Нормальный астрограф: немузейный экспонат

Нормальный астрограф: немузейный экспонат

В анонсах некоторых экскурсий в обсерватории можно увидеть приписку – «с посещением Нормального астрографа». Сегодня мы расскажем, чем уникален этот инструмент, в чем его отличия от других телескопов и почему он носит такое необычное название.

 

Чем астрограф отличается от других телескопов и какие задачи выполняет?

Нормальный астрограф был изготовлен в конце XIX века и привезен в Пулковскую обсерваторию в 1893 году. Тогда применение фотографии в астрономии только начиналось. Традиционно астрономы вели измерения, наблюдая за небесными объектами визуально через окуляр телескопа. Чтобы подчеркнуть отличие, телескопы, которые позволяют осуществить фотографическую съемку участков неба, стали называть астрографами.

Всего таких инструментов (нормальных астрографов) около двух десятков, все они были изготовлены в рамках международного проекта «Карта неба» (Carte du Ciel), инициированного французскими оптиками и астрономами Полем и Проспером Анри (Paul Henry and Prosper Henry). Проект ставил перед собой амбициозную цель – перефотографировать все небо.  Одного инструмента для этого было недостаточно: каждая фотография делалась довольно долго, от нескольких минут до часа, поскольку тогда, в конце XIX века (и почти весь XX век), для этого использовались фотопластинки.

Именно поэтому Нормальный астрограф имеет не одну, как обычный телескоп, а две трубы. Одна из них – фотографическая, в ее фокальной плоскости крепилась кассета с фотопластинкой. Вторая труба – для визуального наблюдения за фотографируемым участком неба. Астрономы вручную «помогали» часовому механизму телескопа поворачивать инструмент вслед за смещающимися по небу звездами, чтобы изображение получилось четким. Это было необходимо, так как в то время невозможно было обеспечить точное автоматическое гидирование — слежение за звездами.

 

Почему астрограф называется нормальным?

Чтобы найти объект на небе, нужно знать его координаты. Но откуда их взять, если небесный объект сфотографирован впервые? Тогда, в XIX веке, нужно было получить снимок участка неба, проявить пластинку и несколько дней высчитывать координаты. В докомпьютерную эпоху решение систем уравнений требовало длительных рутинных вычислений. Ведь положения звезд на небе измеряют в угловых единицах: градусах, угловых минутах и секундах. А на фотопластинке дистанции между изображениями звезд естественно выражать в миллиметрах. Трудность в том, что надо как-то быстро перевести эти миллиметры в градусы минуты и секунды дуги. Для Нормального астрографа линзы объектива подбирались так, что одна угловая минута на фотопластинке, снятой с его помощью, равна одному миллиметру. Это давало возможность уменьшить объем вычислений и получать координаты с точностью, достаточной для отождествления небесного объекта, практически сразу после проявки фотопластинки. Российский астроном, получив координаты, мог в ту же ночь послать телеграмму парижскому коллеге, и тот находил этот объект на небе. За это свойство астрограф и получил название «нормальный».

 

Какие еще задачи выполнял Нормальный астрограф?

Фотографирование неба  – это метод получения результатов астрономических наблюдений. Но для чего астрономы вели съемку звезд и астероидов на Нормальном астрографе в течение многих десятилетий?  Важное приложение астрономических измерений — помощь в морской навигации. Смещение нуль-пункта звездных координат — точки весеннего равноденствия, обусловленного прецессией оси вращения Земли очень важно знать при вычислении географических координат корабля в море. Более точному определению «поправок за прецессию» способствовали наблюдения на астрографе астероидов с хорошо изученными траекториями движения.

Движение астероида (3122) Флоренс среди звезд. Серия из 20-секундных экспозиций, полученных на Нормальном астрографе во время последнего сближения астероида с Землей. Размер поля зрения примерно соответствует размеру полной Луны на небе. Общее время съемки — 10 минут.

Многие явления во Вселенной протекают не очень быстро. Например, чтобы измерить, как двигаются звезды, надо сделать два снимка участка неба с перерывом в пару десятилетий. За скоростями перемещения звезд по небесной сфере в астрономии закрепился термин «собственные движения звезд». Пулковский Нормальный астрограф стал инструментом, с помощью которого был отснят материал для самых точных каталогов собственных движений слабых звезд XX века. Чтобы не переснимать все небо, но все же изучить глобальные свойства движения звезд, были выбраны определенные участки неба — так называемые площадки Каптейна или, позднее, пулковские площадки с галактиками (по плану известнейшего пулковского астронома Александра Николаевича Дейча). Собственные движения более чем 60 тысяч звезд (для XX века это было довольно много), определенные с помощью Нормального астрографа, позволили лучше изучить закономерности движений больших коллективов звезд, уточнить наши представления о вращении Галактики.

Удивительно, но данные, полученные с помощью Нормального астрографа столетие назад, пригодились в наше время, в 2000-х, при современном изучении собственных движений звезд. Соответствующие фотопластинки были подняты из архивов.

«Сравнение старых и новых результатов дали нам очень точные данные о собственных движениях звезд, — рассказывает кандидат физ.-мат. наук, с.н.с. Лаборатории Астрометрии и Звездной Астрономии Максим Ховричев. — «Карта неба» пригодилась спустя почти век и неизвестно, сколько еще раз к ней обратятся астрономы. Ведь любые фотопластинки – это документ, который хранит историю неба – того неба, каким оно было больше века назад. Другим способом эти данные не получить».

Сегодня в стеклотеке обсерватории хранятся несколько тысяч фотографических пластинок с изображениями, сделанными Нормальным астрографом. Значительная их часть уже оцифрована.

 

Астрограф по сей день участвует в научных открытиях

Казалось бы, какие открытия сегодня может совершить телескоп с диаметром объектива 33 см, изготовленный 125 лет назад? Но «научная экологическая ниша» для него нашлась.

Дело в том, что физика «легких» звезд, начиная от половины солнечной массы и меньше, в сторону коричневых карликов, сегодня изучена мало. И понимание этой «физики» невозможно без точных оценок масс данных объектов. Одним из самых надежных методов определения масс звезд до сих пор остается наблюдение движений компонент систем двойных звезд. Но сначала нужно найти достаточное количество таких двойных систем. Именно эту задачу и возложили на Нормальный астрограф. Последние 10 лет он участвует в наблюдениях тусклых карликов, и за его плечами уже более тысячи исследованных объектов.

«Мы измеряли движения этих звезд очень подробно и получили их скорость за последние 5 лет, — рассказывает Максим Ховричев. — Мы определили «мгновенную» скорость звезд, которая может не совпадать со средней скоростью. Это несовпадение — признак наличия невидимого соседа, составляющего вместе с изучаемой звездой еще неизвестную двойную систему. Оказалось, что из 1300 звезд у 22 обнаружились признаки несоответствия мгновенной скорости и средней, которая наблюдается на протяжении десятилетий».

Чтобы проверить эффективность этих исследований, пулковские астрономы получили наблюдательное время на телескопе БТА – крупнейшем в Евразии оптическом телескопе, расположенном в Карачаево-Черкессии в Специальной Астрофизической Обсерватории (САО РАН). Наблюдения на БТА подтвердили информацию, полученную Нормальным астрографом: сегодня есть данные о 6 подтвержденных объектах, у одного из которых можно видеть орбиту. Результаты этих исследований были опубликованы в нескольких научных статьях. Сейчас готовится очередная статья по итогам последних работ.

Туманность «Кольцо» (М57) в созвездии Лиры. Снимок сделан на Нормальном астрографе.

«Делегировать все астрономические задачи Хабблу и другим мощнейшим телескопам нереально, — говорит Максим Ховричев. — Задача, которая ставится для большого телескопа, должна быть подготовлена на более слабых инструментах, это гораздо эффективнее».

Недавно Нормальный астрограф принял участие в исследовании взаимных явлений в системе спутников Юпитера. Когда один спутник Юпитера бросает тень на своего соседа — на другой спутник гигантской планеты, мы можем уверенно сказать, что эти небесные тела находятся точно на прямой, проходящей через Солнце. Определить это мы можем, отслеживая измерение яркости спутника. Такие наблюдения преследуют целый набор целей. Например, они позволили доказать, что спутник Ио разогревается именно за счет приливного взаимодействия с Юпитером. Статья об этом была опубликована в журнале «Nature» французскими астрономами, собиравшими данные со всего мира. Доля пулковских наблюдений в этой области астрономии довольно высока —  около 8%.

Сегодня работа Нормального астрографа автоматизирована: задав нулевую точку, астроном может больше не следить за движением трубы, она будет двигаться самостоятельно. А результат благодаря ПЗС-камере ученые получат уже в цифровом виде. В среднем на Нормальном астрографе удается вести продуктивные наблюдения в течение примерно 60 ночей в год. Научные задачи подобраны так, чтобы этого количества наблюдательного времени хватало для прогресса исследований в выбранных направлениях астрономии.

Благодарим за предоставленную информацию кандидата физ.-мат. наук, с.н.с. Лаборатории Астрометрии и Звездной Астрономии, автора экскурсионной программы с посещением Нормального астрографа Максима Ховричева.