Изучение Вселенной при помощи космонавтики

Астрономия из космоса

Темп космических достижений человечества в последнее десятилетие впечатляющ: первый искусственный спутник Земли создан в 1957 г., а первый человек высадился на Луну уже в 1969 г.! Многие разделы науки и техники шагнули за эти годы далеко вперед, однако в астрономии произошла настоящая революция: она действительно стала космической наукой. Откуда же этот взрыв новых открытий? Так ли уж астрономы нуждались в средствах космической техники для установки на них астрономических приборов?

Астрономия всегда была наблюдательной наукой: она исследовала окружающий мир, анализируя излучение небесных объектов. Однако земная атмосфера сильно ограничивает возможности астрономов. Атмосфера прозрачна лишь в двух участках электромагнитного спектра. Шкала электромагнитных волн, используемых для наблюдений, простирается от длинных километровых радиоволн до жестких рентгеновских лучей и гамма-лучей. Атмосфера до поверхности Земли прозрачна лишь в узком оптическом окне и в радиодиапазоне от 1 см до 10 м. В ультрафиолетовой области она непрозрачна из-за слоя озона (О₃) на высотах 25-70 км, а в более коротковолновой области спектра - из-за молекулярного кислорода, а затем атомарного кислорода и молекулярного азота.

В радиодиапазоне атмосфера непрозрачна по другой причине. Дело в том, что на высотах от 100 км и выше атмосфера становится ионизованной: некоторые ее атомы и молекулы теряют свои электроны. Эта часть верхней атмосферы называется ионосферой. В ней помимо электронов в равном количестве находятся ионы, т. е. атомы, потерявшие электрон. Благодаря свободным электронам ионосфера отражает радиоволны, приходящие извне, и поэтому исследования в области длин волн, превышающих 10 м, невозможны.

В инфракрасной области спектра, а также в диапазоне между инфракрасным излучением и радиоизлучением поглощение определяется молекулами воды (до высоты 20 км), углекислого газа (до 70 км) и озона. Таким образом, для исследований во всем диапазоне электромагнитных волн необходимо поднять аппаратуру на высоты 100-150 км.

Другая причина, мешающая наблюдениям с Земли, - неоднородность атмосферы. Из-за нее изображение звезды размывается в диск, угловой диаметр которого в самом лучшем случае около секунды дуги. Размываются детали Луны и планет, ограничивая разрешающую силу гигантских телескопов. А если наблюдать за ними вне атмосферы, то угловое разрешение телескопа будет определяться лишь его диаметром D и длиной волны лямбда, в которой проводятся наблюдения радиан, или дуги.

Это ограничение связано с волновыми свойствами света. Из-за атмосферного дрожания предельное разрешение достигается у телескопа диаметром всего 10 см. Большие телескопы с диаметром главного зеркала несколько метров строят лишь потому, что они позволяют собирать больше света от слабых астрономических объектов, тогда как их разрешение находится на уровне любительских 10-сантиметровых телескопов.

Наконец, существуют астрономические задачи, решить которые в принципе невозможно без средств космической техники. Например, с Земли нельзя взглянуть на обратную сторону Луны, нельзя изучить поверхность Венеры, покрытую многокилометровым слоем плотных облаков, и т. д.

Вот причины, по которым астрономы с таким энтузиазмом взялись за космические исследования. Отметим еще, что эти исследования часто перестают быть астрономическими, смыкаясь с геофизикой, геологией, метеорологией и другими вполне земными науками.

Здесь будет рассказано в основном об астрономических результатах. Данные о планетах, полученные с помощью космических аппаратов, читайте в статьях "Луна", "Планеты Солнечной системы".

перейти к началу страницы