Удивительная астрономия
Шрифт:
Дальнейший прогресс космической техники привел к появлению особых методов исследования небесных тел. Радиоастрономия основана на том, что улавливает собственные сигналы от космических источников. Однако ученые активно используют для изучения планет и астероидов искусственно порожденные радиоволны.
Одним из таких способов исследования является радиозатменный метод просвечивания атмосферы . Через атмосферу планеты или спутника пропускаются радиоволны. Атмосфера препятствует движению радиоволн, из-за чего вносит в искусственный сигнал различные помехи. Ученые сравнивают искаженный сигнал с исходным и делают выводы о строении и составе атмосферы.
Есть два приема просвечивания атмосферы. Первый носит название «спутник – Земля», второй называется «спутник – спутник». При изучении земной атмосферы часто используется второй прием, но вот при зондировании воздушных оболочек других планет применяется первый.
Как осуществляется зондирование? Автоматическая межпланетная станция прибывает к цели своего путешествия – какой-либо планете. Подчиняясь программе,
Каждый раз в момент захода аппарата за диск и в момент выхода из-за диска сигнал радиопередатчика проходит сквозь толщу планетной атмосферы. Земные приемники ловят этот сигнал и обнаруживают в нем помехи – различные шумы, которые несут ценную информацию о составе, строении чужой атмосферы и даже о стоящей там погоде. Ураганы, циклоны, грозы, постоянные ветра, влажность воздуха, облачность – все это можно выявить, измерить и проследить по результатам радиозатменного просвечивания.
Прием радиозондирования «спутник – спутник» несильно отличается от приема «спутник – Земля». Вся разница состоит в том, что на одном из спутников находится радиопередатчик (этот аппарат ведет зондирование), а на другом – радиоприемник. Данные со второго спутника поступают на Землю, в распоряжение астрономов.
Впервые в истории эксперимент по проведению радиозондирования атмосферы другой планеты – Марса – проводился американскими учеными с помощью космического аппарата «Маринер-4» в 1965 году. После обработки искажений радиосигнала ученые смогли измерить давление нижнего слоя марсианской атмосферы (в 200 раз ниже земного), его температуру (–90 °C), а также много других параметров. Последующие полеты станций «Маринер-6» и «Маринер-7» (в 1969 году) позволили измерить изменения температуры воздуха с высотой и оценить содержание углекислого газа.
Учеными нашей страны с 1971 года к Красной планете запускались аппараты серии «Марс», которые обследовали местную атмосферу в 13 областях. При этом «Марсы» измеряли перепады в давлении воздуха, связанные с колебаниями рельефа. Известно, что на дне впадин атмосферное давление выше, чем в горах. Станции серии «Марс» впервые составили карту высот Красной планеты.
В начале 1970-х годов отечественные и американские ученые приступили к радиозондированию атмосферы Венеры. В частности, нашими аппаратами «Венера-9» и «Венера-10» в 1975 году была зондирована воздушная оболочка планеты в 50 областях. В 1984 году спутники «Венера-14» и «Венера-15» обследовали уже 300 областей Венеры. При этом удалось обнаружить в венерианской атмосфере густой слой паров серной кислоты, находящийся на высоте около 40 км над поверхностью планеты. А на высотах от 55 до 65 км ученые открыли существование зоны вечных ураганных ветров. В каком-то смысле вся атмосфера Венеры охвачена непрекращающимся ураганом, и аппараты зафиксировали его наиболее активный слой, где скорость ветра достигает 100 м/с.
Вид Венеры с аппарата «Венера-13»
В 1974 году впервые проводилось затменное зондирование мощной газовой «шубы» Юпитера, этот эксперимент осуществлялся американскими аппаратами «Пионер-10» и «Пионер-11». Впоследствии ту же миссию выполнили «Вояджер-1», «Вояджер-2» (1979) и «Галилео» (1996). В 1976 году аппарат «Пионер-11» впервые прозондировал атмосферу Сатурна. А в 1980 году «Вояджер-1» совершил вираж, зайдя за диск Титана, и принес долгожданные сведения о необычайно густой атмосфере крупнейшего спутника Сатурна.
Атмосферы Урана и Нептуна впервые были прозондированы «Вояджером-2» в 1986 и 1988 годах соответственно. Эти измерения показали, что газовые оболочки планет-гигантов состоят преимущественно из водорода, который составляет более 80 % их состава.
Меркурий и большинство естественных планетных спутников не обладают плотной атмосферой, зато их окружает тончайший слой плазмы – сильно разреженного газа, который трудно изучать химическими способами, зато просто прозондировать методами радиозатменного просвечивания. Лунная плазма впервые была просвечена в 1973 и 1974 годах во время полетов к нашему спутнику станций «Луна-19» и «Луна-22». Оказалось, что Луну окружает слой газа с плотностью 600 частиц на 1 кубический сантиметр. В 1974 году подверглась изучению плазма Меркурия и Ио. Планету обследовал американский аппарат «Маринер-10», а спутник Юпитера – американская станция «Пионер-10». В числе прочего удалось установить, что благодаря вулканизму на Ио гораздо более плотная атмосфера, чем на Луне и Меркурии: ее толщина составляет 700 км, а плотность – 60 тысяч частиц на 1 кубический сантиметр.
Иначе проводится радиолокация планет и их спутников, когда поверхность облучается радиоволнами локатора. Радиолокация может быть наземной или космической. При наземной локации локатор находится на Земле и обращен к небесному телу. При космической локации радиоволны посылаются с антенны летательного аппарата (АМС).
Локатор посылает сигнал с передающей антенны, а затем принимает его отражение от поверхности планеты с помощью принимающей антенны. Путем такого сканирования изучается рельеф космического тела, свойства грунта, скорость и прочие особенности вращения планеты.
Впервые радиолокация была применена венгерскими и американскими учеными для исследования Луны в 1946 году. А в 1958 году американские физики впервые направили луч локатора на другую планету – Венеру. В нашей стране радиолокацию Венеры удалось в первый раз осуществить в 1961 году, что позволило уточнить значение астрономической единицы.
А уже в 1963 году наша страна поставила уникальный эксперимент по радиолокации на сверхдальнем расстоянии. Объектом исследований был выбран Юпитер. В 1964 году совместно с американскими физиками наши ученые поставили еще более впечатляющий эксперимент: расположенный в нашей стране локатор посылал сигнал к Венере, а отраженный сигнал принимал радиотелескоп в Соединенных Штатах.
Перечисленные исследования относятся к наземной локации, однако очень скоро радиолокационные эксперименты стали проводиться с использованием летательных аппаратов. При этом наиболее активно изучалась именно Венера. Программа радиофизических исследований в нашей стране осуществлялась аппаратами «Венера» с номерами 9, 10, 15 и 16. Их орбитальные модули работали в качестве искусственных спутников этой планеты и просканировали два района в высоких широтах и пять районов на экваторе. Полную карту Венеры удалось составить в 1990–1991 годах после полета американской станции «Магеллан», которая провела сканирование 90 % поверхности планеты.
Если бы не радиолокация, астрономы никогда ничего не узнали бы о близкой соседке Земли: ведь Венера окружена невероятно плотной атмосферой, через которую совершенно ничего не видно. Из-за этой атмосферы ученые не знали, как и с какой скоростью вращается Венера и каким рельефом обладает.
Мысленно охватывая разнообразие инструментов, служащих астрономам, мы видим, что на протяжении последних четырех столетий человек в науке постепенно «отступал» перед все более совершенными устройствами. Астрономическая техника проделала долгий и сложный путь – от подзорной трубы к астрографам, орбитальным обсерваториям и межпланетным станциям с радиолокаторами на борту. Однако «господство» техники мнимое: сложнейшее оборудование совершенно беспомощно без участия ученых.
Сегодня развитие астрономических инструментов в определенной мере приостановилось, поскольку даже самые хитроумные устройства не обладают человеческим умом, смекалкой, логикой и наблюдательностью. Один геолог, полчаса поработав на Марсе, расскажет нам о Красной планете в сотни раз больше, чем десятки марсоходов, орбитальных модулей и телескопов.
А значит, новая эпоха в развитии астрономии будет связана со строительством космических и планетарных баз. Поселения колонистов станут новыми центрами исследования Галактики: здесь появятся обсерватории и метеостанции, вырастут частоколы антенн радиоинтерферометров. Начнут работать космические геологические экспедиции; в помощь людями-сследователям будут созданы принципиально новые роботы. Человек заглянет во Вселенную с новых рубежей, и самые фантастические гипотезы современности померкнут в свете невероятных открытий завтрашнего дня.В честь кого это назвали?
«Хаббл» . Назван в честь американского астронома Эдвина Хаббла (1889–1953), доказавшего звездную природу других галактик.
Рентгеновские лучи. Названы в честь немецкого физика Вильяма Рентгена (1845–1923), открывшего этот вид излучения.
«Магеллан» . Аппарат назван в честь португальского мореплавателя Фернана Магеллана (1480–1521), совершившего первое кругосветное путешествие, в ходе которого был открыт Магелланов пролив.
Как любители помогают астрономам
Поиск метеоритов
Астрономы с радостью принимают помощь любителей. Конечно, астрономия необычайно сложна, и тем не менее в ней найдется немало направлений исследований, которые не требуют особой подготовки. Необходимы лишь усидчивость, терпение, старание и большое желание познать Вселенную. История астрономии знает немало случаев, когда обычные люди и даже дети вели серьезные наблюдения за небесными объектами, помогая ученым в их непростой работе.
Например, доктор наук, автор замечательного учебника и многих популярных книг и статей по астрономии Ефрем Левитан (1934–2012) начал свой путь в астрономии, когда был школьником. В то время учителя не могли организовать при школе астрономический кружок, поскольку всего несколько лет назад закончилась Великая Отечественная война (1941–1945), которая сопровождалась колоссальными жертвами и разрушениями. Но Левитану так сильно хотелось изучать астрономию, что он вместе с друзьями организовал свой собственный кружок. Ребята проводили наблюдения, собирали полезные книжки, проводили занятия для младших школьников. Наблюдения были поставлены в кружке так хорошо, что школу посетили сотрудники Московского планетария и пригласили Левитана к себе работать, как только он закончил учиться.
Так что каждый способен многого добиться в изучении Вселенной. Одним из наиболее увлекательных и полезных занятий является, например, поиск метеоритов . Напомним, что метеоритами называются каменные или металлические обломки астероидов, упавшие на земную поверхность. Пока такой обломок несется в межпланетном пространстве со скоростью 20 км/с, он называется не метеоритом, а метеороидом . Как правило, эти космические тела проносятся мимо нашей планеты. На каждые 40 тысяч метеороидов приходится лишь один, который сталкивается с Землей и становится метеоритом.