Наблюдательная астрономия - Observational astronomy

Телескоп Mayall в Национальная обсерватория Китт-Пик
Сборка в Эстония наблюдать метеоры

Наблюдательная астрономия это подразделение астрономия это связано с записью данные о наблюдаемая вселенная, по сравнению с теоретическая астрономия, который в основном связан с расчетом измеримых последствий физические модели. Это практика и изучение наблюдение небесные объекты с использованием телескопы и другие астрономические инструменты.

Как наука, изучение астрономии несколько затруднено в этом прямом эксперименты со свойствами далеких вселенная невозможны. Однако это частично компенсируется тем фактом, что у астрономов есть огромное количество видимых примеров звездных явлений, которые можно исследовать. Это позволяет отображать данные наблюдений на графиках и фиксировать общие тенденции. Ближайшие примеры конкретных явлений, таких как переменные звезды, затем можно использовать для вывода о поведении более удаленных представителей. Затем эти дальние критерии можно использовать для измерения других явлений в этом районе, включая расстояние до объекта. галактика.

Галилео Галилей превратился телескоп в небеса и записал то, что видел. С тех пор наблюдательная астрономия неуклонно продвигалась вперед с каждым усовершенствованием технологии телескопов.

Подразделения

Традиционное разделение наблюдательной астрономии основано на области электромагнитный спектр наблюдаемый:

Методы

Помимо использования электромагнитного излучения, современные астрофизики могут также проводить наблюдения с помощью нейтрино, космические лучи или же гравитационные волны. Наблюдение за источником с использованием нескольких методов известно как многопользовательская астрономия.

Фотография в формате Ultra HD, сделанная на Обсерватория Ла Силья.[2]

Оптическую и радиоастрономию можно выполнять с помощью наземных обсерваторий, поскольку атмосфера относительно прозрачна на обнаруживаемых длинах волн. Обсерватории обычно расположены на больших высотах, чтобы свести к минимуму поглощение и искажения, вызванные атмосферой Земли. Некоторые длины волн инфракрасного света сильно поглощаются водяной пар, поэтому многие инфракрасные обсерватории расположены в сухих местах на большой высоте или в космосе.

Атмосфера непрозрачна для длин волн, используемых в рентгеновской астрономии, гамма-астрономии, УФ-астрономии и (за исключением нескольких длин волн "окон") дальняя инфракрасная астрономия, поэтому наблюдения должны проводиться в основном с шарики или космические обсерватории. Однако мощные гамма-лучи могут быть обнаружены большим воздушные души они производят, и изучение космических лучей является быстро развивающейся отраслью астрономии.

Важные факторы

На протяжении большей части истории наблюдательной астрономии почти все наблюдения проводились в видимом спектре с оптические телескопы. Хотя атмосфера Земли относительно прозрачна в этой части электромагнитный спектр, большая часть работы телескопа все еще зависит от видя условий и прозрачности воздуха, и обычно ограничивается ночным временем. Условия изображения зависят от турбулентности и тепловых изменений в воздухе. Места, которые часто являются облачными или страдают от атмосферной турбулентности, ограничивают разрешающую способность наблюдений. Точно так же наличие полного Луна может осветлить небо рассеянным светом, затрудняя наблюдение за слабыми объектами.

Закат над обсерваториями Мауна-Кеа.

Несомненно, оптимальным местом для размещения оптического телескопа для наблюдений является космическое пространство. Там телескоп может проводить наблюдения, не подвергаясь воздействию атмосфера. Однако в настоящее время подъем телескопов в орбита. Таким образом, следующие лучшие места - это определенные горные вершины с большим количеством безоблачных дней и, как правило, с хорошими атмосферными условиями (с хорошими условиями). видя условия). Вершины островов Мауна-Кеа, Гавайи и Ла Пальма обладают этими свойствами, как и в меньшей степени внутренние участки, такие как Llano de Chajnantor, Паранал, Серро Тололо и Ла Силья в Чили. Эти места для обсерваторий привлекли множество мощных телескопов, на которые было вложено много миллиардов долларов США.

Темнота ночного неба - важный фактор в оптической астрономии. С увеличением размеров городов и населенных пунктов, количество искусственного света в ночное время также увеличилось. Эти искусственные источники света создают рассеянное фоновое освещение, что затрудняет наблюдение слабых астрономических объектов без специальных фильтров. В некоторых местах, например, в штате Аризона и в объединенное Королевство, это привело к кампаниям по сокращению световое загрязнение. Использование вытяжек вокруг уличных фонарей не только улучшает количество света, направляемого на землю, но также помогает уменьшить свет, направленный в небо.

Атмосферные эффекты (астрономическое видение ) может серьезно затруднить разрешающая способность телескопа. Без каких-либо средств коррекции эффекта размытия движущейся атмосферы телескопы размером более 15–20 см в отверстие не могут достичь своего теоретического разрешения в видимом диапазоне длин волн. В результате основным преимуществом использования очень больших телескопов стала улучшенная светосила, позволяющая наблюдать очень слабые звездные величины. Однако препятствие на разрешающую способность стало преодолеваться адаптивная оптика, спекл-визуализация и интерферометрическая визуализация, а также использование космические телескопы.

Результаты измерений

У астрономов есть ряд инструментов для наблюдений, которые они могут использовать для измерения неба. Для объектов, которые относительно близки к Солнцу и Земле, прямые и очень точные позиционные измерения можно сделать на более удаленном (и, следовательно, почти стационарном) фоне. Ранние наблюдения такого рода использовались для разработки очень точных орбитальных моделей различных планет, а также для определения их соответствующих масс и гравитационного поля. возмущения. Такие измерения привели к открытию планет Уран, Нептун, и (косвенно) Плутон. Они также привели к ошибочному предположению о вымышленной планете. Вулкан в пределах орбиты Меркурий (но объяснение прецессия орбиты Меркурия на Эйнштейн считается одним из триумфов его общая теория относительности теория).

Развитие и разнообразие

АЛМА это самый мощный телескоп в мире для изучения Вселенной на субмиллиметровых и миллиметровых волнах.[3]

Помимо исследования Вселенной в оптическом спектре, астрономы все чаще могут получать информацию и в других частях электромагнитного спектра. Самые ранние такие неоптические измерения были выполнены из тепловых свойств солнце. Инструменты, используемые во время солнечного затмения, могут быть использованы для измерения излучения от корона.

Полностью управляемый радиотелескоп в Грин-Бэнк, Западная Вирджиния.

Радиоастрономия

С открытием радио волны радиоастрономия начали появляться как новая дисциплина в астрономии. Длинноволновые радиоволны требовали гораздо больших собирающих тарелок для получения изображений с хорошим разрешением, что позже привело к разработке мульти-тарелок. интерферометр для создания высокого разрешения синтез апертуры радиоизображения (или «радиокарты»). Развитие СВЧ рогового приемника привело к открытию микроволновое фоновое излучение связанный с Большой взрыв.[4]

Радиоастрономия продолжает расширять свои возможности, даже используя радиоастрономические спутники производить интерферометры с базой, намного превышающей размер Земли. Однако постоянно расширяющееся использование радиоспектра для других целей постепенно заглушает слабые радиосигналы от звезд. По этой причине в будущем радиоастрономия может выполняться из экранированных мест, таких как дальняя сторона из Луна.

События конца 20-го века

Последняя половина двадцатого века ознаменовалась быстрым технологическим прогрессом в области астрономических приборов. Оптические телескопы становились все больше и адаптивная оптика чтобы частично нейтрализовать атмосферное размытие. В космос были запущены новые телескопы, и они начали наблюдать за Вселенной в инфракрасный, ультрафиолетовый, рентгеновский снимок, и гамма-луч части электромагнитного спектра, а также наблюдающие космические лучи. Матрицы интерферометров дали первые изображения чрезвычайно высокого разрешения с использованием синтез апертуры в радио-, инфракрасном и оптическом диапазонах волн. Орбитальные инструменты, такие как Космический телескоп Хаббла произвела быстрое развитие астрономических знаний, выступая в качестве рабочей лошадки для наблюдений за слабыми объектами в видимом свете. Ожидается, что разрабатываемые новые космические инструменты будут напрямую наблюдать за планетами вокруг других звезд, возможно, даже за некоторыми земными мирами.

Помимо телескопов, астрономы начали использовать для наблюдений другие инструменты.

Прочие инструменты

Нейтринная астрономия это раздел астрономии, который наблюдает за астрономическими объектами с помощью детекторы нейтрино в специальных обсерваториях, обычно огромных подземных резервуарах. Ядерные реакции в звездах и сверхновая звезда взрывы производят очень большое количество нейтрино, очень немногие из которых могут быть обнаружены нейтринный телескоп. Нейтринная астрономия мотивируется возможностью наблюдать процессы, недоступные для оптические телескопы, такой как Ядро Солнца.

Гравитационная волна разрабатываются детекторы, которые могут фиксировать такие события, как столкновения массивных объектов, таких как нейтронные звезды или же черные дыры.[5]

Роботизированный космический корабль также все чаще используются для очень подробных наблюдений за планеты в пределах Солнечная система, так что поле планетология теперь имеет значительное пересечение с дисциплинами геология и метеорология.

Инструменты наблюдения

Обсерватория Скалнате Плесо, Словакия.
Одна из старейших обсерваторий в Южная Америка это Кито астрономическая обсерватория, основан в 1873 году и расположен в 12 минутах к югу от г. Экватор в Кито, Эквадор. Астрономическая обсерватория Кито является Национальной обсерваторией Эквадора и расположена в историческом центре Кито и находится под управлением Национальная политехническая школа.[6]

Телескопы

Установка для любительской астрофотографии с автоматизированной системой гидов, подключенной к ноутбуку.

Ключевым инструментом почти всей современной наблюдательной астрономии является телескоп. Это служит двойной цели: собирать больше света, чтобы можно было наблюдать очень слабые объекты, и увеличивать изображение, чтобы можно было наблюдать маленькие и далекие объекты. Оптическая астрономия требует телескопов, в которых используются высокоточные оптические компоненты. Типичные требования к шлифованию и полировке изогнутого зеркала, например, требуют, чтобы поверхность находилась в пределах доли длины волны света определенного конический форма. Многие современные «телескопы» на самом деле состоят из массивов телескопов, работающих вместе, чтобы обеспечить более высокое разрешение за счет синтез апертуры.

Большие телескопы размещены в куполах, как для защиты от непогоды, так и для стабилизации условий окружающей среды. Например, если температура отличается от одной стороны телескопа к другой, форма конструкции изменяется из-за тепловое расширение выталкивание оптических элементов из положения. Это может повлиять на изображение. По этой причине купола обычно ярко-белые (оксид титана ) или неокрашенный металл. Купола часто открываются на закате, задолго до начала наблюдений, чтобы воздух мог циркулировать и довести весь телескоп до той же температуры, что и окружающая среда. Чтобы предотвратить удары ветра или другие вибрации, влияющие на наблюдения, стандартной практикой является установка телескопа на бетонной опоре, фундамент которой полностью отделен от фундамента окружающего купола и здания.

Для выполнения практически любой научной работы требуется, чтобы телескопы отслеживали объекты, движущиеся по видимому небу. Другими словами, они должны плавно компенсировать вращение Земли. До появления компьютер управляемые приводные механизмы, стандартным решением было некое подобие экваториальная гора, а для небольших телескопов это все еще норма. Однако это конструктивно плохая конструкция, и она становится все более громоздкой по мере увеличения диаметра и веса телескопа. Самый большой в мире телескоп с экваториальной установкой - 200 дюймов (5,1 м). Телескоп Хейла, в то время как последние 8–10-метровые телескопы используют более конструктивно альтазимутальное крепление, и фактически физически меньше чем у Хейла, несмотря на большие зеркала. По состоянию на 2006 г. ведутся работы по проектированию гигантских телескопов alt-az: Тридцатиметрового телескопа. [1], и диаметром 100 м Чрезвычайно большой телескоп.[7]

Астрономы-любители используют такие инструменты, как Ньютоновский отражатель, то Рефрактор и все более популярными Максутовский телескоп.

Фотография

В фотография играет важную роль в наблюдательной астрономии более века, но за последние 30 лет он был в значительной степени заменен для приложений получения изображений цифровыми датчиками, такими как ПЗС-матрицы и CMOS чипсы. В специализированных областях астрономии, таких как фотометрия и интерферометрия, электронные детекторы используются в течение гораздо более длительного периода времени. Астрофотография использует специализированные фотопленка (или обычно стеклянная пластина, покрытая фотографическим эмульсия ), но есть ряд недостатков, в частности низкий квантовая эффективность, порядка 3%, тогда как ПЗС-матрицы можно настроить на QE> 90% в узкой полосе. Почти все современные телескопы представляют собой электронные массивы, а старые телескопы были либо дооснащены этими инструментами, либо закрыты. Стеклянные пластины все еще используются в некоторых приложениях, таких как геодезия,[нужна цитата ] потому что разрешение, возможное с химической пленкой, намного выше, чем у любого электронного детектора, созданного до сих пор.

Преимущества

До изобретения фотографии вся астрономия выполнялась невооруженным глазом. Однако даже до того, как фильмы стали достаточно чувствительными, научная астрономия полностью перешла на кино из-за огромных преимуществ:

  • Человеческий глаз отбрасывает то, что он видит, от доли секунды до доли секунды, но фотопленка собирает все больше и больше света, пока открыт затвор.
  • Полученное изображение является постоянным, поэтому многие астрономы могут использовать одни и те же данные.
  • Можно увидеть объекты, как они меняются со временем (SN 1987A яркий пример).

Мигающий компаратор

В мигающий компаратор это инструмент, который используется для сравнения двух почти идентичных фотографий, сделанных на одном участке неба в разные моменты времени. Компаратор попеременно подсвечивает две пластины, и любые изменения обнаруживаются мигающими точками или полосами. Этот инструмент использовался для поиска астероиды, кометы, и переменные звезды.

50 см преломляющий телескоп на Обсерватория Ниццы.

Микрометр

Положение или поперечная проволока микрометр это инструмент, который использовался для измерения двойные звезды. Он состоит из пары тонких подвижных линий, которые можно перемещать вместе или врозь. Линза телескопа выровнена на паре и ориентирована с помощью позиционных проводов, лежащих под прямым углом к ​​разделению звезд. Затем подвижные тросы регулируются в соответствии с двумя положениями звезды. Затем прибор считывает расстояние между звездами и определяет их истинное расстояние на основании увеличения прибора.

Спектрограф

Жизненно важным инструментом наблюдательной астрономии является спектрограф. Поглощение определенных длин волн света элементами позволяет наблюдать определенные свойства далеких тел. Эта возможность привела к открытию элемента гелий в Солнце спектр излучения, и позволил астрономам получить большой объем информации о далеких звездах, галактиках и других небесных телах. Доплеровский сдвиг (особенно "красное смещение ") спектров также можно использовать для определения радиального движения или расстояния относительно земной шар.

В ранних спектрографах использовались банки призмы которые разделяют свет на широкий спектр. Позже решетчатый спектрограф была разработана, что уменьшило количество потерь света по сравнению с призмами и обеспечило более высокое спектральное разрешение. Спектр можно сфотографировать с длинной выдержкой, что позволяет измерить спектр слабых объектов (например, далеких галактик).

Звездная фотометрия вошла в употребление в 1861 году как средство измерения звездные цвета. Этот метод измерял величину звезды в определенных диапазонах частот, позволяя определить общий цвет и, следовательно, температура звезды. К 1951 году международно стандартизированная система UBV-величины (Ultraviolet-BлюэVisual) был принят.

Фотоэлектрическая фотометрия

Фотоэлектрический фотометрия с использованием CCD сейчас часто используется для наблюдений в телескоп. Эти чувствительные инструменты могут записывать изображение почти до уровня отдельного человека. фотоны, и может быть разработан для просмотра в невидимых для глаза частях спектра. Возможность записывать приход небольшого количества фотонов в течение определенного периода времени может позволить компьютерную коррекцию атмосферных эффектов, повышая резкость изображения. Несколько цифровых изображений также могут быть объединены для дальнейшего улучшения изображения. В сочетании с адаптивная оптика технологии, качество изображения может приблизиться к теоретической разрешающей способности телескопа.

Фильтры используются для просмотра объекта на определенных частотах или диапазонах частот. Многослойная пленка фильтры могут обеспечить очень точное управление частотами, передаваемыми и блокируемыми, так что, например, объекты можно просматривать на определенной частоте, излучаемой только возбужденными водород атомы. Фильтры также можно использовать для частичной компенсации воздействия световое загрязнение блокируя нежелательный свет. Поляризационные фильтры также может использоваться для определения того, излучает ли источник поляризованный свет и ориентации поляризации.

Наблюдая

Основная площадка на Ла Силья здесь размещен огромный выбор телескопов, с помощью которых астрономы могут исследовать Вселенную.[8]

Астрономы наблюдают широкий спектр астрономических источников, включая галактики с большим красным смещением, AGN, то послесвечение от Большого взрыва и много разных типов звезд и протозвезд.

Для каждого объекта можно наблюдать самые разные данные. Позиция координаты найдите объект на небе, используя технику сферическая астрономия, а величина определяет его яркость, как видно из земной шар. Относительная яркость в разных частях спектра дает информацию о температура и физика объекта. Фотографии спектров позволяют исследовать химический состав объекта.

Параллакс смещение звезды на фоне может использоваться для определения расстояния до предела, налагаемого разрешающей способностью прибора. В радиальная скорость звезды и меняет свое положение с течением времени (собственное движение ) можно использовать для измерения его скорости относительно Солнца. Вариации яркости звезды свидетельствуют о нестабильности атмосферы звезды или о наличии скрытого спутника. Орбиты двойных звезд можно использовать для измерения относительных масс каждого спутника или общей массы системы. Спектроскопические двойные системы можно найти, наблюдая доплеровские сдвиги в спектре звезды и ее ближайшего спутника.

Звезды одинаковых масс, образовавшиеся в одно и то же время и в одинаковых условиях, обычно имеют почти идентичные наблюдаемые свойства. Наблюдение за массой тесно связанных звезд, например, в шаровое скопление, позволяет собирать данные о распределении звездных типов. Эти таблицы затем можно использовать для определения возраста ассоциации.

Для далеких галактики и AGN наблюдаются общая форма и свойства галактики, а также группировки где они находятся. Наблюдения за некоторыми видами переменные звезды и сверхновые известных яркость, называется стандартные свечи, в других галактиках позволяет сделать вывод о расстоянии до родительской галактики. Расширение пространства вызывает смещение спектров этих галактик в зависимости от расстояния и изменение их Эффект Допплера лучевой скорости галактики. И размер галактики, и ее красное смещение можно использовать, чтобы сделать выводы о расстоянии до галактики. Наблюдения за большим количеством галактик называются обзоры красного смещения, и используются для моделирования эволюции форм галактик.

Смотрите также

Связанные списки

Рекомендации

  1. ^ Schindler, K .; Wolf, J .; Bardecker, J .; Olsen, A .; Мюллер, Т .; Поцелуй, C .; Ортис, Дж. Л .; Брага-Рибас, Ф .; Камарго, Дж. И. Б .; Вестник, Д .; Краббе, А. (2017). «Результаты треххордного звездного затенения и фотометрии в дальнем инфракрасном диапазоне транснептунового объекта (229762) 2007 UK126». Астрономия и астрофизика. 600: A12. arXiv:1611.02798. Bibcode:2017A&A ... 600A..12S. Дои:10.1051/0004-6361/201628620.
  2. ^ "Ла Силья позы для съемки в Ultra HD". Изображение недели ESO. Получено 16 апреля 2014.
  3. ^ "Под чарами Магеллановых облаков". Изображение недели ESO. Получено 17 апреля 2013.
  4. ^ Dicke, R.H .; Пиблз, П. Дж. Э .; Roll, P. G .; Уилкинсон, Д. Т. (июль 1965 г.). «Космическое излучение черного тела». Астрофизический журнал. 142: 414–419. Bibcode:1965ApJ ... 142..414D. Дои:10.1086/148306. ISSN  0004-637X.
  5. ^ «Планирование светлого завтрашнего дня: перспективы гравитационно-волновой астрономии с Advanced LIGO и Advanced Virgo». LIGO Scientific Collaboration. Получено 31 декабря 2015.
  6. ^ В Кито астрономическая обсерватория управляется Национальная политехническая школа, EPN, официальный сайт.
  7. ^ Концепция оптического телескопа ESO 100-m OWL
  8. ^ «Марсианский пейзаж Ла Силья». Получено 16 ноября 2015.

внешняя ссылка

СМИ, связанные с Наблюдательная астрономия в Wikimedia Commons