---

<< 3. Astrofizicheskih nablyudeniya | Oglavlenie | 3.2 Teleskopy i priemniki >>

Razdely

• 3.1.1 Propuskanie sveta zemnoi atmosferoi
• 3.1.2 Propuskanie sveta mezhzvezdnoi sredoi
• 3.1.3 "Tochechnye" i "protyazhennye" istochniki

---

3.1 Osnovnaya zadacha nablyudatel'noi astronomii

Glavnaya otlichitel'naya osobennost' priema informacii v astronomii - nevozmozhnost' postavit' "eksperiment" v privychnom dlya fiziki smysle etogo slova. Nvozmozhno special'nym obrazom "podgotovit'" issleduemyi ob'ekt ili voobshe kak-to povliyat' na nego. Po prichine konechnosti skorosti sveta, izuchaya signal ot kakogo-libo istochnika, my izuchaem fizicheskie processy, proishodivshie v nem mnogie sotni, tysyachi i dazhe milliardy let nazad. Poetomu ochen' tochno govoryat ob astronomicheskih nablyudeniyah, t.e. o passivnom prieme informacii ot istochnika. Takim obrazom, priem i izuchenie vremennyh i spektral'nyh harakteristik signala ot astronomicheskih istochnikov yavlyaetsya glavnym sposobom issledovaniya ih fizicheskogo sostoyaniya i evolyucii. Dlya polucheniya yasnoi fizicheskoi kariny ob issleduemom klasse ob'ektov (naprimer, zvezdah ili galaktikah) nuzhno provodit' nablyudeniya po vozmozhnosti bol'shego ih chisla na raznyh stadiyah ih evolyucii.

Osnovnoi informacionnyi kanal v astronomii do sih por svyazan s izucheniem elektromagnitnogo izlucheniya. Vse prostranstvo pronizano izlucheniem sveta zvezd, mezhzvezdnogo gaza i pyli, mezhgalakticheskogo goryachego gaza, reliktovym mikrovolnovym izlucheniem. Poetomu voznikaet zadacha (A) otdelit' polozheniya istochnikov na nebesnoi sfere drug ot druga i (B) vydelit' signal ot otdel'nogo istochnika sredi estestvennogo shuma. ^3.1

3.1.1 Propuskanie sveta zemnoi atmosferoi

Sil'noe vzaimodeistvie elektromagnitnogo izlucheniya s veshestvom atmosfery Zemli pirvodit k tomu, chto nazemnye astronomicheskie nablyudeniya vozmozhny lish' v uzkih "oknah prozrachnosti" v opticheskom, IK i radiodiapazone (sm. Ris. 3.1). Pogloshenie IK-fotonov proishodit glavnym obrazom molekulami vody, kisloroda i uglekislogo gaza v troposfere. UF i bolee zhestkoe izluchenie pogloshaetsya molekulyarnym i atomarnym kislorodom i azotom, a pogloshenie v blizhnem UF osushestvlyaetsya v osnovnom ozonom na vysotah 20-30 km nad poverhnost'yu Zemli (ozonovyi sloi). Nachinaya s vysot 20-30 km atmosfera stanovitsya prakticheski prozrachnoi dlya fotonov s energiei vyshe 20 keV. Neprozrachnost' atmosfery v dekametrovom radiodiapazone obuslovlena otrazheniem ot ionosfery, kotoraya nahoditsya na vysotah ot 90 km i vyshe.

Iz risunka vidno, chto pochti vsya IK-oblast' spektra i zhestkoe rentgenovskoe i gamma-izluchenie mogut nablyudat'sya s apparaturoi, podnyatoi na aerostatah i samoletah vyshe 20-30 km. Nablyudeniya UF i rentgenovskih kvantov vozmozhny tol'ko s bol'shih vysot ili iz blizhnego kosmosa.

3.1.2 Propuskanie sveta mezhzvezdnoi sredoi

Mezhzvezdnaya sreda zapolnena razrezhennym ionizovannym i neitral'nym vodorodom, pyl'yu i molekulyarnymi oblakami. Elektromagnitnoe izluchenie pri rasprostranenii po takoi srede ispytyvaet pogloshenie i rasseyanie, chto v znachitel'noi stepeni skazyvaetsya na vozmozhnostyah nablyudenii udalennyh astronomicheskih istochnikov.

V oblasti radiovoln pogloshenie prakticheski otsutstvuet, a ionizovannaya komponenta mezhzvezdnoi sredy otvetstvenna za dispersiyu radiosignala (sm. lekciyu 4). Osnovnoe pogloshenie v IK, opticheskom i UF diapazone (0.1-20 mkm) obuslovleno mezhzvezdnoi pyl'yu. Pylinki pogloshayut UF i vidimoe izluchenie zvezd, pererabatyvaya ego v fotony men'shih energii. Harakternaya osobennost' mezhzvezdnogo poglosheniya v etoi oblasti yavlyaetsya selektivnost', t.e. sil'naya zavisimost' ot dliny volny. Eta zavisimost' nemonotonna, imeetsya rayad osobennostei, no v srednem pogloshenie v sinei chasti spektra sil'nee, chem v krasnoi, iz-za chego mezhzvezdnoe pogloshenie privodit k pokrasneniyu istochnikov sveta. V vidimom diapazone (  A) krivaya poglosheniya priblizitel'no sleduet zakonu . Velichina mezhzvezdnogo poglosheniya, rasschitannaya na edinicu puti, izmenyaetsya v shirokih predelah i zavisit ot napravleniya. Naibol'shee pogloshenie - v galakticheskoi ploskosti, gde sosredotochena bol'shaya chast' gazo-pylevyh kompleksov. V okrestnostyah Solnca v ploskosti Galaktiki opticheskaya tolshina okolo 2 na 1 kpk, prichem naibol'shii vklad v pogloshenie dayut oblaka (6-10 oblakov nv 1 kpk). V nekotoryh napravleniyah opticheskaya tolsha mozhet dostigat' neskol'kih desyatkov (t.n. ugoll'nye meshki). Pogloshenie umen'shaetsya s udaleniem ot ploskosti Galaktiki po zakonu kosekansa, vyhodya na primerno postoyannyi uroven' dlya galakticheskih shirot . Ustanovlena svyaz' mezhdu opticheskoi tolshoi dlya poglosheniya v opticheskom diapazone (polosa V) i chislom atomov neitral'nogo vodoroda na luche zreniya v stolbe secheniem 1 sm:

Eta svyaz' otrazhaet korrelyaciyu soderzhaniya pyli i gaza v mezhzvezdnoi srede. Pri srednei koncentracii chastic mezhdzvezdnoi sredy sm pogloshenie v optike stanovitsya zametnym, kogda na luche zreniya nabiraetsya atomov/sm, t.e. pri prohozhdenii rasstoyaniya okolo 1 kpk. Iz-za krainei neodnorodnosti mezhzvezdnoi sredy, odnako, v oknah prozrachnosti imeetsya vozmozhnost' "zaglyadyvat'" na gorazdo bol'shie rasstoyaniya.

V bolee korotkovolnovoi oblasti osnovnoe pogloshenie svyazano s neitral'nym gazom (gl. obrazom vodorodom) i drugimi him. elementami. Osnovnaya prichina poglosheniya zhestkih fotonov - fotoeffekt (vybivanie fotonami elektronov, zapolnyayushih razlichnye obolochki v him. elementah). Esli energiya upavshego fotona ravna , on mozhet vybit' iz atoma elektron s energiei svyazi , a ostavshayasya energiya perehodit v kineticheskuyu energiyu vybitogo elektrona. Energii, pri kotoryh , nazyvayutsya predelami poglosheniya, t.k. vybros elektronov s etih urovnei fotonami men'shih energii nevozmozhen. Pri bolee vysokih energiyah sechenie fotopoglosheniya s dannogo urovnya bystro umen'shaetsya . Naprimer, porog ionizacii vodoroda 13.6 eV sootvetstvuet dline volny fotona 912 A, poetomu izluchenie s dlinoi volny koroche 912 A ochen' sil'no pogloshaetsya v mezhzvezdnoi srede. Effektivnoe sechenie fotoionizacii atomami mezhzvezdnoi sredy pokazano na Ris. 3.2. Dlya dannogo elementa sechenie fotoionizacii ravno nulyu dlya energii fotona nizhe poroga ionizacii s samogo vnutrennego -urovnya. Na grafike vidny skachki poglosheniya na -urovnyah razlichnyh elementov vplot' do zheleza. Pri nablyudeniyah v rentgenovskom diapazone (0.1-100 keV) s nizkim spektral'nym razresheniem -skachki ne poddayutsya razresheniyu, poetomu svyaz' opticheskoi tolshiny v etom diapazone s chislom atomov vodoroda na luche zreniya daetsya sootnosheniem

Iz-za rezkoi zavisimosti ot energii pri  MeV fotopogloshenie ne igraet zametnoi roli.

Pri nalichii svobodnyh elektronov v srede dlya zhestkih rentgenovskih fotonov s energiei 10 keV preobladayushim stanovitsya komptonovskoe rasseyanie na svobodnyh elektronah (sm. Ris. 3.2). Sechenie komptonovskogo rasseyaniya prakticheski ne zavisit ot energii fotona vplot' do energii , gde - massa pokoya elektrona, i ravno tomsonovskomu secheniyu rasseyani na svobodnom elektrone  sm. Dlya bolee energichnyh fotonov sechenie rasseyaniya umen'shaetsya (formula Klyaina-Nishiny). Esli v atome elektronov, to polnoe sechenie rasseyaniya dlya nego ravno . Rasseyanie na yadrah vsegda v men'she.

Dlya gamma-kvantov s energiei  MeV opredelyayushim processom mozhet okazat'sya rozhdenie elektron-pozitronnyh par. Odnako rozhdenie par iz-za sohraneniya impul'sa nevozmozhno v vakuume, ono proishodit ili v pole yadra ili v magnitnom pole. Prohozhdenie zhestkih kvantov i energichnyh chastic cherez veshestvo chasto harakterizuyut velichinoi pronicaemosti, obratnoi neprozrachnosti [g/sm] (fakticheski eto dlina probega, umnozhennaya na plotnost'). Dlya gamma-kvantov vysokih energii ( MeV) pronicaemost' veshestva primerno ravna pronicaemosti dlya zaryazhennyh chastic s toi zhe samoi energiei i chislenno ravna g/sm. Iz risunka vidno, chto vsya Galaktika "prozrachna" dlya fotonov, nachinaya s myagkogo rentgenovskogo diapazona ( A).

3.1.3 "Tochechnye" i "protyazhennye" istochniki

Iz-za difrakcii sveta na ob'ektive teleskopa izobrazhenie lyubogo ob'ekta v fokal'noi ploskosti imeyut konechnyi razmer , gde - dlina volny izlucheniya, - diametr ob'ektiva. Razreshayushei sposobnost'yu astronomicheskogo teleskopa nazyvayut minimal'nyi uglovoi razmer izobrazheniya, kotoryi stroit dannyi teleskop. Kak budet pokazano nizhe, dlya krupnyh nazemnyh teleskopov razreshayushaya sposobnost' ogranichena vliyaniem turbuletnosti v atmosfere, cherez kotoruyu prohodit svet prezhde chem dostignut' teleskopa. Po svoim uglovym razmeram astronomicheskie istochniki mozhno razdelit' na 2 shirokih klassa - tochechnye i protyazhennye. U tochechnogo (protyazhennogo) istochnika uglovye razmery men'she (bol'she) razreshayushei sposobnosti teleskopa. Yasno, chto v predele beskonechno vysokogo uglovogo razresheniya lyuboi istochnik perestaet byt' tochechnym.

Prezhde vsego pokazhem, chto ot "tochechnogo" istochnika izlucheniya teleskop mozhet registrirovat' tol'ko potok izlucheniya (a ne intensivnost'). Rassmotrim sfericheskii izluchatel' (zvezdu) s radiusom na rasstoyanii ot nablyudatelya. Vvedem sistemu koordinat s os'yu , napravlennoi k nabllyudatelyu. Pust' - rasstoyanie perpendikulyarnoe k etoi osi. Krugovoe kol'co na poverhnosti zvezdy, vidimoe iz centra zvezdy pod uglom otnositel'no lucha zreniya, imeet v proekcii na normal' k luchu zreniya ploshad' . Nablyudatel' vidit etu ploshad' pod telesnym uglom . Intensivnost' s ploshadki zvezdy v napravlenii k nablyudatelyu . Energiya, prinimaemaya v edinicu vremeni edinichnoi ploshadkoi (detektorom), perpendikulyarnoi k luchu zreniya, (fakticheski potok), ot beskonechno maloi ploshadki na poverhnosti zvezdy est' . Integriruya po disku zvezdy, poluchaem

gde - potok, izluchaemyi vblizi poverhnosti zvezdy.

Takim obrazom, esli istochnik dlya dannogo teleskopa "tochechnyi", to registriruetsya tol'ko potok izlucheniya, a ne intensivnost'. Odnako esli izvesten uglovoi diametr zvezdy, nablyudaemoi kak "tochechnyi" istochnik, prinimaemyi potok mozhno po formule (3.3) pereschitat' v potok, ispuskaemyi vblizi poverhnosti zvezdy . Togda esli pole izlucheniya vblizi poverhnosti izotropno (t.e. intensivnost' vyhodyashego izlucheniya iz fotosfery zvezdy ne zavisit ot ugla, chego real'no v zvezdah prakticheski nikogda ne vstrechaetsya), to , i mozhno izuchat' neposredstvenno intensivnost' vyhodyashego izlucheniya, kotoraya neset maksimal'nuyu informaciyu ob izluchayushem veshestve.

Dlya "protyazhennogo" istochnika, naprotiv, mozhno neposredstvenno nablyudat' intensivnost' vyhodyashego izlucheniya (chasto upotreblyayut termin yarkost'), usrednennuyu v predelah razreshayushei sposobnosti teleskopa. Samoe vysokoe uglovoe razreshenie dostigaetsya v radiodiapazone, poetomu dlya radioistochnikov s izvestnymi uglovymi razmerami dlya harakteristiki izlucheniya chasto ispol'zuyut ponyatie yarkostnoi temperatury (sm. razdel 2.4), t.k. v radiodiapazone (Relei-Dzhinsovskaya oblast') ona proporcional'na intensivnosti vyhodyashego izlucheniya .

---

<< 3. Astrofizicheskih nablyudeniya | Oglavlenie | 3.2 Teleskopy i priemniki >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: zvezdy - Mezhzvezdnaya sreda - Kosmologiya - teoreticheskaya astrofizika - astrofizika Publikacii so slovami: zvezdy - Mezhzvezdnaya sreda - Kosmologiya - teoreticheskaya astrofizika - astrofizika
Sm. takzhe: Mestnoe mezhzvezdnoe oblako Chernaya dyra razrushaet zvezdu: animaciya Zvezdy, pyl' i tumannost' v NGC 6559 25 samyh yarkih zvezd na nochnom nebe Animaciya: chernaya dyra razrushaet zvezdu Razlozhenie dalekogo sveta Sravnenie razmerov zvezd Vse publikacii na tu zhe temu >>