Наблюдательная астрономия

редактировать
Телескоп Mayall в Национальная обсерватория Китт-Пик Собрание в Эстонии к наблюдение метеоров

Наблюдательная астрономия - это раздел астрономии, который занимается записью данных о наблюдаемой вселенной, в отличие от теоретическая астрономия, которая в основном занимается расчетом измеримых значений физических моделей. Это практика и изучение наблюдений небесных объектов с использованием телескопов и других астрономических инструментов.

Как наука, изучение астрономии несколько затруднено, поскольку прямые эксперименты со свойствами далекой вселенной 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, такие как переменные звезды, затем могут быть использованы для вывода о поведении более далеких представителей. Эти далекие критерии затем можно использовать для измерения других явлений в этом районе, включая расстояние до галактики.

Галилео Галилей повернул телескоп к небу и записал то, что он увидел. С тех пор наблюдательная астрономия неуклонно продвигалась вперед с каждым усовершенствованием технологии телескопов.

Содержание

  • 1 Подразделы
    • 1.1 Методы
    • 1.2 Важные факторы
    • 1.3 Результаты измерений
  • 2 Развитие и разнообразие
    • 2.1 Радиоастрономия
    • 2.2 События конца 20-го века
    • 2.3 Другие инструменты
  • 3 Инструменты для наблюдения
    • 3.1 Телескопы
    • 3.2 Фотография
      • 3.2.1 Преимущества
      • 3.2.2 Мигающий компаратор
    • 3.3 Микрометр
    • 3.4 Спектрограф
    • 3.5 Фотоэлектрический фотометрия
  • 4 Наблюдения
  • 5 См. также
  • 6 Связанные списки
  • 7 Ссылки
  • 8 Внешние ссылки

Подразделения

Традиционное разделение наблюдательной астрономии основано на регионе наблюдаемого электромагнитного спектра :

Методы

В дополнение к использованию электромагнитного излучения современные астрофизики также могут проводить наблюдения с использованием нейтрино, космические лучи или гравитационные волны. Наблюдение за источником с использованием нескольких методов известно как астрономия с несколькими мессенджерами.

Фотография в формате Ultra HD, сделанная в обсерватории Ла Силья.

Оптическая и радиоастрономия может выполняться с помощью наземных обсерваторий, поскольку атмосфера относительно прозрачны 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 водяным паром, 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 "окон" длин волн) в астрономии дальнего инфракрасного диапазона, поэтому наблюдения должны выполняться преимущественно с аэростатов или космических обсерваторий. Однако мощные гамма-лучи могут быть обнаружены с помощью больших атмосферных ливней, которые они производят, и изучение космических лучей является быстро развивающейся отраслью астрономии.

Важные факторы

На протяжении большей части истории наблюдательной астрономии почти все наблюдения выполнялись в видимом спектре с помощью оптических телескопов. Хотя атмосфера Земли относительно прозрачна в этой части электромагнитного спектра, большая часть работы телескопа все еще зависит от условий наблюдения 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 присутствие полной Луны может осветлить небо рассеянным светом, затрудняя наблюдение за слабыми объектами.

Закат над обсерваториями Мауна-Кеа.

Для наблюдений оптимальным местом для оптического телескопа, несомненно, является космическое пространство. Там телескоп может проводить наблюдения, не подвергаясь воздействию атмосферы. Однако в настоящее время выведение телескопов на орбиту остается дорогостоящим. Таким образом, следующим лучшим местоположением являются определенные горные вершины с большим количеством безоблачных дней и, как правило, с хорошими атмосферными условиями (с хорошими условиями видимости ). Этими свойствами обладают пики островов Мауна-Кеа, Гавайи и Ла-Пальма, как и в меньшей степени внутренние участки, такие как Льяно-де-Чайнантор, 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 нескольких местах, таких как штат Аризона и Соединенное Королевство, это привело к кампаниям по сокращению светового загрязнения. Использование вытяжек вокруг уличных фонарей не только увеличивает количество света, направляемого на землю, но также помогает уменьшить свет, направленный в небо.

Атмосферные эффекты (астрономическое видение ) могут серьезно ухудшить разрешение телескопа. Без каких-либо средств коррекции эффекта размытия в изменяющейся атмосфере телескопы размером более 15–20 см с апертурой 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 недостаток разрешения начал преодолеваться с помощью адаптивной оптики, построения спекл-изображений и интерферометрических изображений, а также использования космических телескопов.

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 измерения положения могут быть выполнены 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 гравитационных возмущений. Такие измерения привели к открытию планет Уран, Нептун и (косвенно) Плутон. Они также привели к ошибочному предположению о вымышленной планете Вулкан в пределах орбиты Меркурия (но объяснение прецессии орбиты Меркурия Эйнштейном считается одним из триумфов его общей теории относительности ).

Развитие и разнообразие

ALMA - самый мощный телескоп в мире для изучения Вселенной на субмиллиметровых и миллиметровых длинах волн.

Помимо исследования Вселенной в оптическом спектре, астрономы все чаще занимаются изучением Вселенной. смог получить информацию в других частях электромагнитного спектра. Самые ранние такие неоптические измерения были выполнены из тепловых свойств Солнца. Инструменты, использованные во время солнечного затмения, могут быть использованы для измерения излучения короны.

полностью управляемого радиотелескопа в Грин-Бэнк, Западная Вирджиния.

Радиоастрономия

С открытием радиоволн радиоастрономия начала становиться новой дисциплиной в астрономии. Длинные волны радиоволн требовали гораздо больших собирающих тарелок, чтобы получать изображения с хорошим разрешением, и позже привели к разработке многоточечного интерферометра для синтеза апертуры с высоким разрешением Радиоизображения (или "радиокарты"). Развитие СВЧ роговой приемника привело к открытию микроволнового фонового излучения связано с Big Bang.

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

Разработки конца 20-го века

Последняя часть двадцатого века ознаменовался быстрым технологическим прогрессом в области астрономических приборов. Оптические телескопы становились все больше и больше, и в них использовалась адаптивная оптика, чтобы частично устранить атмосферное размытие. Новые телескопы были запущены в космос и начали наблюдать Вселенную в инфракрасном, ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-луче частях. электромагнитного спектра, а также наблюдение космических лучей. Матрицы интерферометров дали первые изображения с чрезвычайно высоким разрешением с использованием синтеза апертуры в радио, инфракрасном и оптическом диапазонах волн. Орбитальные инструменты, такие как космический телескоп Хаббла, быстро продвинули астрономические знания, выступая в качестве рабочей лошадки для наблюдений слабых объектов 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 другие инструменты для проведения наблюдений.

Другие инструменты

Нейтринная астрономия - это раздел астрономии, который наблюдает за астрономическими объектами с помощью нейтринных детекторов в специальных обсерваториях, обычно в огромных подземных резервуарах. Ядерные реакции в звездах и взрывы сверхновых производят очень большое количество нейтрино, очень немногие из которых могут быть обнаружены нейтринным телескопом. Нейтринная астрономия мотивируется возможностью наблюдения процессов, недоступных для оптических телескопов, таких как ядро ​​Солнца.

детекторы гравитационных волн, которые могут регистрировать такие события, как столкновения массивных объектов, таких как нейтронные звезды или черные дыры.

Роботизированные космические аппараты, также все чаще используются для проведения высокодетальных наблюдений за планетами в пределах Солнечной системы, так что область планетологии теперь значительно перекрещивается с дисциплинами геология и метеорология.

Инструменты для наблюдений

Обсерватория Скалнате Плесо, Словакия. Одна из старейших обсерваторий в Южной Америке - Астрономическая обсерватория Кито, основанная в 1873 году и расположенная 12 минут к югу от экватора в Кито, Эквадор. Астрономическая обсерватория Кито - Национальная обсерватория Эквадора, расположена в историческом центре Кито и управляется Национальной политехнической школой.

Телескопы

Любительская астрофотографическая установка с автоматизированной системой гида, подключенной к ноутбуку.

Ключевым инструментом почти всей современной наблюдательной астрономии является телескоп. Это служит двойной цели: собрать больше света, чтобы можно было наблюдать очень слабые объекты, и увеличить изображение, чтобы можно было наблюдать мелкие 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 конкретной конической формы. Многие современные «телескопы» на самом деле состоят из массивов телескопов, работающих вместе, чтобы обеспечить более высокое разрешение за счет синтеза апертуры.

Большие телескопы размещены в куполах, как для защиты от погодных условий, так и для стабилизации условий окружающей среды. Например, если температура отличается от одной стороны телескопа к другой, форма структуры изменяется из-за теплового расширения, выталкивающего оптические элементы из положения. Это может повлиять на изображение. По этой причине купола обычно бывают ярко-белыми (диоксид титана ) или неокрашенным металлом. 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 почти любой научной работы требуется, чтобы телескопы отслеживали объекты, когда они движутся по видимому небу. Другими словами, они должны плавно компенсировать вращение Земли. До появления приводных механизмов, управляемых компьютером, стандартным решением была некоторая форма экваториальной монтировки, и для небольших телескопов это все еще является нормой. 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 - это 200-дюймовый (5,1 м) телескоп Хейла, в то время как последние 8–10-метровые телескопы используют более конструктивную альтазимутальную монтировку и фактически физически меньше, чем Хейл, несмотря на большие зеркала. По состоянию на 2006 г. ведутся работы по созданию гигантских телескопов alt-az: Тридцатиметрового телескопа [1] и 100-метрового телескопа Чрезвычайно большого телескопа.

Астрономы-любители используют такие инструменты, как ньютоновский отражатель, Refractor и набирающий популярность телескоп Максутова.

Фотография

Фотография фотография сыграла решающую 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 и КМОП чипы. В специализированных областях астрономии, таких как фотометрия и интерферометрия, электронные детекторы используются в течение гораздо более длительного периода времени. В астрофотографии используется специализированная фотопленка (или обычно стеклянная пластина, покрытая фотографической эмульсией ), но есть ряд недостатков, в частности низкий квант КПД порядка 3%, в то время как ПЗС-матрицы могут быть настроены 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, 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 пленка стала достаточно чувствительной, научная астрономия полностью перешла на пленку 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 для до тех пор, пока открыт затвор.
  • Полученное изображение остается постоянным, поэтому многие астрономы могут использовать одни и те же данные.
  • Можно видеть объекты, которые меняются с течением времени (SN 1987A является ярким примером).

Мигающий компаратор

Мигающий компаратор - это прибор, 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 обнаружения астероидов, комет и переменных звезд.

с помощью рефракторного телескопа 50 см в Обсерватории Ниццы.

Микрометр

Позиционный или перекрестный микрометр - это прибор, который использовался для измерения двойных звезд. Он состоит из пары тонких подвижных линий, которые можно перемещать вместе или врозь. Линза телескопа выстраивается на паре и ориентируется 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, основываясь на увеличении прибора.

Спектрограф

Жизненно важный инструмент наблюдательной астрономии - спектрограф. Поглощение определенных длин волн света элементами позволяет наблюдать определенные свойства далеких тел. Эта возможность привела к открытию элемента гелия в спектре излучения Солнца и позволила астрономам получить большой объем информации о далеких звездах, галактиках и других небесных объектах. тела. Доплеровский сдвиг (в частности, «красное смещение ») спектров также можно использовать для определения радиального движения или расстояния относительно Земли.

Ранние спектрографы использовали группы призм, которые разделяют свет на широкий спектр. Позже был разработан решетчатый спектрограф , который уменьшил потери света по сравнению с призмами и обеспечил более высокое спектральное разрешение. Спектр можно сфотографировать с длинной выдержкой, что позволяет измерить спектр слабых объектов (например, далеких галактик).

Звездная фотометрия стала использоваться в 1861 году как средство измерения звездных цветов. Этот метод позволил измерить величину звезды в определенных частотных диапазонах, что позволило определить общий цвет и, следовательно, температуру звезды. К 1951 году была принята международно стандартизированная система звездных величин UBV- (ультрафиолетовый-синий-визуальный).

Фотоэлектрическая фотометрия

Фотоэлектрическая фотометрия с использованием ПЗС теперь часто используется для наблюдений через телескоп. Эти чувствительные инструменты могут записывать изображение почти до уровня отдельных фотонов и могут быть разработаны для просмотра в частях спектра, невидимых для глаза. Возможность записывать приход небольшого количества фотонов в течение определенного периода времени может обеспечить определенную компьютерную коррекцию атмосферных эффектов, повышая резкость изображения. Несколько цифровых изображений также могут быть объединены для дальнейшего улучшения изображения. В сочетании с технологией адаптивной оптики качество изображения может приблизиться к теоретической разрешающей способности телескопа.

Фильтры используются для просмотра объекта на определенных частотах или диапазонах частот. Многослойные пленочные фильтры могут обеспечивать очень точное управление частотами, передаваемыми и блокируемыми, так что, например, объекты можно рассматривать на определенной частоте, излучаемой только возбужденными атомами водорода. Фильтры также могут использоваться для частичной компенсации эффектов светового загрязнения, блокируя нежелательный свет. Поляризационные фильтры также могут использоваться для определения того, излучает ли источник поляризованный свет, и определения ориентации поляризации.

Наблюдения

На главной платформе в Ла-Силла размещен огромный набор телескопов, с помощью которых астрономы могут исследовать Вселенную.

Астрономы наблюдают широкий спектр астрономических источников, включая высокие галактики с красным смещением, AGN, послесвечение от Большого взрыва и множество различных типов звезд и протозвезд.

Для каждого объекта можно наблюдать различные данные. Координаты позиции позволяют определить местонахождение объекта на небе с использованием методов сферической астрономии, а величина звездной величины определяет его яркость, если смотреть с Земли <294.>. Относительная яркость в разных частях спектра дает информацию о температуре и физике объекта. Фотографии спектров позволяют исследовать химический состав объекта.

Параллакс смещение звезды на фоне может использоваться для определения расстояния до предела, налагаемого разрешающей способностью прибора. лучевая скорость звезды и изменения ее положения во времени (собственное движение ) можно использовать для измерения ее 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 обнаружить, наблюдая доплеровские сдвиги в спектре звезды и ее ближайшего компаньона.

Звезды одинаковой массы, образовавшиеся в одно и то же время и в аналогичных условиях, обычно имеют почти идентичные наблюдаемые свойства. Наблюдение за массой близко связанных звезд, например в шаровом скоплении , позволяет собирать данные о распределении звездных типов. Эти таблицы затем можно использовать для определения возраста ассоциации.

Для далеких галактик и AGN наблюдаются общая форма и свойства галактики, а также группировки, где они находятся найденный. Наблюдения некоторых типов переменных звезд и сверхновых известной светимости, называемых стандартными свечами, в других галактиках, позволяют сделать вывод о расстоянии в родительскую галактику. Расширение пространства приводит к смещению спектров этих галактик в зависимости от расстояния и модификации за счет эффекта Доплера лучевой скорости галактики. Как размер галактики, так и ее красное смещение можно использовать, чтобы сделать вывод о расстоянии до галактики. Наблюдения за большим количеством галактик называются обзорами красного смещения и используются для моделирования эволюции форм галактик.

См. Также

Связанные списки

Ссылки

Внешние ссылки

Викиверситет учится ресурсы о наблюдательной астрономии

СМИ, относящиеся к наблюдательной астрономии на Wikimedia Commons

Последняя правка сделана 2021-06-01 07:29:52
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте