• Skip to primary navigation
  • Skip to main content
  • Skip to primary sidebar
  • Skip to footer

Астрономия

  • Популярное
Зачем направлять лазер в звездное небо

Искусственные звезды, или зачем астрономам лазеры

10/23/2014 universeru 0

Возможно вы не раз видели фотографии куполов обсерваторий, из которых в ночное небо выстреливает лазерный луч. Возможно, вдоволь насладившись запечатленным пейзажем, вы задавались вопросом «Зачем астрономам направлять лазер в ночное небо?». Ответ прост и одновременно удивителен: так астрономы создают искусственные звезды. Но обо всем по порядку.

Зачем направлять лазер в звездное небо
Телескопы Кека. Источник: keckobservatory.org

Взглянув на небо в ясную и тихую ночь где-нибудь в дали от городских огней, вы обязательно заметите, что все звезды мерцают. Они подрагивают, становятся то ярче, то слабее, а иногда и вовсе слегка меняют свой цвет; все это делает и так великолепную картину ночного неба еще более красивой и завораживающей. Однако мерцание — это не свойство самих звезд. Мерцание звезд — это результат прохождения их света через земную атмосферу.

Толщина воздушной оболочки Земли в среднем равна 100 км, и лучи света, проходя сквозь нее, много раз преломляются, то сосредотачиваясь, то рассеиваясь. В итоге для земного наблюдателя все звезды красиво мерцают. И все бы хорошо, но если нам вдруг захочется получить очень четкое изображение какой-либо тусклой звезды или разглядеть детали строения сверхдалекой галактики, из-за искажения их света в атмосфере мы скорее всего получим лишь размазанное светлое пятно. И хотя ученые не лишены чувства прекрасного и готовы любоваться мерцающими звездами в свободное от работы время, они бы очень обрадовались, если бы никакого воздуха между ними и звездным небом не было.

Атмосферные искажения

Именно с целью уменьшить размытость изображения главные научные обсерватории строятся высоко в горах — так можно частично «убрать» нижние, самые плотные слои атмосферы. Однако это все же не позволяет полностью избавиться от атмосферных искажений, и тогда ученые идут дальше — они запускают телескопы в космос, туда, где нет никакого воздуха, и звезды сияют неподвижным светом. Одной из таких космических обсерваторий является знаменитый телескоп «Хаббл». Телескоп был выведен на орбиту Земли в 1990-м году, и до недавнего времени его преимущество над наземными телескопами было подавляющим (разрешающая способность «Хаббла» в 7-10 раз выше, чем у такого же телескопа, установленного на Земле).

Галактика М82
Нажмите для увеличения: почти вдвое больший наземный четырехметровый телескоп «Гершель» проигрывает в четкости фотографии двухметровому «Хабблу».

Но что, если мы хотим добиться еще лучшего качества, которое в итоге поможет нам сделать еще больше удивительных открытий? Для этого, при прочих равных, придется увеличить размер зеркала телескопа, но вот беда: чем больше зеркало, тем больше оно весит и тем тяжелее его изготовить и вывести такой телескоп в космос. Гораздо проще и дешевле строить огромные телескопы на Земле. Например, на постройку обсерватории Кека на Гавайях с двумя(!) 10-ти метровыми телескопами было потрачено около 70 миллионов долларов, тогда как «Хаббл» к моменту запуска обошелся в 2500 миллионов (2.5 миллиарда долларов). Именно сложность и дороговизна (читай: недоступность) орбитальных обсерваторий заставляют ученых искать способы усовершенствования наземных телескопов, и использование лазеров — это и есть наша попытка компенсировать атмосферные искажения.

Все дело в том, что на высоте около 90-100 км в атмосфере находится тонкий слой атомарного натрия. Если этот слой подсветить мощным лазером, атомы натрия, поглотив часть света, сначала перейдут в возбужденное состояние, а затем начнут излучать свет обратно. В итоге мы можем создать своего рода искусственную звезду в любой точке неба.

искусственные звезды
Искусственные звезды. Источник: Обсерватория Роке-де-лос-Мучачос www.ing.iac.es

Свет от такой звезды прежде, чем попасть обратно в телескоп, пройдет через те же самые слои атмосферы и исказится также, как и свет от настоящих звезд по соседству. Но это как раз то, что нам нужно: мы-то точно знаем, как наша искусственная звезда должна выглядеть, не будь никаких искажений! Сравнив полученное изображение с эталоном, мы можем в точности рассчитать параметры атмосферных искажений в каждый момент времени и адаптировать нашу оптическую систему так, чтобы эти искажения компенсировать.

Адаптация оптической системы представляет собой постоянное изменение формы специального зеркала на основе рассчитанных искажений. Мощные компьютеры с большой точностью перерасчитывают и корректируют форму зеркала до 2000 раз в секунду, позволяя ученым получать превосходные фотографии космических объектов. Ниже короткое видео от Обсерватории Джемини, объясняющее, как ученые используют искусственные звезды:

Адаптивная оптика — это, возможно, самая продвинутая технология, используемая сегодня в астрономии. Искусственные звезды и зеркала с изменяемой формой поверхности позволяют наземным телескопам обеспечивать качество изображения сравнимое с «Хабблом», а иногда и лучшее. С помощью этой техники ученым удалось различить двойные звезды там, где раньше получалось увидеть лишь размытую кляксу:

Адаптивная оптика в действии
Адаптивная оптика в действии. Слева: изображение без коррекции, справа: с использованием адаптивной оптики. Размытое светлое пятно оказалось двумя звездами! Источник: https://www.youtube.com/watch?v=sGf6wSQhz80

Или сфотографировать центральную область шарового звездного скопления NGC 288 так четко, как до этого мог только телескоп «Хаббл»:

Джемини против Хаббла
NGC 288. Источник: NASA / ESA / Hubble (слева); Gemini Observatory / NSF / AURA / CONICYT / GeMS/GSAOI (справа). Склейка: Ethan Siegel (medium.com/starts-with-a-bang)

Развитие технологии продолжается, и новые телескопы способны обеспечивать еще большую разрешающую способность. Возможно очень скоро наземные обсерватории заглянут в космос намного дальше, чем это смогли сделать орбитальные телескопы. Ну а мы с вами, в следующий раз увидев купол обсерватории с выходящим из него лазерным лучом, будем точно знать, зачем это нужно.

адаптивная оптика, астрофотография, лазеры, технологии

Primary Sidebar

  • Ультимейт сетап
    Шамилю Байгильдину очень тревожно
  • 38 дней Солнца
    38 дней Солнца
При копировании и/или использовании материала, пожалуйста, указывайте ссылку на universeru.com.

© При копировании и/или использовании материала, пожалуйста, указывайте ссылку на universeru.com.

Наш сайт использует файлы cookie. ОК, понятно Подробнее

Privacy Overview

This website uses cookies to improve your experience while you navigate through the website. Out of these, the cookies that are categorized as necessary are stored on your browser as they are essential for the working of basic functionalities of the website. We also use third-party cookies that help us analyze and understand how you use this website. These cookies will be stored in your browser only with your consent. You also have the option to opt-out of these cookies. But opting out of some of these cookies may affect your browsing experience.
Necessary
Always Enabled
Necessary cookies are absolutely essential for the website to function properly. This category only includes cookies that ensures basic functionalities and security features of the website. These cookies do not store any personal information.
Non-necessary
Any cookies that may not be particularly necessary for the website to function and is used specifically to collect user personal data via analytics, ads, other embedded contents are termed as non-necessary cookies. It is mandatory to procure user consent prior to running these cookies on your website.
SAVE & ACCEPT