<< 3. Рентгеновская астрономия | Оглавление | 5. Радиастрономия из космоса. >>
4. Инфракрасная и субмиллиметровая астрономия
Инфракрасный диапазон спектра занимает область между оптическим и радиодиапазонами: от 0,7 мкм (7000 А) до 1 мм. Поскольку его длиноволновая часть (от 50-100 мкм до 1 мм) по методам регистрации примыкает к радиотехнике, е обычно называют субмиллиметровой (субмм).
Как известно, максимум теплового (чернотельного) излучения при абсолютной
температуре Т приходится на длину волны 
,
определяемую по закону смещения Вина:
= 2.9 мм/Т. Отсюда следует,
что излучение в инфракрасной (ИК) области спектра производится телами с
низкой температурой. Звезды и галактики с эффективной температурой от 4000
до 30000 К имеют максимум излучения в видимой и УФ областях спектра от 1000
до 10000 , а более холодные тела излучают в ИК- и
субмм-областях. Источником такого излучения в основном служат
микроскопические твердые частицы -пылинки в межзвездных облаках,
протозвездах и протопланетных газо-пылевых дисках. Но помимо этого, ИК
излучение могут генерировать и нетепловые механизмы, связанные с движением
быстрых электронов в магнитных полях.
Мир холодного вещества Вселенной трудно поддается изучению с Земли и из ее окрестностей: в ИК области ярко светит земная атмосфера; излучают зеркала, труба и прочие части телескопа. Чтобы не мешало тепловое излучением атмосферы, ИК-телескопы устанавливают на высокогорных обсерваториях, желательно выше 3 км над уровнем моря, в местах с очень сухим климатом. Именно там содержание водяного пара минимально, а он - главный враг ИК-астрономии: молекулы воды сильно поглощают ИК-и субмм-излучение. Ещ более эффективен вынос телескопа на высоты 10-15 км на борту самолетных обсерваторий. Используют и телескопы, подвешенные к аэростатам, поднимающимся на высоту 25-35 км.
Наилучшими местами для установки больших ИК-телескопов с зеркалами диаметром 3-8 м служат сегодня Гавайские острова (обсерватория Мауна-Кеа) и пустыня Атакама в Чили (обсерватории Ла-Силья и Серро-Паранал). Там сооружается крупнейший и самый дорогой в мире многозеркальный ИК телескоп-интерферометр (ALMA) для получения сверхвысокого пространственного разрешения в сотые доли угловой секунды. Перспективна и Антарктида, где очень мало содержание водяного пара (он там вымерзает), где можно наблюдать много суток подряд в период полярной ночи и где много ясных безоблачных ночей. Желательно, чтобы такой телескоп работал в полностью автоматическом режиме, подобно космическому телескопу. Связь с ним можно осуществлять через полярные спутники Земли.
Детекторы для регистрации ИК- и субмм-излучения были разработаны совсем
недавно. Это полупроводники и болометры, охлаждаемые до предельно низких
(криогенных) температур, достигаемых лишь при ожижении гелия. Обычно
сверхпроводящие болометры или другие детекторы монтируют внутри гелиевого
криостата с прозрачным для ИК излучения окном. Охлаждают, если это возможно,
и зеркала телескопа с трубой и конструктивными элементами, конечно, не до
температуры жидкого гелия (Т 
4 К), а
до температур порядка 10-20 К.
Радикальным решением почти всех проблем ИК астрономии оказался вынос телескопа за пределы атмосферы на специализированных спутниках Земли. При этом стало возможным охлаждать зеркала (главное и вторичное в телескопе системы Кассегрена) и все элементы конструкции (бленду и трубу) телескопа, а сам детектор с фильтрами поместить внутрь гелиевого криостата. Конечно же, жидкий гелий испаряется, и его запаса в криостате хватает примерно на год работы телескопа на орбите. Но и это весьма длительный период при непрерывной работе прибора. Пока таких телескопов было запущено всего три: IRAS (Англия, Голландия и США, 1983), СОВЕ (США, 1989) и ISO (Европейское космическое агентство, 1995). Заметим, что для таких инструментов очень опасно излучение Солнца, Луны и, конечно же, Земли, температура которой как на освещенной, так и на темной, ночной стороне близка к 300 К. Поэтому желателен их вывод на высокоапогейные орбиты, с тем чтобы влияние Земли было минимальным.
Спутник IRAS (InfraRed Astronomical Satellite) проработал на орбите 10 месяцев, пока из криостата объемом 500 л не испарились все 70 кг жидкого гелия (плотность этой жидкости всего 0.125 г/см3). Бериллиевое главное зеркало диаметром 57 см охлаждалось до температуры 8-10 К, а детекторы - до температуры 3 К. В кассегреновском фокусе телескопа были установлены спектрометр и 4-канальный фотометр с широкополосными фильтрами в диапазонах 12, 25, 60 и 100 мкм. Спектры регистрировались в диапазоне 8-23 мкм. Спутник работал на высоте 900 км над Землей, двигаясь по почти полярной орбите, которая прецессировала со скоростью движения Солнца, т.е. около 1o/сутки. Все приборы смотрели в местный зенит и за полгода просканировали всю небесную сферу.
В результате работы этого выдающегося спутника было открыто 250 000 точечных источников ИК излучения, главным образом - холодных звезд. Были составлены первые ИК карты всего неба с угловым разрешением 0.3o. Составлен многотысячный каталог неточечных источников, главным образом - газо-пылевых туманностей. Открыто несколько новых комет и астероидов. Составлен каталог 3000 ИК спектров.
Среди выдающихся открытий, сделанных спутником IRAS, следует выделить
обнаружение протопланетных околозвездных дисков, в частности, вокруг Веги
(
Lyr); a также детальное изучение
области звездообразования в туманности Ориона. В Солнечной системе был
обнаружен трехслойный пылевой пояс вблизи плоскости эклиптики. Было
исследовано несколько тысяч внегалактических ИК источников, квазаров и ядер
галактик с большим обилием пыли. Словом, IRAS был одним из самых успешных
проектов космической астрономии.
Спутник СОВЕ (COsmic Background Explorer) работал с ноября 1989 до октября 1990 г. Он имел охлаждаемый телескоп с угловым разрешением 40', 10-полосный фотометр в диапазоне 1-300 мкм, фурье-спектрометр на диапазон 0.25-1.5 мм, а также трехканальный неохлаждаемый радиометр в диапазонах 3.5, 8 и 13.5 мм. При сравнительно низком угловом разрешении он обладал очень высокой чувствительностью и точностью измерения потоков. Главной задачей спутника было исследование космического реликтового излучения - остатка эпохи ранней, горячей Вселенной. Он точно определил температуру этого излучения (2.73 К) и измерил флюктуации температуры между соседними точками неба. Это дало космологам данные о том, как происходило зарождение первых структурных элементов ранней Вселенной.
В ноябре 1995 г. на орбиту был выведен спутник ISO (Infrared Space Observatory) с ИК телескопом диаметром 60 см. Он был похож на спутник IRAS и предназначен для исследования точечных ИК источников в спектральном диапазоне 2.5-240 мкм. Его угловое разрешение составляло 5", а поле зрения - 20'. Вытянутая орбита этого аппарата имела апогей около 70 тыс. км. Спутник успешно проработал до апреля 1998 г., пока жидкий гелий в его криостате полностью не испарился. После этого прекратилось охлаждение зеркала и бленды телескопа, и его аппаратура по команде с Земли была выключена. В США и Европе готовятся к запуску еще несколько ИК спутников с улучшенными параметрами - "Планк", FIRST и др.
<< 3. Рентгеновская астрономия | Оглавление | 5. Радиастрономия из космоса. >>
|
Публикации с ключевыми словами:
внеатмосферная астрономия - рентгеновская астрономия - инфракрасная астрономия - космические обсерватории
Публикации со словами: внеатмосферная астрономия - рентгеновская астрономия - инфракрасная астрономия - космические обсерватории | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
