ВНЕАТМОСФЕ́РНАЯ АСТРОНО́МИЯ

ВНЕАТМОСФЕ́РНАЯ АСТРОНО́МИЯ, раз­дел ас­тро­но­мии, в ко­то­ром для ис­сле­до­ва­ния кос­мич. объ­ек­тов ис­поль­зу­ет­ся науч. ап­па­ра­ту­ра, вы­не­сен­ная за пре­де­лы плот­ных сло­ёв зем­ной ат­мо­сфе­ры с по­мо­щью вы­сот­ных бал­ло­нов (аэ­ро­ста­тов), са­мо­лё­тов, ра­кет, ис­кусств. спут­ни­ков Зем­ли (ИСЗ) и ав­то­ма­тич. меж­пла­нет­ных стан­ций (АМС). Как пра­ви­ло, на­уч. при­бо­ры ус­та­нав­ли­ва­ют­ся на бес­пи­лот­ных ап­па­ра­тах, од­на­ко воз­мож­но ис­поль­зо­ва­ние и пи­ло­ти­руе­мых стан­ций.

Ис­сле­до­ва­ния кос­мич. лу­чей со сво­бод­но ле­тя­щих аэ­ро­ста­тов про­во­ди­лись с нач. 20 в. (см. Бал­лон­ная ас­тро­но­мия). В кон. 1940-х гг. на­ча­лись ис­сле­до­ва­ния Солн­ца в УФ и рент­ге­нов­ском диа­па­зо­нах длин волн с вер­ти­каль­ных ра­кет, спо­соб­ных под­ни­мать ап­па­ра­ту­ру мас­сой до 1 т на выс. св. 100 км. В 1960-х гг. с по­мо­щью рент­ге­нов­ской ап­па­ра­ту­ры, ус­та­нов­лен­ной на ра­ке­тах, дос­ти­гав­ших вы­сот от 100 до 500 км, бы­ло сде­ла­но вы­даю­щее­ся от­кры­тие: об­на­ру­же­ны кос­мич. ис­точ­ни­ки рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния (Р. Джак­ко­ни, США; Но­бе­лев­ская пр., 2002).

Сравнение разрешающих способностей одного из крупнейших наземных телескопов «Subaru» (Япония) с диаметром зеркала 8 м (слева) и космического телескопа «Хаббл» с диаметром зеркала 2,4 м (справа). Внизу...

Гл. пре­иму­ще­ст­во вне­ат­мо­сфер­ных ме­то­дов на­блю­де­ний со­сто­ит в пол­ном от­сут­ст­вии влия­ния ат­мо­сфе­ры. Зем­ная ат­мо­сфе­ра про­зрач­на поч­ти пол­но­стью лишь для из­лу­че­ния двух срав­ни­тель­но уз­ких спек­траль­ных диа­па­зо­нов: оп­ти­че­ско­го (дли­на вол­ны от 0,3 мкм до 1,5–2 мкм) и ра­дио­диа­па­зо­на (от 1 мм до 15–30 м). Име­ет­ся так­же нес­коль­ко т. н. окон про­зрач­но­сти в ближ­ней ИК об­лас­ти спек­тра. Не­про­зрач­ность ат­мо­сфе­ры для из­лу­че­ния др. длин волн оп­ре­де­ля­ет­ся по­гло­ще­ни­ем и рас­сея­ни­ем из­лу­чения на мо­ле­ку­лах (Н₂О, СО₂, О₃) и ато­мах, а так­же от­ра­же­ни­ем ра­дио­волн от элек­тро­нов ио­но­сфе­ры. Бла­го­да­ря вы­но­су ин­ст­ру­мен­тов за пре­де­лы зем­ной ат­мо­сфе­ры ста­ло воз­мож­ным изу­чать из­лу­че­ние ас­тро­но­мич. объ­ек­тов во всём диа­па­зо­не длин волн – от жё­ст­ко­го гам­ма-из­лу­че­ния до длин­но­вол­но­во­го ра­дио­из­лу­че­ния (см. Гам­ма-ас­тро­но­мия, Рент­ге­нов­ская ас­тро­но­мия, Ульт­ра­фио­ле­то­вая ас­тро­но­мия, Ин­фра­крас­ная ас­тро­но­мия). В. а. да­ёт так­же воз­мож­ность про­во­дить не­по­сред­ст­вен­ные из­ме­ре­ния в меж­пла­нет­ном про­стран­ст­ве, ис­сле­до­вать сол­неч­ный ве­тер, на­блю­дать ато­мы меж­звёзд­ной сре­ды, про­ни­каю­щие в Сол­неч­ную сис­те­му, и т. д.

В. а. по­зво­ли­ла дос­тичь пре­дель­но­го уг­ло­во­го раз­ре­ше­ния оп­ти­че­ских и УФ-те­ле­ско­пов, ог­ра­ни­чен­но­го лишь ди­фрак­ци­ей из­лу­че­ния на вход­ном от­вер­стии те­ле­ско­па. Бла­го­да­ря вы­но­су с по­верх­но­сти Зем­ли ра­дио­ан­тенн с ба­зой, пре­вы­шаю­щей диа­метр Зем­ли, по­лу­че­но уг­ло­вое раз­ре­ше­ние вы­ше мил­ли­се­кун­ды ду­ги (спут­ник VSOP, Япо­ния), не­дос­туп­ное на­зем­ным ра­дио­ин­тер­фе­ро­мет­рам.

С по­мо­щью АМС по­лу­чен боль­шой объ­ём ин­фор­ма­ции об объ­ек­тах Сол­неч­ной сис­те­мы – пла­не­тах и их спут­ни­ках, ко­ме­тах и ас­те­рои­дах, Солн­це и сол­неч­ном вет­ре. Час­то на АМС ус­та­нав­ли­ва­ют при­бо­ры, ре­ги­ст­ри­рую­щие га­лак­ти­че­ские и сол­неч­ные кос­мич. лу­чи и из­лу­че­ние в разл. диа­па­зо­нах длин волн от объ­ек­тов, на­хо­дя­щих­ся за пре­де­ла­ми Сол­неч­ной сис­те­мы.

Для ис­сле­до­ва­ний Солн­ца за­пу­ще­ны де­сят­ки спе­циа­ли­зир. спут­ни­ков (OSO, «Yoho», SOHO, КО­РО­НАС и др.). С их по­мо­щью про­во­дит­ся не­пре­рыв­ный мо­ни­то­ринг сол­неч­ной ак­тив­но­сти в разл. диа­па­зо­нах длин волн – от оп­тич. час­ти спек­тра до жё­ст­ко­го гам­ма-из­лу­че­ния. Ре­ги­ст­ри­ру­ют­ся так­же по­то­ки за­ря­жен­ных час­тиц сол­неч­но­го вет­ра и сол­неч­ной ком­по­нен­ты кос­мич. лу­чей, ве­дут­ся на­блю­де­ния сол­неч­ной ко­ро­ны в оп­ти­че­ском и мяг­ком рент­ге­нов­ском диа­па­зо­нах на рас­стоя­ни­ях вплоть до де­ся­ти ра­диу­сов Солн­ца.

Наи­бо­лее ус­пеш­но реа­ли­зу­ют­ся про­ек­ты с ис­поль­зо­ва­ни­ем спе­циа­ли­зир. ап­па­ра­тов, пред­на­зна­чен­ных для ре­ше­ния лишь од­ной за­да­чи в том или ином спек­траль­ном диа­па­зо­не.

Исследования в ИК- и субмиллиметровом диапазонах

По­гло­ще­ние из­лу­че­ния в этой об­лас­ти спек­тра поч­ти пол­но­стью оп­ре­де­ля­ет­ся при­сут­ст­вую­щи­ми в ат­мо­сфе­ре па­ра́­ми во­ды, уг­ле­кис­лым га­зом $\ce{CO_2}$ и озо­ном $\ce{O_3}$. С вы­со­той рез­ко сни­жа­ет­ся со­дер­жа­ние $\ce{CO_2}$ и па­ров во­ды, и вы­ше 10 км ат­мо­сфе­ра ста­но­вит­ся поч­ти про­зрач­ной в дан­ной об­лас­ти спек­тра. По­это­му ис­сле­до­ва­ния ИК- и суб­мил­ли­мет­ро­во­го из­лу­че­ния мо­гут про­во­дить­ся при по­мо­щи са­мо­лёт­ных об­сер­ва­то­рий на выс. 10–12 км и бал­ло­нов, под­ни­маю­щих­ся на вы­со­ты до 40 км. Напр., для на­блю­де­ний ре­лик­то­во­го из­лу­че­ния и его про­стран­ст­вен­ных флук­туа­ций удоб­нее все­го ис­поль­зо­вать ап­па­ра­ту­ру, ус­та­нов­лен­ную на бал­ло­нах, спо­соб­ных не­сти по­лез­ную на­груз­ку св. 1 т и про­во­дить не­пре­рыв­ные на­блю­де­ния дли­тель­но­стью до 10 сут. С по­мо­щью спут­ни­ков ис­сле­ду­ют­ся меж­пла­нет­ная и меж­звёзд­ная пыль, га­зо­во-пы­ле­вые об­ла­ка, зо­ны звез­до­об­ра­зо­ва­ния и др. Для ре­ги­ст­ра­ции из­лу­че­ния в этих диа­па­зо­нах длин волн при­ме­ня­ют­ся сверх­про­во­дя­щие бо­ло­мет­ры разл. ти­пов, тре­бую­щие ох­ла­ж­де­ния ни­же темп-ры жид­ко­го ге­лия (4,2 К).

Наи­бо­лее ус­пеш­ны­ми бы­ли за­пус­ки спут­ни­ков IRAS (Infrared Astronomical Satellite; США, Ни­дер­лан­ды, Ве­ли­ко­бри­та­ния; 1983) и ISO (Infrared Space Ob­servatory; Европ. кос­мич. агент­ст­во, 1995–98). Так, со спут­ни­ка IRAS за­ре­ги­ст­ри­ро­ва­но св. 500 тыс. дис­крет­ных ис­точ­ни­ков ин­фра­крас­но­го из­лу­че­ния, в осн. хо­лод­ных звёзд-кар­ли­ков с тем­п-рой по­верх­но­сти не бо­лее 2500 К, от­кры­ты де­сят­ки но­вых ас­те­рои­дов и ко­мет, на­блю­да­лись ты­ся­чи га­лак­тик и ква­за­ров.

В 2003 за­пу­щен спут­ник SIRTF (Space Infrared Telescope Facility, США), с по­мо­щью ко­то­ро­го пла­ни­ру­ет­ся ис­сле­до­ва­ние ок. 100 тыс. ИК-объ­ек­тов. Осн. зада­ча­ми спут­ни­ка яв­ля­ют­ся так­же по­иск и изу­че­ние ко­рич­не­вых кар­ли­ков (звёзд пре­дель­но ма­лой мас­сы) и по­иск тел про­ме­жу­точ­ной мас­сы ме­ж­ду звёз­да­ми-кар­ли­ка­ми и пла­не­та­ми, ко­то­рые мо­гут вно­сить су­ще­ст­вен­ный вклад в тём­ное ве­ще­ст­во га­лак­тик. Пред­по­ла­га­ет­ся де­таль­ное изу­че­ние га­зо­во-пы­ле­вых об­ла­ков в зо­нах звез­до­об­ра­зо­ва­ния, про­то­пла­нет­ных дис­ков у звёзд, а так­же объ­ек­тов Сол­неч­ной сис­те­мы: ас­те­рои­дов, спут­ни­ков пла­нет, ко­мет, меж­пла­нет­ной пы­ли. В про­грам­му на­блю­де­ний вклю­че­но так­же изу­че­ние ак­тив­ных и ИК-га­лак­тик, по­иск про­то­га­лак­тик в ран­ней Все­лен­ной. В 2004 на­ча­ла ра­бо­тать круп­ней­шая ле­таю­щая ИК-об­сер­ва­то­рия SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy; США, Гер­ма­ния), ус­та­нов­лен­ная на са­мо­лё­те Бо­инг-747.

В 2007 ев­ропейские ас­тро­но­мы пла­ни­ру­ют за­пуск спут­ни­ков «Herschel» и «Planck» с ИК-ап­па­ра­ту­рой. Пер­вый из них пред­на­зна­чен для ис­сле­до­ва­ния то­чеч­ных и про­тя­жён­ных ис­точ­ни­ков, вклю­чая ре­лик­то­вое из­лу­че­ние, в диа­па­зо­не 60–670 мкм, вто­рой – для изу­че­ния мел­ко­мас­штаб­ных флук­туа­ций ре­лик­то­во­го из­лу­че­ния вплоть до мас­шта­бов по­ряд­ка 1´.

Исследования в УФ-диапазоне

ус­пеш­но реа­ли­зо­ва­ны в че­ты­рёх круп­ных про­ек­тах. В 1972 за­пу­щен спут­ник «Coper­nicus» (США), осн. за­да­чей ко­то­ро­го бы­ло изу­че­ние хи­мич. со­ста­ва меж­звёзд­ной сре­ды (про­ра­бо­тал до 1981). В 1978 за­пу­щен спут­ник IUE (International Ultra­violet Explorer; США, Ве­ли­ко­бри­та­ния, Ев­роп. кос­мич. агент­ст­во). При экс­по­зи­ции 8 ч бы­ли дос­туп­ны для на­блю­де­ния го­ря­чие звёз­ды вплоть до 15–16-й звёзд­ных ве­ли­чин. За 19 лет ра­бо­ты спут­ни­ка ис­сле­до­ва­но св. 50 тыс. объ­ек­тов, вклю­чая звёз­ды, ту­ман­но­сти, га­лак­ти­ки и ква­за­ры. В 1983–89 ус­пеш­но осу­щест­влён отеч. про­ект «Ас­трон». На бор­ту АМС раз­ме­ща­лись УФ-те­ле­скоп «Спи­ка» с диа­мет­ром гл. зер­ка­ла 80 см и рент­ге­нов­ский те­ле­скоп, ра­бо­тав­ший в диа­па­зо­не длин волн 0,2–2,5 нм.

В 1990 за­пу­щен на ор­би­ту кос­мич. те­ле­скоп «Хаббл» (США) с диа­мет­ром гл. зер­ка­ла 2,4 м. По­сле ус­та­нов­ки в фо­каль­ной плос­ко­сти те­ле­ско­па лин­зо­во­го асфе­рич. кор­рек­то­ра на нём бы­ло впер­вые дос­тиг­ну­то ди­фрак­ци­он­ное уг­ло­вое раз­ре­ше­ние по­ряд­ка 0,02″. С по­мо­щью это­го те­ле­ско­па сде­ла­ны вы­даю­щие­ся от­кры­тия, гл. обр. в об­лас­ти внега­лак­тич. ас­тро­но­мии и кос­мо­ло­гии. По­ми­мо ка­мер для по­лу­че­ния пря­мых сним­ков и УФ-спек­тро­мет­ров на те­ле­ско­пе ус­та­нов­лен ком­плекс при­бо­ров для ближ­ней ИК об­лас­ти спек­тра NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer). Для ра­бо­ты с те­ле­ско­пом и об­ра­бот­ки по­лу­чае­мой ин­фор­ма­ции соз­дан спец. ин-т (Кос­ми­че­ско­го те­ле­ско­па ин­сти­тут, Мэ­ри­ленд, США). Те­ле­скоп «Хаббл» на­хо­дит­ся на 600-км кру­го­вой ор­би­те и об­ла­да­ет сис­те­мой ста­би­ли­за­ции с точ­но­стью 0,003″. На те­не­вых уча­ст­ках ор­би­ты им бы­ли по­лу­че­ны изо­бра­же­ния уча­ст­ков не­ба с про­ни­цаю­щей си­лой до 28-й звёзд­ной ве­ли­чи­ны в ви­ди­мой и ближ­ней УФ об­лас­тях спек­тра.

В 2010 в Рос­сии пла­ни­ру­ет­ся за­пуск УФ-те­ле­ско­па «Спектр-УФ» с диа­мет­ром зер­ка­ла 1,7 м.

Исследования в рентгеновском диапазоне

Рисунки космических телескопов «Chandra» и «XMM-Newton», предназначенных для исследования слабых рентгеновских источников, телескопа BeppoSAX для изучения космических гамма-всплесков и телескопа RXTE ...

вне­сли боль­шой вклад в раз­ви­тие ас­тро­но­мии, по­зво­лив от­крыть и ис­сле­до­вать но­вые клас­сы ком­пакт­ных объ­ек­тов – ней­трон­ные звёз­ды и чёр­ные ды­ры. Для ре­ги­ст­ра­ции жё­ст­ко­го рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния с энер­ги­ей фо­то­нов св. 1–3 кэВ ис­поль­зу­ют­ся про­пор­цио­наль­ные га­зо­на­пол­нен­ные счёт­чи­ки или сцин­тил­ля­ци­он­ные кри­стал­лич. де­тек­то­ры с ко­ди­рую­щей апер­тур­ной мас­кой или кол­ли­ма­то­ра­ми разл. ти­пов. Для ре­ги­ст­ра­ции мяг­ко­го рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния при­ме­ня­ют­ся зер­ка­ла ко­со­го па­де­ния с диа­мет­ром св. 1 м, имею­щие уг­ло­вое раз­ре­ше­ние вплоть до 1″. В ка­че­ст­ве де­тек­то­ров ис­поль­зу­ют­ся мик­ро­ка­наль­ные фо­то­ум­но­жи­те­ли или при­бо­ры с за­ря­до­вой свя­зью (ПЗС-мат­ри­цы).

Пер­вый спут­ник для ис­сле­до­ва­ний в рент­ге­нов­ском диа­па­зо­не за­пу­щен в 1970 («Uhuru», США); впо­след­ст­вии на ор­би­ту бы­ло вы­ве­де­но неск. де­сят­ков та­ких спут­ни­ков (США, Ве­ли­ко­бри­та­ния, Рос­сия, Ни­дер­лан­ды, Ита­лия, Япо­ния). С их по­мо­щью най­де­ны ты­ся­чи рент­ге­нов­ских ис­точ­ни­ков, в т. ч. двой­ные звёзд­ные сис­те­мы с ак­кре­ци­ей. К 2006 ус­пеш­но ра­бо­та­ют на ор­би­те спут­ни­ки «Chandra» и «XMM-­New­ton» с зер­каль­ны­ми рент­ге­нов­ски­ми те­ле­ско­па­ми ко­со­го па­де­ния диа­мет­ром бо­лее 1 м и ев­роп. спут­ник INTEGRAL, ве­ду­щий на­блю­де­ния в бо­лее ко­рот­ко­вол­но­вой об­лас­ти спек­тра.

Исследования в гамма-диапазоне

Для ис­сле­до­ва­ний из­лу­че­ния жё­ст­ко­го гам­ма-диа­па­зо­на (с энер­ги­ей фо­то­нов св. 30 МэВ) при­ме­ня­ют­ся ис­кро­вые ка­ме­ры, по­зво­ляю­щие оп­ре­де­лять как энер­гию, так и на­прав­ле­ние при­хо­да ка­ж­до­го за­ре­ги­ст­ри­ро­ван­но­го фо­то­на. Об­на­ру­же­но ок. 100 дис­крет­ных ис­точ­ни­ков гам­ма-из­лу­че­ния; лишь не­боль­шая часть их ото­жде­ст­в­ле­на с ос­тат­ка­ми вспы­шек сверх­но­вых, а так­же с не­ко­то­ры­ми га­лак­ти­ка­ми, ско­п­ле­ния­ми га­лак­тик и ква­за­ра­ми.

Раз­ра­бо­та­ны спец. спут­ни­ки для ис­сле­до­ва­ния кос­мич. гам­ма-вспле­сков, по­зво­ляю­щие оп­ре­де­лять их ко­ор­ди­на­ты, вре­мен­ны́е и спек­траль­ные ха­рак­те­ри­сти­ки [Compton GRO (США; 1991–2000), BeppoSAX (Ита­лия, Ни­дер­лан­ды; 1996–2003), HETE-2 (США, Япо­ния, Фран­ция, Ита­лия; 2000) и др.]. В 2004 за­пущен спут­ник «Swift» (США), пред­на­зна­чен­ный для изу­че­ния кос­мич. гам­ма-вспле­с­ков, оп­ре­де­ле­ния их ко­ор­ди­нат и пе­ре­да­чи дан­ных на на­зем­ные те­ле­ско­пы с за­держ­кой не бо­лее не­сколь­ких се­кунд. В 2005 с по­мо­щью ус­та­нов­лен­ной на этом спут­ни­ке ап­па­ра­ту­ры об­на­ру­жен гам­ма-всплеск с крас­ным сме­ще­ни­ем 6,29; это оз­на­ча­ет, что на­блю­да­лась звез­да, взо­рвав­шая­ся ок. 13 млрд. лет на­зад, ко­гда воз­раст Все­лен­ной был ме­нее 1 млрд. лет.