Всеволновая Вселенная. За пределами человеческих возможностей

Не секрет, что видимый человеческому глазу мир – лишь малая часть большого спектра электромагнитных волн.

Огромное число открытий было сделано астрономами именно при помощи визуальных наблюдений за небесными объектами. Но не менее интересный мир таится по обе стороны узкой полоски оптического излучения. Масса открытий сегодня делается при исследовании планет и звезд в радиоволнах, в частности, в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах, инфракрасном, ультрафиолетовом и рентгеновском излучении. Об этом – новая экскурсия Пулковской обсерватории «Всеволновая Вселенная».

Наблюдения в видимом диапазоне были основным способом постижения тайн небесных светил на протяжении нескольких веков. Астрономы смотрели глазом в окуляр телескопа и совершали открытия, а вся техническая база была направлена на создание более мощных инструментов. Большая линза собирает больше света. Но большую линзу сложнее изготовить. Довольно быстро стало понятно, что в какой-то момент размер и вес линзы начинает работать против: труба объектива гнется под весом линзы, а сама линза начинает вносить больше искажений в изображение звезд что в конечном счете ухудшает точность наблюдений.

Для получения более точных данных в видимом диапазоне сегодня используются телескопы-рефлекторы, в которых роль линзы выполняет зеркало или система зеркал – система адаптивной оптики. К наблюдениям в видимом диапазоне относятся и космические телескопы: точность их данных выше, а каталоги звезд полнее, поскольку атмосфера Земли не создает помех при получении данных.

Ученым, открывшим волны вне видимого диапазона, был Уильям Гершель. Астроном провел эксперимент: расщепив солнечный луч призмой, он измерил температуру каждой полосы спектра. С удивлением он отметил, что область за красной полосой тоже нагревалась. Так ученый открыл инфракрасное излучение. В быту мы ощущаем его как тепло. Инфракрасное излучение (равно как и излучение в других диапазонах электромагнитного спектра) исходит от всех тел, температура которых выше абсолютного нуля, то есть от всех известных тел во Вселенной.

Именно благодаря наблюдениям в инфракрасном диапазоне человечеству удалось увидеть центр нашей галактики Млечный Путь. В других длинах волн получить высокую точность наблюдений не удавалось: мешала космическая пыль и газ. Именно так было сделано важнейшее открытие последних лет – по движениям окрестных звезд было определено положение черной дыры в центре Млечного пути.

Длинноволновой окраиной  инфракрасного диапазона (на границе с радиоволнами) является субмиллиметровое излучение. Именно на такой длине волны наблюдает одна из самых современных обсерваторий современности – чилийская обсерватория ALMA. И именно возможности этого диапазона позволили получить первое в истории изображение чёрной дыры в галактике Дева А (или М87).

Наблюдения с земной поверхности доступны лишь в видимом свете и радиоволнах. Все прочие наблюдения выносятся за атмосферу. Например, в гамма-спектре и рентгеновском диапазоне изучает космический телескоп «Чандра», в ультрафиолетовых лучах Солнце изучает космическая Обсерватория солнечной динамики, в инфракрасных лучах – космический аппарат «Спитцер». Поскольку техногенное излучение Земли в радиодиапазоне сегодня довольно велико, ученые обдумывают возможность установки радиотелескопа на обратной стороне Луны, чтобы исключить земные помехи.

Венеру видно с Земли ровным белым шаром: облака в ее атмосфере настолько плотные, что поверхность самой планеты в видимом диапазоне не видна. Космические аппараты, которые запускались к Венере, работали всего несколько часов: техника выходила из строя из-за высокой температуры (460 градусов по Цельсию) и кислотных дождей. В инфракрасном диапазоне видны уже нижние слои облаков. В радиодиапазоне становится «видна» вся поверхность планеты, со всеми ее горами и впадинами.

Именно в радиодиапазоне регистрируется и реликтовое излучение – излучение, оставшееся после Большого Взрыва. Оно равномерно заполняет всю Вселенную и имеет температуру около 3 градусов по Кельвину, то есть едва выше абсолютного нуля.

В арсенале Пулковской обсерватории есть как инструменты для наблюдений в видимом диапазоне, так и для наблюдений за его пределами. Один из них – Большой Пулковский радиотелескоп. Это 90 подвижных отражающих щитов, установленных полукругом. Если завершить эту окружность, ее диаметр составит 100 метров. Пулковский радиотелескоп является прототипом крупнейшего в мире радиотелескопа РАТАН-600, установленного в Карачаево-Черкессии.

Об этом и многом другом – например, каким образом шлифуется идеально гладкая линза для объектива, как создаются современные телескопы, в конструкцию которых входят сотни зеркал, или зачем в XIX веке в обсерватории держали аквариум с пауками, — можно узнать на новой экскурсии «Всеволновая Вселенная».

Автор и экскурсовод — канд. физ.-мат. наук, ст. н. с. отдела радиоастрономических исследований Елена Куприянова.