Обсерватория: когда она появилась и как устроена?

Зеленчукская обсерватория

Астрономическая обсерватория – научно-исследовательское учреждение, в котором ведутся систематические наблюдения небесных светил и явлений.

Обычно обсерватория возводится на возвышенной местности, где открывается хороший кругозор. Обсерватория оснащена инструментами для наблюдений: оптическими и радиотелескопами, приборами для обработки результатов наблюдений: астрографами, спектрографами, астрофотометрами и другими приспособлениями для характеристики небесных тел.

Из истории обсерватории

Трудно даже назвать время появления первых обсерваторий. Конечно, это были примитивные сооружения, но все-таки в них велись наблюдения за небесными светилами. Самые древние обсерватории находятся в Ассирии, Вавилоне, Китае, Египте, Персии, Индии, Мексике, Перу и в других государствах. Древние жрецы по сути и были первыми астрономами, потому что они вели наблюдения за звездным небом.
Стоунхендж – обсерватория, созданная еще в каменном веке. Она находится недалеко от Лондона. Это сооружение было одновременно и храмом, и местом для астрономических наблюдений - истолкование Стоунхенджа как грандиозной обсерватории каменного века принадлежит Дж. Хокинсу и Дж. Уайту. Предположения о том, что это древнейшая обсерватория, основаны на том, что ее каменные плиты установлены в определенном порядке. Общеизвестно, что Стоунхендж был священным местом друидов – представителей жреческой касты у древних кельтов. Друиды очень хорошо разбирались в астрономии, например, в строении и движении звёзд, размерах Земли и планет, различных астрономических явлениях. О том, откуда у них появились эти знания, науке не известно. Считается, что они унаследовали их от истинных строителей Стоунхенджа и, благодаря этому, обладали большой властью и влиянием.

Стоунхендж

На территории Армении найдена еще одна древнейшая обсерватория, построенная около 5 тыс. лет назад.
В XV веке в Самарканде великий астроном Улугбек построил выдающуюся для своего времени обсерваторию, в которой главным инструментом был огромный квадрант для измерения угловых расстояний звезд и других светил (об этом читайте на нашем сайте: http://ency.info/index.php/earth/rabota-astrnom/10-etapi-astronimii/12-sredneverovaya-astronomiya).
Первой обсерваторией в современном смысле этого слова был знаменитый музей в Александрии, устроенный Птолемеем II Филадельфом. Аристилл, Тимохарис, Гиппарх, Аристарх, Эратосфен, Геминус, Птолемей и другие добились здесь небывалых результатов. Здесь впервые начали употреблять инструменты с разделёнными кругами. Аристарх установил медный круг в плоскости экватора и с его помощью наблюдал непосредственно времена прохождения Солнца через точки равноденствия. Гиппарх изобрёл астролябию (астрономический инструмент, основанный на принципе стереографической проекции) с двумя взаимно перпендикулярными кругами и диоптрами для наблюдений. Птолемей ввёл квадранты и устанавливал их при помощи отвеса. Переход от полных кругов к квадрантам был, в сущности, шагом назад, но авторитет Птолемея удержал квадранты на обсерваториях до времён Рёмера, который доказал, что полными кругами, наблюдения производятся точнее; однако, квадранты были совершенно оставлены только в начале XIX века.

Обсерватория Улугбека

Первые обсерватории современного типа стали строиться в Европе после того, как был изобретен телескоп – в XVII веке. Первая большая государственная обсерватория – парижская. Она была построена в 1667 г. Наряду с квадрантами и другими инструментами древней астрономии здесь уже использовались большие телескопы-рефракторы. В 1675 г. открылась Гринвичская королевская обсерватория в Англии, в предместье Лондона.
Всего в мире работает более 500 обсерваторий.

Российские обсерватории

Первой обсерваторией в России была частная обсерватория А.А. Любимова в Холмогорах Архангельской области, открытая в 1692 г. В 1701 г. по указу Петра I создана обсерватория при Навигацкой школе в Москве. В 1839 г. была основана Пулковская обсерватория под Петербургом, оборудованная самыми совершенными инструментами, которые давали возможность получать результаты высокой точности. За это Пулковскую обсерваторию назвали астрономической столицей мира. Сейчас в России более 20 астрономических обсерваторий, среди них ведущей является Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория Академии наук.

Обсерватории мира

Среди зарубежных обсерваторий наиболее крупными являются Гринвичская (Великобритания), Гарвардская и Маунт-Паломарская (США), Потсдамская (Германия), Краковская (Польша), Бюраканская (Армения), Венская (Австрия), Крымская (Украина) и др. Обсерватории различных стран обмениваются результатами наблюдений и исследований, часто работают по одинаковой программе для выработки наиболее точных данных.

Крымская обсерватория

Устройство обсерваторий

Для современных обсерваторий характерным видом является здание цилиндрической или многогранной формы. Это башни, в которых установлены телескопы. Современные обсерватории оснащены оптическими телескопами, расположенными в закрытых куполообразных зданиях, или радиотелескопами. Световое излучение, собираемое телескопами, регистрируется фотографическими или фотоэлектрическими методами и анализируется для получения информации о далеких астрономических объектах. Обсерватории обычно располагаются далеко от городов, в климатических зонах с малой облачностью и по возможности на высоких плато, где незначительна атмосферная турбулентность и можно изучать инфракрасное излучение, поглощаемое нижними слоями атмосферы.

Типы обсерваторий

Существуют специализированные обсерватории, которые работают по узкой научной программе: радиоастрономические, горные станции для наблюдений Солнца; некоторые обсерватории связаны с наблюдениями, проводимыми космонавтами с космических кораблей и орбитальных станций.
Большая часть инфракрасного и ультрафиолетового диапазона, а также рентгеновские и гамма-лучи космического происхождения недоступны для наблюдений с поверхности Земли. Чтобы изучать Вселенную в этих лучах, необходимо вынести наблюдательные приборы в космос. Ещё недавно внеатмосферная астрономия была недоступна. Теперь она превратилась в быстро развивающуюся отрасль науки. Результаты, полученные на космических телескопах, без малейшего преувеличения перевернули многие наши представления о Вселенной.
Современный космический телескоп - уникальный комплекс приборов, разрабатываемый и эксплуатируемый несколькими странами в течение многих лет. В наблюдениях на современных орбитальных обсерваториях принимают участие тысячи астрономов со всего мира.

На картинке изображен проект крупнейшего инфрактрасного оптического телескопа в Европейской южной обсерватории высотой 40 м.

Обсерватория: когда она появилась и как устроена?

Для успешной работы космической обсерватории требуются совместные усилия самых разных специалистов. Космические инженеры готовят телескоп к запуску, выводят его на орбиту, следят за обеспечением энергией всех приборов и их нормальным функционированием. Каждый объект может наблюдаться в течение нескольких часов, поэтому особенно важно удерживать ориентацию спутника, вращающегося вокруг Земли, в одном и том же направлении, чтобы ось телескопа оставалась нацеленной строго на объект.

Инфракрасные обсерватории

Для проведения инфракрасных наблюдений в космос приходится отправлять довольно большой груз: сам телескоп, устройства для обработки и передачи информации, охладитель, который должен уберечь ИК-приёмник от фонового излучения - инфракрасных квантов, испускаемых самим телескопом. Поэтому за всю историю космических полётов в космосе работало очень мало инфракрасных телескопов. Первая инфракрасная обсерватория была запущена в январе 1983 г. в рамках совместного американо-европейского проекта IRAS. В ноябре 1995 г. Европейским космическим агентством осуществлён запуск на околоземную орбиту инфракрасной обсерватории ISO. На ней стоит телескоп с таким же диаметром зеркала, как и на IRAS, но для регистрации излучения используются более чувствительные детекторы. Наблюдениям ISO доступен более широкий диапазон инфракрасного спектра. В настоящее время разрабатывается ещё несколько проектов космических инфракрасных телескопов, которые будут запущены в ближайшие годы.
Не обходятся без ИК-аппаратуры и межпланетные станции.

Ультрафиолетовые обсерватории

Ультрафиолетовое излучение Солнца и звёзд практически полностью поглощается озоновым слоем нашей атмосферы, поэтому УФ-кванты можно регистрировать только в верхних слоях атмосферы и за ее пределами.
Впервые ультрафиолетовый телескоп-рефлектор с диаметром зеркала (SO см и специальный ультрафиолетовый спектрометр выведены в космос на совместном американо-европейском спутнике «Коперник», запущенном в августе 1972 г. Наблюдения на нём проводились до 1981 г.
В настоящее время в России ведутся работы по подготовке запуска нового ультрафиолетового телескопа «Спектр-УФ» с диаметром зеркала 170 см. Крупный международный проект "Спектр-УФ" - "Всемирная космическая обсерватория" (ВКО-УФ) направлен на исследование Вселенной в недоступном для наблюдений с наземными инструментами ультрафиолетовом (УФ) участке электромагнитного спектра: 100-320 нм.
Проект возглавляется Россией, он включен в Федеральную космическую программу на 2006-2015 гг. В настоящее время в работе над проектом участвуют Россия, Испания, Германия и Украина. Казахстан и Индия также проявляют интерес к участию в проекте. Институт астрономии РАН - головная научная организация проекта. Головной организацией по ракетно-космическому комплексу является НПО им. С.А. Лавочкина.
В России создается основной инструмент обсерватории - космический телескоп с главным зеркалом диаметром 170 см. Телескоп будет оснащен спектрографами высокого и низкого разрешения, спектрографом с длинной щелью, а также камерами для построения высококачественных изображений в УФ и оптическом участках спектра.
По возможностям проект ВКО-УФ сравним с американским Космическим Телескопом Хаббла (КТХ) и даже превосходит его в спектроскопии.
ВКО-УФ откроет новые возможности для исследований планет, звездной, внегалактической астрофизики и космологии. Запуск обсерватории запланирован на 2016 год.

Рентгеновские обсерватории

Результаты получены в рентгеновской обсерватории

Рентгеновские лучи доносят до нас информацию о мощных космических процессах, связанных с экстремальными физическими условиями. Высокая энергия рентгеновских и гамма-квантов позволяет регистрировать их «поштучно», с точным указанием времени регистрации. Детекторы рентгеновского излучения относительно легки в изготовлении и имеют небольшой вес. Поэтому они использовались для наблюдений в верхних слоях атмосферы и за её пределами с помощью высотных ракет ещё до первых запусков искусственных спутников Земли. Рентгеновские телескопы устанавливались на многих орбитальных станциях и межпланетных космических кораблях. Всего в околоземном пространстве побывало около сотни таких телескопов.

Гамма-обсерватории

Гамма-излучение тесно соседствует с рентгеновским, поэтому для его регистрации используют похожие методы. Очень часто на телескопах, запускаемых на околоземные орбиты, исследуют одновременно и рентгеновские, и гамма-источники. Гамма-лучи доносят до нас информацию о процессах, происходящих внутри атомных ядер, и о превращениях элементарных частиц в космосе.
Первые наблюдения космических гамма-источников были засекречены. В конце 60-х - начале 70-х гг. США запустили четыре военных спутника серии «Вела». Аппаратура этих спутников разрабатывалась для обнаружения всплесков жёсткого рентгеновского и гамма-излучения, возникающих во время ядерных взрывов. Однако оказалось, что большинство из зарегистрированных всплесков не связаны с военными испытаниями, а их источники расположены не на Земле, а в космосе. Так было открыто одно из самых загадочных явлений во Вселенной - гамма-вспышки, представляющие собой однократные мощные вспышки жёсткого излучения. Хотя первые космические гамма-вспышки были зафиксированы ещё в 1969 г., информацию о них опубликовали только четыре года спустя.