Астрофизика в Пулково и не только
Пулковская обсерватория запускает новую экскурсию – «Астрофизика в Пулково и не только». Ее автор, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Лаборатории физики звезд, ведущий программы «Заметки астронома» на YouTube-канале QWERTY Кирилл Масленников, рассказывает об астрофизике – одном из направлений астрономии, которое сделало в последние десятилетия множество открытий.
Пулковская обсерватория была задумана и построена как классическая астрометрическая* обсерватория. Тогда, в середине XIX века, знание координат небесных тел помогало мореплавателям держать курс и ориентироваться в океане. На протяжении многих десятилетий именно такая астрометрическая работа оставалась главной в стенах обсерватории.
*Астрометрия – раздел астрономии, изучающий геометрию небесных тел и создающий систему координат для астрономических измерений. Определяет положения и движения небесных объектов из наблюдений.
С приходом в нашу жизнь спутниковой связи, мореплавателям уже не нужно ориентироваться по звездам и знать их координаты. И куда большее значение стали приобретать астрофизические** открытия. Требования к качеству неба изменились: для получения необходимого для астрофизиков излучения, нужны уникальные, редкие земные условия: стабильно ясное небо, очень низкая влажность и отсутствие населенных пунктов в радиусе 30-50 км. Построению идеальной астрофизической обсерватории предшествуют годы, иногда десятилетия исследований и экспедиций, поиски подходящего места.
Для решения астрофизических задач нужно еще одно условие – уникальная техника. Современные телескопы очень большие, они должны собирать как можно больше света, поскольку излучение от далекой звезды чрезвычайно мало и примерно равно триллионной части энергии комара. При этом телескоп должен иметь очень высокое разрешение. Популярная фотография черной дыры в галактике Messier 87 была сделана с разрешением около 10 микросекунд дуги. При этом одна микросекунда дуги – миллионная доля секунды дуги, а секунда дуги – угол, создаваемый рублевой монетой с расстояния в 1 километр.
**Астрофизика – раздел астрономии, изучающий строение небесных тел и физические свойства космических объектов. Астрофизики меньше занимаются наблюдениями, но больше работают с полученными данными. Например, определяют физические параметры звезд по излучению, полученному от них.
«Пулково сегодня решает определенный узкий круг задач, — говорит Кирилл Масленников. — Они, безусловно, важны для науки, но обсерватория, проводящая современные точные наблюдения, выглядит иначе». Например, Очень Большой Телескоп расположен в горах чилийской пустыни Атакама, на высоте 2635 метров. Это четыре 8-метровых телескопа-рефлектора, которые могут работать как одно целое, и четыре передвижных двухметровых телескопа.
Одна из задач астрофизики – изучение световых потоков и определение их отличий в разных диапазонах спектра. Цвет звезды – не просто красивая картинка. За ним стоит множество данных. Например, цвет звезды говорит о ее температуре (красные – холоднее, голубые – горячее). Также изучение астрофизиками света звезд дало человечеству понимание самой «жизни» звезды: как она появляется из пыли и газа, как на определенном этапе в ней начинается термоядерная реакция и звезда «зажигается», горит несколько миллиардов лет и затем начинает расширяться, сбрасывает верхние оболочки и превращается либо в белого карлика, либо в черную дыру.
Еще одним «орудием» современной астрофизики стал спектр – разложение белого света на составляющие. Спектр, как и цвет, способен дать много информации. Когда свет проходит через вещество, оно его поглощает в определенной длине волны, соответствующей атомам этого вещества. На спектре это выглядит как сеть темных линий. По их расположению можно узнать состав вещества, находящегося в атмосфере звезды, через которую прошел свет от нее. Фактически, таким способом можно выяснить химический состав всей Вселенной.
Также по этим линиям можно судить о температуре в данной области, о магнитных полях, о скоростях движения.
Второе удивительное и важное открытие современной астрофизики – красное смещение Хаббла – изменение длины волны в зависимости от того, приближается к нам свет объекта или удаляется. Чем больше красное смещение, тем быстрее удаляется объект. Измеряя спектры далеких галактик и расстояния до них, ученый Эдвин Хаббл обнаружил, что чем больше красное смещение, тем больше расстояние до галактики. Это означало, что чем дальше галактики, тем быстрее они от нас удаляются. Так была выдвинута Теория Большого взрыва, которая объяснила это явление.
Третье большое достижение современной астрофизики, которому способствовало появление нового спектрографа и использование эффекта Доплера – открытия планет у других звезд. Дело в том, что планета имеет массу и немного притягивает к себе звезду – смещение линий по эффекту Доплера можно наблюдать при помощи мощного спектрографа. Чувствительность таких измерений сегодня – полметра в секунду. Благодаря этим исследованиям на данный момент открыты около 4000 планет вне Солнечной системы.
Именно благодаря астрофизике была открыта одна из главных загадок современной астрономии – черная дыра. Советские ученые-астрофизики Рашид Сюняев и Николай Шакура в 1970-х годах прошлого века разработали теорию аккреционных дисков, благодаря которой объяснили необычную способность к очень яркому свечению далеких черных дыр – квазаров. Их работа до сих пор остается самой цитируемой научной работой в области астрономии в мире.
Ученые Пулковской обсерватории сегодня занимаются изучением излучения, которое идет от таких объектов.
Кирилл Масленников:
Мы живем в абсолютно уникальное время. Буквально недавно друг за другом произошли несколько научных революций. Это коренные изменения в самой основе наших знаний. Они касаются астрономии, теории строения вещества и биологии. Такого количества открытий и перемен, которые я застал за время своей работы, в прежние времена хватило бы на несколько сотен лет.
В масштабах Вселенной люди – крошечные букашки. Но именно нам, именно в нашем веке, удалось понять, как устроена вся Вселенная. Сейчас мы довольно точно знаем, что происходило после Большого взрыва.
Также в рамках экскурсии можно узнать о том, как развивалась астрофизика в России и в мире, о самых выдающихся экспонатах астрономического музея, прикоснуться к настоящему метеориту и посетить павильон самого большого в Пулково телескопа-рефрактора, наблюдения на котором проводятся практически каждую ночь.
