Астрономия 21 века
Космические обсерватории
Космические обсерватории играют большую роль в развитии астрономии. Величайшие научные достижения последних десятилетий в опираются на знания, полученные при помощи космических аппаратов.
Большой объём информации о небесных телах не доходит до земли т.к. ей мешает атмосфера которой мы дышим. Большая часть инфракрасного и ультрафиолетового диапазона, а также рентгеновские и гамма-лучи космического происхождения недоступны для наблюдений с поверхности нашей планеты. Для изучения космоса в этих диапазонах необходимо вывести телескоп за пределы атмосферы. Результаты исследований полученные с помощью космических обсерваторий перевернули представление человека о вселенной.
Первые космические обсерватории существовали на орбите недолго, но развитие технологий позволило создать новые инструменты для исследования вселенной. Современный космический телескоп — уникальный комплекс который разрабатывается и эксплуатируется совместно учеными многих стран в течении нескольких десятков лет. Наблюдения полученные с помощью многих космических телескопов доступны для бесплатного использования учёными и просто любителями астрономии со всего мира.
Инфракрасные телескопы
Предназначены для проведения космических наблюдений в инфракрасном диапазоне спектра. Недостатком этих обсерваторий является их большой вес. На орбиту помимо телескопа приходится выводить охладитель, который должен уберечь ИК-приёмник телескопа от фонового излучения — инфракрасных квантов, испускаемых самим телескопом. Это привело к тому, что за всю историю космических полётов на орбите работало очень мало инфракрасных телескопов.
Хаббловский космический телескоп
Изображение ESO
24 апреля 1990 г. с помощью американского шаттла «Дискавери» STS-31 была выведена на орбиту крупнейшая околоземная обсерватория — космический телескоп «Хаббл» весом более 12т. Этот телескоп результат совместного проекта НАСА и Европейского космического агентства. Работа космического телескопа «Хаббл» рассчитана на длительный срок. полученные с его помощью данные доступны на сайте телескопа для бесплатного пользования астрономами всего мира.
Ультрафиолетовые телескопы
Озоновый слой окружающий нашу атмосферу практически полностью поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца и звёзд, поэтому УФ-кванты можно регистрировать только за его пределами. Интерес астрономов к УФ-излучению обусловлен тем, что в этом диапазоне спектра излучает самая распространённая молекула во Вселенной — молекула водорода. Первый ультрафиолетовый телескоп-рефлектор с диаметром зеркала 80 см был выведен на орбиту в августе 1972 г. на совместном американо-европейском спутнике «Коперник».
Рентгеновские телескопы
Рентгеновские лучи доносят до нас из космоса информацию о мощных процессах связанных с рождением звёзд. Высокая энергия рентгеновских и гамма-квантов позволяет регистрировать их по одиночке, с точным указанием времени регистрации. Благодаря тому, что детекторы рентгеновского излучения относительно легки в изготовлении и имеют небольшой вес, рентгеновские телескопы устанавливались на многих орбитальных станциях и даже межпланетных космических кораблях. Всего в космосе побывало более сотни таких инструментов.
Гамма-телескопы
Гамма-излучение имеет близкую природу к рентгеновскому излечению. Для регистрации гамма-лучей используются методы схожие с методами применяемыми для исследований рентгеновского излучения. Поэтому зачастую на космических телескопах исследуют одновременно как рентгеновские, так и гамма-лучи. Гамма-излучение принимаемое этими телескопами доносит до нас информацию о процессах, происходящих внутри атомных ядер, а также о превращениях элементарных частиц в космосе.
Электромагнитный спектр, исследуемый в астрофизике
Источник
Способы изучения космоса. Телескопы. История возникновения
Способы изучения космоса. Телескопы. История возникновения
В середине XV века Томас Диггес, астроном, пытался создать устройство наподобие телескопа с помощью выпуклой линзы и вогнутого зеркала. Однако оно не было доработано.
Ганс Липпершлей (1570–1619), голландец, поместил пару линз в трубке и, подав заявку на патент в 1608 году, назвал это подзорной трубой. Но его заявку отклонили, не увидев в ней никакого изобретения, к тому же, посчитали, что оно слишком простое. Тем не менее благодаря голландцу изобретение стало популярным во Франции и Италии.
В следующем году Томас Харриот модифицировал изобретение, благодаря которому астрономам удалось разглядеть лунный ландшафт, в котором можно было заметить кратеры и горы.
В этом же году Галилео Галилей, узнавший об изобретении, решил изготовить такой прибор для себя. Он и считается изобретателем первого в мире настоящего телескопа. Сегодня его изобретение называют рефрактором – зрительная труба и комбинация очковых линз. Используя ее, Галилей сам открыл горы и кратеры на Луне, доказал, что Луна является сферой, открыл четыре спутника Юпитера и кольца Сатурна. Телескоп Галилео имел 20-кратное увеличение, маленькое поле зрение и слегка размытое изображение.
В 1656 году Христиану Гюйенсу удалось сделать телескоп, имеющий увеличение изображения в 100 раз, его размер превышал 7 м, апертура 150 мм. К 1670-м годам появился уже 45-метровый телескоп, дававший еще большее увеличение и угол обзора. Телескоп стал расти в длину, так как астрономы пытались убрать так называемые хроматические помехи (искажения).
В 1668 году Исаак Ньютон нашел решение: добавил в конструкцию телескопа вогнутые зеркала, отчего рефрактор получил название рефлектор. Хотя впервые эта идея была выдвинута Джеймсом Грегори в 1663 году.
В 1720 году англичане изобрели 15-ти см рефлектор, который позволил сократить длину телескопа до 2 м.
Француз Кассегрен предложил конструкцию рефрактора с использованием двух линз – кроны и флинта, изобретенными англичанами. Но его наработки не были воплощены в жизнь вследствие отсутствия у Кассегрена технической возможности. Тем не менее эти чертежи стали основой для конструкции современных телескопов, в частности телескопа «Хаббл».
Джон Долланд в середине XVIII века тоже изготовил объектив с двумя линзами, отчего он получил именование «объектив доллонда». После этого изобретения вогнутые зеркала стали исчезать из конструкции телескопа.
Вернуть в эксплуатацию вогнутые зеркала удалось астроному-любителю Вилльяму Гершелю.
Он использовал в своих телескопах конструкции с вогнутыми зеркалами, сплавленные из меди и олова, и с помощью этих телескопов он сделал крупнейшее открытие – планету Уран. Вслед за этим, увеличив диаметр рефрактора, ему удалось открыть 6-й и 7-й спутники Сатурна. Наряду вместе с ним, английский астроном-любитель лорд Росс, открыл ряд спиралевидных туманностей. Но рефракторы были несовершенны тем, что быстро тускнели и имели недостаточную отражающую способность.
Физик из Франции Леон Фуко в 1856 году вставил в рефрактор посеребренное стекло, следствием чего стало его же изобретение конца XIX века фотографирующего телескопа.
К развитию технологии конструкции телескопа приложили руку и ряд русских ученых, таких как М. В. Ломоносов и Я. В. Брюс. Брюс разработал специальные металлические зеркала для телескопов, а Ломоносову, независимо от Гершеля, занимавшемуся тем же самым, удалось модифицировать систему зеркал с целью уменьшения потери света.
К концу XIX века усовершенствовался способ изготовления стеклянных линз, вследствие чего отражательная способность выросла до 95 %. Были проведены успешные эксперименты и смонтированы параболические зеркала изогнутой формы.
С тех пор в течение 40–50 лет телескопы конструировались с все большим диаметром объектива рефлектора.
К концу XX века в конструкции телескопов прибавилось компьютерное наведение. Появились не только оптические телескопы, но и основанные на приеме радиоволн, инфракрасного излучения, гамма-лучей, рентгеновских лучей, ультрафиолета. Также широко известен космический телескоп «Хаббл», обладающий оптической и инфракрасной системами наблюдения.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Продолжение на ЛитРес
Читайте также
История возникновения и развития массажа
История возникновения и развития массажа Вероятно массаж – это самый древний метод лечения из известных на сегодняшний день. Согласно современным историческим исследованиям, массаж применялся еще в первобытные времена. Хотя, несомненно, он очень отдаленно напоминал
6. История изучения чужих языков на Руси
6. История изучения чужих языков на Руси Первые данные об изучении иностранных языков относятся к Киевской Руси (ХI-ХII вв.). Первоначально знания языков происходило путём живого общения с чужеземцами. В XIII–XV веках в отдельных монастырях России началось изучение
Скитальцы космоса
Скитальцы космоса Счастье дается только знающим. К. Г.
ТЕЛЕСКОПЫ 1: РЕФРАКТОРЫ И РЕФЛЕКТОРЫ
ТЕЛЕСКОПЫ 1: РЕФРАКТОРЫ И РЕФЛЕКТОРЫ Телескоп предназначен для увеличения отдаленных объектов или для усиления яркости точечных объектов, таких, как звезда. Простой телескоп-рефрактор состоит из двух выпуклых линз, объектива и окуляра. Объектив формирует реальное
ТЕЛЕСКОПЫ 2: СИЛА И МОЩЬ
ТЕЛЕСКОПЫ 2: СИЛА И МОЩЬ Основными характеристиками любого телескопа являются диаметр входного отверстия D (диаметр объектива — линзового или зеркального) и фокусное расстояние fo, определяющие относительное отверстие А= D/fo, которое часто называют светосилой
ТЕЛЕСКОПЫ 3: РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ
ТЕЛЕСКОПЫ 3: РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ Разрешающей способностью телескопа называется наименьший различимый угол между двумя линиями зрения, направленными на два точечных объекта, таких, как две близлежащие звезды. Например, если в телескоп с трудом можно различить две
Способы изучения космоса. Искусственные спутники
Способы изучения космоса. Искусственные спутники Искусственный спутник Земли – это космический аппарат, вращающийся вокруг Земли по гелиоцентрической орбите. Они используются разными странами для научных исследований и прикладных задач. Спутники бывают военными,
История возникновения и развития бильярда
История возникновения и развития бильярда Что касается самой истории возникновения бильярда, то можно уверенно сказать: бильярд — древняя игра. Это подтверждается многочисленными исследованиями и публикациями. Не стоит описывать все эти толкования. Кто хоть чуть-чуть
История возникновения православных храмов
История возникновения православных храмов Первым православным храмом, по свидетельству Евангелия, была Сионская горница. Перед Своим распятием Господь заповедал ученикам отыскать горницу большую, устланную, готовую (Мк. 14; 15) и приготовить все, что нужно для
4.1. История возникновения и основы вероучения ислама
4.1. История возникновения и основы вероучения ислама Ислам является самой молодой религией из существующих трех конфессий. В исламе суннитского толка (этого направления придерживаются большинство мусульман) отсутствует культ святых. Ничто не должно нарушать принципы
История возникновения и развития ездового собаководства
История возникновения и развития ездового собаководства Ездовое собаководство — одна из традиционных отраслей северного хозяйства. С этой целью специально выращивают и тренируют собак для использования в транспортных целях, разрабатывают различные типы собачьих
История См. также «Прошлое», «Русская история», «Средневековье», «Традиция», «Цивилизация и прогресс»
История См. также «Прошлое», «Русская история», «Средневековье», «Традиция», «Цивилизация и прогресс» Философия изучает ошибочные взгляды людей, а история – их ошибочные поступки. Филип Гедалла* История – это наука о том, чего уже нет и не будет. Поль
Источник
8 различных типов телескопов
Телескоп — это, по сути, инструмент, позволяющий наблюдать и изучать астрономические объекты на различных частотах электромагнитного спектра, от гамма-лучей до низкочастотных радиоволн (в том числе и видимой длины волны). По длине волны и частоте обнаруживаемого света телескопы можно разделить на различные типы. Но прежде чем углубиться в этот вопрос, давайте вкратце рассмотрим историю телескопов.
Самый ранний известный телескоп в истории появился еще в начале 1600 года в Нидерландах и предположительно был изобретен голландским производителем очков Иоанном Липперсгеем. Однако название «телескоп» не существовало до 1611 года и было придумано греческим математиком Иоаннис Димисианос.
К 1610 году итальянский эрудит Галилео Галилей уже разработал свою собственную улучшенную версию телескопа, с помощью которой он позже обнаружил четыре галилеевых спутника. Затем, примерно в конце 1660-х годов, Иссак Ньютон сконструировал первый в истории телескоп-рефлектор, который теперь известен как ньютоновский рефлектор.
В течение следующих трехсот лет или около того телескопы будут работать только на видимом спектре света, ограничивая, таким образом, объем доступной информации. Такие телескопы обычно называют оптическими. Только в середине 1900-х годов были разработаны телескопы, способные работать в различных длинах электромагнитных спектров волн.
Не все телескопы расположены на земной поверхности. Да, это так. Ряд усовершенствованных телескопов находятся на орбите вокруг Земли в космосе. Эти космические телескопы собирают свет с длинами волн, которые частично или полностью блокированы земной атмосферой.
Наземные телескопы
1. Оптические телескопы
Оптические телескопы собирают свет видимой длины волны (видимой невооруженным глазом) электромагнитного спектра. Это самые старые и наиболее часто используемые телескопы в мире. Пожалуй, самой важной особенностью оптического телескопа является его светосила, которая намного выше, чем у человеческого глаза.
Оптические телескопы можно разделить на три большие категории; рефракторные, рефлекторные и катадиоптрические оптические конструкции. Каждый из них имеет свои плюсы и минусы и имеет различное применение в астрономии.
Рефракционные телескопы
Рефракционные или диоптрические телескопы — это тип оптических телескопов, в которых для создания изображения используются линзы (вместо зеркал). Каждый рефрактор также имеет окуляр, который позволяет телескопу собирать больше света, чем невооруженный глаз человека.
По конструкции преломляющие телескопы можно разделить на четыре типа — Галилейский телескоп, Кеплеровский телескоп, Ахроматический и Апохроматический рефракторы.
Несмотря на то, что сегодня в мире существует всего несколько преломляющих телескопов исследовательского класса, когда-то они пользовались широкой популярностью. С развитием технологии изготовления линз в конце 19 века преломляющие телескопы стали золотым стандартом в астрономических наблюдениях.
Отражающий телескоп
Отражающий телескоп или отражатель формирует изображение с помощью одного зеркала или, в некоторых случаях, группы зеркал. Первый в мире функциональный телескоп-отражатель был разработан Исааком Ньютоном в 1668 году как альтернатива «некорректному» преломлению.
Несмотря на то, что они до сих пор не могут дать «идеальное» изображение, рефлекторы используются почти во всех других исследовательских телескопах из-за их физических достоинств.
Подобно рефракторам, отражающие телескопы можно разделить на три большие категории в зависимости от конструкции — это телескопы григорианского, ньютоновского и кассегреновского типов. Также есть несколько подтипов и специализированных расширений.
Катадиоптрические телескопы
Третий и менее известный тип оптических телескопов — это катадиоптрические телескопы. Они сочетают в себе элементы отражающих и преломляющих телескопов для создания гибридной оптической системы. Хотя такая оптическая система обычно используется в фарах транспортных средств, некоторые типы телескопов и астрономических камер также используют эту установку.
Катадиоптрические телескопы имеют несколько преимуществ перед телескопами других типов, в том числе лучшую коррекцию ошибок из-за более широкого поля зрения. Кроме того, они менее массивны и проще в изготовлении. Немногочисленные примеры катадиоптрических телескопов — телескоп Аргунова – Кассегрена, телескоп Максутова и камера Шмидта.
2. Радиотелескопы
Большая миллиметровая матрица Atacama
Радиотелескопы анализируют астрономические объекты на радиочастотах. Другими словами, они обнаруживают сигналы на длинах радиоволн от удаленных астрономических объектов. Пожалуй, наиболее важным компонентом радиотелескопа является его антенна (тарелка), также известная как параболическая антенна.
Поскольку радиосигналы, которые мы получаем от большинства астрономических тел, слабые, радиотелескопам требуются большие антенны, чтобы собрать достаточно данных, чтобы астрономы могли проводить свои исследования. В некоторых случаях несколько радиотелескопов связаны друг с другом электронным способом, что значительно увеличивает область их поиска (радиоинтерферометрия).
Поскольку большинство радиочастот способно проникать в атмосферу Земли, в космических радиотелескопах нет необходимости. Однако потенциально они могут помочь наземным.
Некоторые из диапазонов частот, которые в настоящее время используются радиотелескопами: Радиолиния нейтрального водорода, 23 ГГц, 33 ГГц, 41 ГГц, 61 ГГц, 94 ГГц, 1406 МГц и 430 МГц.
Коммерческое использование этих частот запрещено во многих странах для выполнения радиоастрономических задач.
Радиоинтерферометрия
В радиоинтерферометрии радиосигналы, захваченные несколькими антеннами на большой площади, объединяются вместе, чтобы максимизировать общее разрешение. Эта техника была представлена еще в 1946 году.
3. Солнечные телескопы
Солнечные телескопы, ранее известные как фотогелиографы, специально разработаны для наблюдения за солнцем в ближнем инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах волн. В отличие от большинства других типов, солнечные телескопы могут работать только в дневное время и обычно располагаются на вершине высокой белой конструкции.
Солнечный телескоп МакМата-Пирса, расположенный в Аризоне (США), является крупнейшим телескопом такого типа. Голландский открытый телескоп и солнечный телескоп Даниэля К. Иноуэ являются хорошими примерами солнечных телескопов.
Космические телескопы
Космический телескоп Хаббла | Изображение предоставлено НАСА.
Все началось еще в начале 1920-х годов, когда физики Герман Оберт, Константин Циолковский и Роберт Годдард, три отца-основателя астронавтики, размышляли над идеей космического телескопа, который можно было бы отправить на орбиту Земли с помощью ракеты. Это было началом эры нового класса телескопов.
Затем в 1946 году астрофизик-теоретик Лайман Спитцер из Принстонского университета рассказал о преимуществах такого прибора и о том, как космический телескоп может полностью исключить из телескопических наблюдений атмосферную турбулентность Земли.
Космический телескоп — это научный инструмент, который наблюдает за астрономическими объектами и выполняет другие исследования вне земной атмосферы.
В отличие от наземных телескопов, космические телескопы предлагают более точные наблюдения, поскольку они свободны от какой-либо атмосферной турбулентности и радиационных искажений. Ниже представлены различные типы космических телескопов.
4. Инфракрасные телескопы
Художественная концепция космического телескопа «Спитцер» | Изображение предоставлено НАСА
Инфракрасная астрономия является важной отраслью современной астрофизики. Поскольку большая часть инфракрасного излучения блокируется атмосферой Земли (относительно небольшая длина волны может пробиться сквозь нее), многие инфракрасные телескопы находятся в космосе.
Инфракрасные телескопы способны обнаруживать удаленные астрономические объекты в пыльных районах космоса. Они также играют важнейшую роль в изучении раннего состояния Вселенной. Однако, в отличие от большинства других длин волн, наблюдение на инфракрасной частоте несколько затруднено, поскольку каждое горячее тело испускает инфракрасное излучение.
Чтобы справиться с этой проблемой, инфракрасные телескопы оснащены специальными камерами, которые постоянно находятся при криогенных температурах (ниже -150 °C) и соединены с твердотельными детекторами.
Легендарный космический телескоп НАСА Спитцер — один из самых важных инфракрасных телескопов космического базирования на сегодняшний день.
5. Ультрафиолетовые телескопы
Атмосфера нашей Земли блокирует попадание на Землю большей части вредной радиации. Сюда входят ультрафиолетовые лучи. По этой причине излучение в ультрафиолетовом диапазоне можно наблюдать только из космоса.
Ультрафиолетовая астрономия позволяет исследователям более внимательно изучать далекие звезды и галактики. Большинство звезд излучают излучение в ближнем инфракрасном или видимом диапазоне длин волн, поэтому в ультрафиолетовом свете они кажутся незначительными. Видны будут только те звезды, которые находятся либо на ранней, либо на поздней стадии эволюции и намного горячее. Фактически, каждый горячий астрономический объект излучает ультрафиолетовое излучение.
Известные ультрафиолетовые космические телескопы
Первым космическим телескопом, способным наблюдать УФ-спектр, была камера/спектрограф в дальнем ультрафиолете, которая была развернута на поверхности Луны миссией Аполлон-16 в 1972 году.
Спектроскопический исследователь дальнего УФ-диапазона НАСА или FUSE и Swift Gamma-Ray Burst Emission являются двумя наиболее яркими примерами ультрафиолетовых телескопов.
Изображение Крабовидной туманности на нескольких длинах волн | Изображение предоставлено НАСА.
6. Рентгеновские телескопы
Рентгеновские телескопы предназначены для изучения очень далеких объектов в рентгеновских частотах. Подобно ультрафиолетовым волнам, частоты рентгеновского излучения блокируются земной атмосферой, поэтому их можно изучать только с помощью космических телескопов.
Основным компонентом рентгеновского телескопа являются зеркала (фокусирующие или коллимирующие), которые собирают излучение и проецируют его на специализированные детекторы. Рентгеновские телескопы с фокусирующими зеркалами нуждаются в длинном фокусе, т.е. зеркала должны располагаться на расстоянии нескольких метров от детекторов.
Известные космические рентгеновские телескопы
С 1960-х годов в космос было выведено почти пятьдесят рентгеновских телескопов. Первый известный рентгеновский спутник UHURU (Ухуру) провел обширные исследования Лебедь X-1 (источник рентгеновского излучения в созвездии Лебедя) и других известных рентгеновских источников. Рентгеновская обсерватория НАСА Чандра, запущенная в 1999 году, стала прорывом в области рентгеновской астрономии.
Чандра в 100 раз более чувствительна к слабым рентгеновским лучам, чем любой другой телескоп до ее запуска. Это стало возможным только благодаря более высокому угловому разрешению ее зеркал. Другими примечательными рентгеновскими обсерваториями являются NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) и японский спутник Hitomi.
7. Микроволновые телескопы
Подобно рентгеновским лучам и ультрафиолетовому излучению, атмосфера Земли поглощает большую часть излучения на длине микроволновой волны, поэтому астрономам приходится полагаться на космические микроволновые обсерватории и телескопы для изучения космических микроволн.
Космические микроволны или космическое фоновое излучение — древнейшее электромагнитное излучение во Вселенной; остатки Большого взрыва. Хотя космические микроволновые телескопы обычно используются для изучения космологии ранней Вселенной, они также могут наблюдать синхротронное излучение и другие явления.
Известные космические микроволновые телескопы
Телескопы, установленные на WMAP NASA (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) и спутнике Planck ЕКА, возможно, единственные два действующих в настоящее время микроволновых телескопа космического базирования. Единственным известным космическим микроволновым телескопом был космический исследователь Cosmic background Explorer или COBE, который отключился в 1993 году.
8. Гамма-телескопы.
Гамма-лучи — самая динамичная форма электромагнитного излучения. В то время как гамма-лучи низкой энергии (в диапазоне МэВ) производятся солнечными вспышками, гамма-лучи высокой энергии (ГэВ), с другой стороны, генерируются только в результате экстремальных событий за пределами нашей солнечной системы, таких как сверхсветовой взрыв звезды и т. д. поэтому гамма-лучи важны для различных внегалактических исследований.
Однако их гораздо труднее наблюдать, чем рентгеновские волны. Фактически, на сегодняшний день не существует специализированного гамма-телескопа. Вместо этого астрономы используют вторичные средства для обнаружения потока гамма-лучей в небе, то есть черенковское излучение.
Хотя земная атмосфера действует как барьер для гамма-лучей, во многих случаях их можно наблюдать из нескольких наземных обсерваторий, включая HESS, HAWC и VERITAS.
Известные гамма-телескопы
В настоящее время существует только пять действующих космических телескопов, которые наблюдают за частотой гамма-излучения. Орбитальная обсерватория НАСА Swift, запущенная в 2004 году, обнаруживает загадочные гамма-всплески со всей Вселенной. Еще одна обсерватория NASA, Ферми, специально разработана для наблюдения высокоэнергетических вспышек пульсаров и черных дыр.
В то время как большинство космических спутников наблюдают или слушают только определенную длину волны, существует несколько многоволновых телескопов, которые могут собирать информацию из более чем одного участка электромагнитного спектра одновременно. Космический телескоп Хаббла является прекрасным примером таких телескопов. Он может наблюдать в ближнем инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах.
Источник