в 40 метров. E-ELT позволит собирать в несколько раз больше света, чем VLT, а его адаптивная оптическая система, компенсирующая влияние земной атмосферы, даст изображение с большей степенью детализации, чем орбитальный телескоп «Хаббл».
66 телескопов ALMA на плато Чайнантор в Чили. Точность позиционирования каждой антенны — несколько миллиметров
Практически все объекты ESO открыты для посещения, но не везде вам дадут возможность взглянуть на реальные научные приборы и изучить ночное небо с помощью телескопа. Впрочем, само присутствие рядом с такими объектами впечатляет. Паранальская обсерватория, ALMA и Ла-Силья открыты по субботам и воскресеньям. Записаться на бесплатные экскурсии следует заранее через сайты обсерваторий.
Также туристам доступна американская обсерватория Серро-Тололо, расположенная в 80 км к востоку от города Ла-Серена и в 100 км к югу от обсерватории Ла-Силья. Добираться придется самостоятельно, так как никакого организованного транспорта в этом регионе нет.
Вид с Паранальской обсерватории
Всего на территории Атакамы сосредоточено около 40% всех телескопов мира, представляющих научную ценность. В ближайшие десять лет эта цифра вырастет до 70%, поскольку в Чили строят не только E-ELT, но и Гигантский Магелланов телескоп, в котором будет использоваться система из семи первичных зеркал диаметром 8,4 м и весом 20 тонн каждое, а также Large Synoptic Survey Telescope, создаваемый для поиска следов темной энергии и темной материи.
Обсерватория Ла-Силья расположена в полностью изолированном и удаленном месте от любого искусственного света и источников пыли
Круглый год (кроме июля и августа) Ла-Силья открыта для посетителей по субботам и воскресеньям. Здесь вы сможете увидеть High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS) — высокоточный спектрограф, предназначенный для поиска экзопланет. С помощью HARPS открыли более сотни планет.
Обсерватория Маунт-Вилсон (США)
Обсерватория на горе Вильсон (высота 1742 метра), к северо-западу от Лос-Анджелеса, появилась в 1908 году и действует до сих пор. Здесь находится один из крупнейших телескопов западного полушария, доступный для свободного посещения и наблюдений с 1 апреля по 30 ноября.
На сегодняшний день в обсерватории работают два телескопа-рефлектора (60-дюймовый и 100-дюймовый 1917 года постройки), три солнечных телескопа, а также ряд интерферометрических устройств. Группы размером не более 25 человек могут зарезервировать один из телескопов по цене от 800 до 1500 долларов (в зависимости от времени посещения).
Обсерватория Гриффита (Калифорния)
Обсерватория Гриффита, известная также под названием «Обсерватория Лос-Анджелеса», со дня своего открытия остается бесплатной для посещений и сегодня предлагает доступ к 12-дюймовому преломляющему телескопу Zeiss, установленному в 1935 году.
Паразитическое световое загрязнение неба Лос-Анджелеса давно убило весь научный интерес к исследованиям в этом регионе, обсерватория Гриффита сполна компенсирует «отсутствие» ночного неба научным музеем и образовательными программами. Кроме того, это место, благодаря близости к Голливуду, давно и прочно стало культурным феноменом. Обсерваторию можно увидеть в большом количестве фильмов и сериалов.
Обсерватория Мауна-Кеа (Гавайи)
С 1967 года на вершине вулкана Мауна-Кеа находится комплекс телескопов, разбросанных по высотам от 3730 м до 4190 м над уровнем моря. Здесь же расположена известная обсерватория Кека, телескопы который оставались крупнейшими в мире с 1993 по 2007 годы, до введения в строй Большого канарского телескопа.
Фактор удаленности от цивилизации и благоприятного климата сделал обсерваторию одним из лучших в мире мест для оптических наблюдений (в инфракрасной и видимой областях спектра).
Каждый вечер и ночь Мауна-Кеа предлагает звездные туры и бесплатный доступ к телескопам (включая солнечный с защитными фильтрами), который не требует даже предварительного бронирования.
Сверхбольшая Антенная Решетка (Нью-Мексико)
Это место вы тоже могли видеть в нескольких фильмах. Группа 25-метровых радиотелескопов Very Large Array (VLA, а с недавних пор уже и Expanded VLA) работает как единая многовибраторная сложная антенна, общая чувствительность которой эквивалентна антенне диаметром 36 километров.
Побродить среди массивных антенн ведущей радиообсерватории мира можно самостоятельно, с 8:30 утра до заката. В первую субботу каждого месяца на территории проводятся бесплатные экскурсии.
Гринвичская королевская обсерватория (Гринвич-Лондон)
Место заинтересует тех, кто хочет узнать больше об истории астрономических наблюдений. Засветка Лондона уже не позволяет насладиться видом ночного неба, но Королевская обсерватория, организованная в 1675 году, хранит большую коллекцию различных предметов, повлиявших на историю всей астрономии и навигации.
Южноафриканская астрономическая обсерватория (Сазерленд, Южная Африка)
Южноафриканская астрономическая обсерватория расположена посреди пустыни, на высоте 1800 метров над уровнем моря, в четырех с половиной часах езды к северо-востоку от Кейптауна. Обсерватория оснащена оптическим телескопом с диаметром главного зеркала 11 метров — крупнейшим в южном полушарии и одним из крупнейших в мире.
В обсерватории проводятся официальные экскурсии, также ее можно посетить самостоятельно и посмотреть на ночное небо через телескопы 14″ и 16″ в диаметре.
Национальный парк Тейде и Канарские телескопы (Канарские острова)
Канарские острова могут соперничать с Чили по условиям для наблюдения ясного ночного неба. В 2013 году организация Starlight Foundation, который работает над сохранением условий для наблюдений первозданного ночного неба, официально присвоила Национальному парку Тейде на острове Тенерифе статус «Звездный заповедник». Благодаря нетронутой красоте ночного неба и идеальным условиям созерцания «остров вечной весны» привлекает тысячи туристов со всего мира. На острове даже существуют законы, регулирующие световое загрязнение и траектории полетов авиалайнеров.
Остров Тенерифе также является домом для одной из самых передовых и крупнейших обсерваторий мира — Тейде — открытой для экскурсионных туров. На всех островах архипелага находятся 60 научных учреждений из 17 разных стран.
На соседнем высокогорном острове Пальма, считающимся вторым в мире по качеству астроклимата после обсерватории Мауна-Кеа, находится обсерватория Роке де лос Мучачос, в которой есть уникальные исследовательские инструменты: Шведский солнечный телескоп с адаптивной оптикой, дающей изображение самого высокого разрешения поверхности Солнца, а также Большой Канарский телескоп, оснащенный составным зеркалом, одним из самых больших в мире.
Роке де лос Мучачос позволяет наблюдать все Северное небесное полушарие и часть Южного.
Крымская астрофизическая обсерватория (Крым)
Важное место, о котором мы не могли не сказать. Заслуживает внимания как минимум за то, что посетить ее гораздо проще других. Но кроме фактора доступности важно учитывать, что в Крыму расположено самое большое число телескопов среди обсерваторий бывшего СССР.
Крымская обсерватория расположена в горах; планеты и звезды в ней можно разглядывать с двухсоткратным увеличением. На территории обсерватории проводятся лекции и экскурсии. Есть специальная программа «Астроканикулы» для любителей астрономии. Во время посещения можно увидеть музей, рассказывающий о достижениях и истории обсерватории, ознакомиться с принципами работы телескопов различных конструкций.
Пулковская обсерватория (Санкт-Петербург)
Обсерваторию Петербурга сами ученые называют главной астрономической обсерваторией Российской академии наук. Во время экскурсий, в том числе ночных, вы можете познакомиться с 26-дюймовым телескопом-рефрактором, Большим Пулковским радиотелескопом и Солнечным телескопом (одним из крупнейших в Европе).
Кроме обсерваторий в мире есть официальные «заповедники темного неба», где может остановиться любой желающий. Международная ассоциация темного неба ежегодно составляет рейтинги мест с самым красивым небом. Так в графстве Керри в Ирландии можно наблюдать особенно четкое и яркое ночное небо, за что место получило «золотой» уровень, а национальный парк Хортобадь в Венгрии радует красотой звезд на «серебряном» уровне. Одно из самых «звездных» мест в мире — уникальный дизайнерский отель Elqui Domos в Чили. Наблюдать за космосом не вставая с постели, здесь можно 320 дней в году.
Ближе к звездам: как устроены обсерватории
Трудно назвать точное время появления первых обсерваторий. Сооружения, где велись наблюдения за небесными светилами, строили в древней Ассирии, Вавилоне, Китае, Египте, Персии, Индии, Мексике, Перу. Сегодня в мире работает более 500 обсерваторий: пресс-служба Главгосэкспертизы России выбрала самые интересные из них.
Первыми астрономами были жрецы – именно они вели наблюдения за звездным небом. И начало этим наблюдениям было положено еще в эпоху неолита и в бронзовом веке – именно тогда была создана одна из первых обсерваторий, Стоунхендж, расположенный в 130 км от современного Лондона. Мегалитический храм Стоунхендж был священным местом древних кельтских жрецов друидов – а те прекрасно разбирались в строении и движении звезд, знали размеры Земли и планет Солнечной системы, изучали астрономические явления. Временем основания Стоунхенджа считается XXX век до н.э. Другая древнейшая обсерватория – ей пять тысяч лет –обнаружена на территории Армении.
Первой обсерваторией в современном смысле этого слова стал Александрийский мусейон, основанный в начале III века до н.э. при Птолемее Сотере по инициативе Деметрия Фалерского. Мусейон был религиозным, исследовательским, учебным и культурным центром эллинистической эпохи. В его состав входила и легендарная Александрийская библиотека, в которой, по некоторым сведениям, хранилось до 900 000 свитков. Именно в Александрийской обсерватории впервые начали применять высокоточные инструменты – такие, как гномоны и квадранты. А ученый Гиппарх изобрел основанную на принципе стереографической проекции астролябию.
Обсерватории современного типа начали строить в Европе в XVII веке после того, как был изобретен телескоп. В 1667 году в Париже открылась большая государственная обсерватория. Наряду с инструментами древней астрономии здесь уже использовали большие телескопы-рефракторы. В 1675 году заработала Гринвичская королевская обсерватория в предместье Лондона.
В 1692 году первую российскую обсерваторию основал в Холмогорах священник Афанасий Любимов. В 1701 году по указу Петра I была создана обсерватория при Навигацкой школе в Москве. Основанную в 1839 году Пулковскую обсерваторию оборудовали самыми совершенными инструментами, которые давали возможность получать результаты высокой точности. За это Пулковскую обсерваторию назвали астрономической столицей мира, и по сей день она остается главной среди двадцати российских обсерваторий.
Здания современных оптических обсерваторий строятся в цилиндрической или многогранной форме: это башни, в которых установлены телескопы. Вес оптического прибора может достигать нескольких сотен тонн, а в движение его приводят системы моторов. Для осмотра и ремонта части телескопа снимают с помощью подъемного крана. Многослойный купол обсерватории сделан из стали и оснащен двигающимися по рельсам створками. Здание обсерватории обязательно включает в себя систему кондиционирования для охлаждения купола и вычислительных машин, а также кабинеты ученых, лифты, широкие главные ворота, позволяющие завозить громоздкую аппаратуру.
Бывают специализированные обсерватории, которые работают по узкой научной программе – радиоастрономические или горные станции для наблюдений за Солнцем. Существуют обсерватории на бортах космических кораблей и на орбитальных станциях. Например, космический аппарат TESS за два года работы обнаружил более 2100 планет.
Шесть крупнейших мировых обсерваторий
Китайская астрономическая обсерватория или Небесный глаз (FAST)
Крупнейшая в мире астрономическая обсерватория находится на юго-западе Китая. Из 400 других мест для расположения была выбрана горная долина, расположенная на высоте почти километр над уровнем моря – она идеально подходит по размеру и уровню защиты от радиочастотных волн. Отдаленная местность, правда, усложнила задачу строителям, которым пришлось жить в горном ущелье вдали от цивилизации, где первое время не было электричества. Строительство началось в 2011 году и заняло пять лет. В результате был сооружен самый крупный на планете сферический радиотелескоп, представляющий собой пятисотметровую тарелку из 4400 алюминиевых панелей. Обсерватория обошлась государству в 180 млн долларов. Китайский радиотелескоп хранит невероятно большое количество данных и способен обнаружить даже самые слабые радиоволны, исходящие от небесных объектов, в том числе таких, как пульсары и целые галактики.
Паранальская обсерватория (VLT), Чили
Это целая система из четырех основных антенн диаметром 8,2 м и четырех вспомогательных антенн по 1,8 м, объединенных в астрономических интерферометр. Здесь работают ученые «Европейской южной обсерватории». Объект расположен в высокогорьях Анд на высоте более 2,5 км над уровнем моря в чилийской пустыне Атакама. Такое расположение телескопа дает большое преимущество: небо в этой местности безоблачное практически круглый год, что позволяет вести наблюдения непрерывно, кроме того, разреженная атмосфера позволяет избегать искажений, создаваемых движением воздушных масс. Поэтому обсерватория принимает сигнал в оптическом и среднем инфракрасном диапазонах, а обрабатывает полученный материал суперкомпьютер, способный выполнять до семнадцати квадриллионов операций в секунду.
Астрономическая обсерватория Аресибо расположена в Пуэрто-Рико на высоте 497 м над уровнем моря. Здесь ведут исследования Корнельский университет и Национальный центр астрономии и ионосферы США. Диаметр тарелки радиотелескопа составляет 304,8 м, а глубина зеркала – 50,9 м. Поверхность рефлектора покрыта 38 778 алюминиевыми пластинами, каждая из которых имеет размер 1х2 метра. Само зеркало расположено в естественном углублении, а подвижный облучатель подвешен на тросах к трем опорным фермам: его положение и определяет, какой участок небосвода окажется в фокусе. Интересно, что прозрачный для солнечных лучей рефлектор телескопа используется в качестве парника для выращивания сельскохозяйственных культур. Радиотелескоп необходим для исследований в области радиоастрономии, физики атмосферы и радиолокационных наблюдений объектов Солнечной системы.
Обсерватории Роке-де-лос-Мучачос или Большой Канарский телескоп (GTC)
Обсерватория Кека, США
Специальная астрофизическая обсерватория РАН, Россия