АСТРОСПЕКТРОСКОПИ́Я

АСТРОСПЕКТРОСКОПИ́Я, раз­дел ас­т­ро­фи­зи­ки, в ко­то­ром исследуют спек­тры не­бес­ных тел с це­лью изучения фи­зич. при­ро­ды объ­ек­тов и их дви­же­ния в про­стран­ст­ве. Впер­вые спект­ро­скоп для аст­ро­но­мич. на­блю­де­ний при­ме­нил в 1814 Й. Фра­ун­го­фер, ко­то­рый от­крыл ли­нии по­гло­ще­ния в спект­ре Солн­ца. С по­мо­щью спект­ро­ско­па П. Ж. С. Жан­сен и англ. аст­ро­ном Н. Локь­ер во вре­мя сол­неч­но­го зат­ме­ния в 1868 об­на­ру­жи­ли на Солн­це ге­лий. На­ча­ло мас­со­вых спект­раль­ных ис­сле­до­ва­ний звёзд, пла­нет, га­лак­тик и ту­ман­но­стей от­но­сит­ся к 1-й пол. 20 в.

Спек­тры мо­гут на­блю­дать­ся в ви­ди­мом диа­па­зо­не (ха­рак­тер­ная дли­на вол­ны λ=500 нм), а так­же в др. диа­па­зо­нах: ра­дио- ($λ=$ 1 м), ин­фра­крас­ном ($λ=$ 10 мкм), ульт­ра­фио­ле­то­вом ($λ=$ 100нм), рент­ге­нов­ском ($λ=$ 0,1 нм) и гам­ма-диа­па­зо­не ($λ{<}$0,01 нм). Спектр мо­жет быть не­пре­рыв­ным, ли­ней­ча­тым и сту­пен­ча­тым (скач­ки у пре­де­лов атом­ных се­рий). При этом те­п­ло­вой спектр оп­ре­де­ля­ет­ся те­п­ло­вы­ми дви­же­ния­ми ато­мов и мо­ле­кул, а при не­те­п­ло­вом спект­ре из­лу­че­ние фор­ми­ру­ет­ся осо­бы­ми ме­ха­низ­ма­ми (из­лу­че­ни­ем элек­тро­нов в маг­нит­ном по­ле, плаз­мен­ной не­ус­той­чи­во­стью, ма­зер­ны­ми эф­фек­та­ми, свя­зан­ны­ми с ин­верс­ной за­се­лён­но­стью атом­ных уров­ней, и т. п.). Ха­рак­те­ри­сти­ки не­пре­рыв­но­го спек­тра, про­фи­ли и ин­тен­сив­но­сти спек­траль­ных ли­ний из­лу­че­ния и по­гло­ще­ния, скач­ки у пре­де­лов се­рий за­ви­сят от фи­зич. ус­ло­вий в из­лучаю­щей сре­де: темп-ры, плот­но­сти и т. п., а так­же хи­мич. со­ста­ва. Кро­ме то­го, бла­го­да­ря эф­фек­ту До­п­ле­ра, дли­на вол­ны из­лу­че­ния, ре­ги­ст­ри­руе­мая на­блю­да­те­лем, за­ви­сит от про­ек­ции ско­ро­сти дви­же­ния из­лу­ча­те­ля на луч зре­ния. По­это­му ас­т­рос­пек­тро­ско­пич. ис­сле­до­ва­ния яв­ля­ют­ся мощ­ным сред­ст­вом изу­че­ния из­лу­чаю­щих объ­ек­тов и оп­ре­де­ле­ния их фун­дам. па­ра­мет­ров.

Спектр кос­мич. объек­та мо­жет быть по­лу­чен с по­мо­щью ас­т­рос­пек­тро­гра­фа или при­бо­ров, ис­поль­зую­щих яв­ле­ние ин­тер­фе­рен­ции све­та, напр. ин­тер­фе­ро­мет­ра Фаб­ри – Пе­ро. В рент­ге­новском и гам­ма-диа­па­зо­нах для по­лу­че­ния спек­тров при­ме­няют ме­то­ды, ос­но­ван­ные на яв­ле­нии ди­фрак­ции из­лу­че­ния. В ви­ди­мом, ульт­ра­фио­ле­то­вом и ин­фра­крас­ном диа­па­зо­нах для ре­ги­ст­ра­ции спек­тров при­ме­ня­ют твер­до­тель­ные па­но­рам­ные фо­то­при­ём­ни­ки – ПЗС-мат­ри­цы (при­бо­ры с за­ря­до­вой свя­зью), об­ла­даю­щие очень вы­со­кой кван­то­вой эф­фек­тив­но­стью. Спек­траль­ное раз­ре­ше­ние ха­рак­те­ри­зу­ет­ся ве­ли­чи­ной $R=λ/Δλ$, где $λ$ – ра­бо­чая дли­на вол­ны, $Δλ$ – ми­ним. ин­тер­вал длин волн, вы­де­ляе­мый спек­траль­ным при­бо­ром. Ве­ли­чи­на $R$ для раз­ных на­блю­де­ний ме­ня­ет­ся от 10–100 до 10⁵–10⁶.

Ме­то­ды А. ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся при ис­сле­до­ва­нии Солн­ца, пла­нет, ту­ман­но­стей, звёзд, меж­звёзд­ной сре­ды и га­лак­тик. Изу­че­ние не­пре­рыв­ных спек­тров и ли­ний по­гло­ще­ния в спек­трах звёзд­ных ат­мо­сфер по­зво­ли­ло осу­ще­ст­вить дву­мер­ную спек­траль­ную клас­си­фи­ка­цию звёзд, изу­чить меж­звёзд­ное по­гло­ще­ние в Га­лак­ти­ке, оп­ре­де­лить ско­ро­сти тур­бу­лент­но­го дви­же­ния га­за, темп-ры, плот­но­сти и ус­ко­ре­ния си­лы тя­же­сти в звёзд­ных ат­мо­сфе­рах. По до­п­ле­ров­ско­му уши­ре­нию ли­ний в спек­трах из­ме­ре­ны ско­ро­сти вра­ще­ния звёзд. По пе­рио­дич. до­п­ле­ров­ским сме­ще­ни­ям ли­ний в спек­трах двой­ных звёзд­ных сис­тем оп­ре­деле­ны мас­сы звёзд, в т. ч. мас­сы ней­трон­ных звёзд и чёр­ных дыр. Де­таль­ный ана­лиз про­фи­лей спек­траль­ных ли­ний разл. хи­мич. эле­мен­тов с при­ме­не­ни­ем совр. мо­де­лей звёзд­ных ат­мо­сфер, в ко­то­рых не ис­поль­зу­ет­ся пред­по­ло­же­ние о ло­каль­ном тер­мо­ди­на­мич. рав­но­ве­сии, по­зво­ля­ет изу­чать хи­мич. со­став сол­неч­но­го и звёзд­но­го ве­ще­ст­ва. Ана­лиз ин­тен­сив­но­стей и про­фи­лей меж­звёзд­ных ли­ний по­гло­ще­ния в спек­трах звёзд да­ёт воз­мож­ность изу­чать хи­мич. со­став меж­звёзд­ной сре­ды. Спек­тро­ско­пич. ана­лиз мо­ле­ку­ляр­ных по­лос по­гло­ще­ния в спек­трах ат­мо­сфер пла­нет по­зво­ля­ет про­во­дить их хи­ми­че­ский, в т. ч. изо­топ­ный ана­лиз, а так­же оп­ре­де­лять фи­зич. ус­ло­вия в пла­нет­ных ат­мо­сфе­рах.

Ана­лиз ли­ний из­лу­че­ния в спек­трах ат­мо­сфер не­ста­цио­нар­ных звёзд и га­зо­вых ту­ман­но­стей да­ёт воз­мож­ность изу­чать струк­ту­ру и ки­не­ма­ти­ку звёзд­ных вет­ров, оп­ре­де­лять плот­ность, темп-ру и хи­мич. со­став га­зо­вых ту­ман­но­стей, изу­чать дви­же­ния в них, а так­же ис­сле­до­вать эф­фек­ты взаи­мо­дей­ст­вия звёзд­ных вет­ров с меж­звёзд­ной сре­дой. Ис­поль­зо­ва­ние по­ля­ри­за­ци­он­ных при­бо­ров в спек­траль­ном ана­ли­зе позволяет из­ме­рять маг­нит­ные по­ля Солн­ца и звёзд.

В ра­дио­диа­па­зо­не очень важ­ны спек­тро­ско­пич. ис­сле­до­ва­ния ли­нии ней­траль­но­го во­до­ро­да на дли­не вол­ны 21 см, ко­то­рые по­зво­ля­ют изу­чать рас­пре­де­ле­ние и дви­же­ние во­до­ро­да в на­шей Га­лак­ти­ке и др. га­лак­ти­ках. Ис­сле­до­ва­ния кри­вых вра­ще­ния га­лак­тик по на­блю­де­ни­ям в ли­нии 21 см при­во­дят к за­клю­че­нию о том, что в га­ло боль­шин­ст­ва га­лак­тик на­хо­дит­ся зна­чи­тель­ная скры­тая ма­те­рия. Изу­че­ние ра­дио­ре­ком­би­на­ци­он­ных ли­ний и ли­ний, со­от­вет­ствую­щих ма­зер­но­му из­лу­че­нию ком­пакт­ных ис­точ­ни­ков, яв­ля­ет­ся мощ­ным сред­ст­вом ис­сле­до­ва­ния меж­звёзд­ной сре­ды, об­лас­тей звез­до­об­ра­зо­ва­ния и бли­жай­ших ок­ре­ст­но­стей ядер га­лак­тик, где от­кры­ты сверх­мас­сив­ные чёр­ные ды­ры.

Рент­ге­нов­ская спек­тро­ско­пия го­ря­че­го га­за в ско­п­ле­ни­ях га­лак­тик вы­яви­ла на­ли­чие боль­шо­го ко­ли­че­ст­ва скры­той ма­те­рии. Изу­че­ние рент­ге­нов­ских спек­тров ак­кре­ци­рую­щих ней­трон­ных звёзд и чёр­ных дыр в двой­ных сис­те­мах по­зво­ли­ло осу­ще­ст­вить ди­аг­но­сти­ку го­ря­чей плаз­мы и вы­яви­ть раз­ли­чия в спек­траль­ных свой­ст­вах ак­кре­ци­рую­щих ней­трон­ных звёзд и чёр­ных дыр, вы­зван­ные тем, что ней­трон­ные звёз­ды об­ла­да­ют на­блю­дае­мы­ми по­верх­но­стя­ми, а чёр­ные ды­ры – нет.

Ис­сле­до­ва­ние гам­ма-ли­ний ядер и не­пре­рыв­но­го гам­ма-из­лу­че­ния по­зво­ля­ет изу­чать про­дук­ты нук­лео­син­те­за в не­драх мас­сив­ных звёзд и во вре­мя вспы­шек сверх­но­вых.