Радіоастрономія
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Радіоастрономія

Радіоастрономія, розділ астрономії, в якому небесні об'єкти — Сонце, зірки, галактики і ін., — досліджуються на основі спостережень випромінюваних ними радіохвиль в діапазоні від доль мм до неськолкьіх км. Інколи до Р. відносять також і астрономію радіолокації, яку називають в цьому випадку активним Р., на відміну від пасивного Р., що займається спостереженнями власного радіовипромінювання небесних об'єктів.

загрузка...

  Спостереження в радіодіапазоні електромагнітних хвиль істотно доповнюють спостереження небесних тіл в оптичному і ін., більш короткохвильових, діапазонах (в т.ч. в рентгенівському). Вже в 19 ст були висловлені припущення про існування радіовипромінювання Сонця і зроблені спроби зареєструвати його. Проте чутливість вживаних приймачів радіації виявилася для цього абсолютно недостатньою. Лише у 1931 К. Янський (США) на хвилі 14,6 м-коду випадково виявив відчутне радіовипромінювання Молочного Шляху. У 1942 було виявлено радіовипромінювання спокійного Сонця, в 1945 — Місяці, в 1946 було відкрито перше «дискретне» (тобто малого розміру) джерело радіовипромінювання в сузір'ї Лебедя. Його фізична природа залишалася невідомою аж до 1954, коли на місці цього радіоджерела нарешті удалося побачити в оптичному діапазоні видалену Галактику.

  В 60-х рр. 20 ст результати радіоастрономічних спостережень знайшли широке вживання у вивченні фізичних явищ, що відбуваються в небесних об'єктах.

  Шляхом теоретичних досліджень було встановлено, що майже всі спостережувані радіоастрономічні явища пов'язані з відомими у фізиці механізмами радіовипромінювання: тепловим випромінюванням твердих тіл (планети і малі тіла Сонячної системи); гальмівним випромінюванням теплових електронів в полях іонів космічної плазми (газові туманності в Галактиці, атмосфера Сонця і зірок); магнітотормозним випромінюванням теплових, субрелятивістських і релятивістських електронів в космічних магнітних полях (активні області на Сонці, пояси радіації довкола деяких планет, радіогалактики, квазари), різними колективними процесами в плазмі (спалахи радіовипромінювання на Сонці і Юпітері і ін. явища). Поряд з суцільним (безперервним) спектром радіовипромінювання, обумовленим перерахованими причинами, виявлено також монохроматичне випромінювання небесних об'єктів. Основними механізмами утворення спектральних радіоліній є квантові переходи між різними атомними і молекулярними енергетичними рівнями. Серед атомних радіоліній велику роль в Р. грає лінія нейтрального водню з довжиною хвилі 21 см , що виникає при переходах між надтонкими підрівнями в атомі водню, і рекомбінаційні лінії збудженого водню (див. Рекомбінації ). З багатьох десятків виявлених молекулярних радіоліній велика частина пов'язана з переходами між підрівнями енергії, обумовленими обертанням молекул (обертальними підрівнями).

  Дослідження космічного радіовипромінювання проводиться за допомогою радіотелескопів . Для спостережень суцільного спектру застосовуються широкосмугові радіометри ; спектральні лінії реєструються за допомогою радіоспектрографів різного типа. Спеціальні пристрої радіотелескопів — радіоспектрометри, радіополяриметри і ін. дозволяють досліджувати спектральний склад, інтенсивність, поляризацію і ін. характеристики радіовипромінювання. Сигнали, що приходять від космічних джерел, як правило, дуже слабкі, унаслідок чого для радіоастрономічних досліджень споруджують радіотелескопи з дуже великими антенами, застосовують найбільш чутливі приймальні пристрої. Так площа антени найбільшого радіотелескопу складає близько 100 000 м-код 2 (Т-подібний телескоп під Харковом, СРСР), а найвідчутніший радіометр може зареєструвати зміну температури на 0,001—0,0001 К. Радіоїзображенія небесних об'єктів будуються як за допомогою одиночних (наприклад, параболічних) дзеркал (як в оптичній астрономії), так і дорогою складніших — радіоінтерферометричних методів спостережень (див. Радіоінтерферометр ). Ці методи дозволяють «синтезувати» радіозображення небесних тіл, протягом деякого часу нагромаджуючи випромінювання, що приходить від досліджуваного об'єкту. Успіхи в реєстрації високочастотних електричних коливань і стабілізації частоти дозволили проводити інтерферометричні спостереження, зіставляючи записи, що отримуються в далеко рознесених пунктах, не зв'язаних між собою радіочастотними каналами зв'язку. Великі відстані між пунктами спостережень забезпечують високу роздільну здатність при визначенні напрямів на джерела радіовипромінювання. За допомогою радіотелескопів проводяться пошукові огляди піднебіння і детально досліджуються окремі об'єкти. Виявлені радіоджерела заносяться в каталоги; до 1974 опубліковано близько 100 каталогів, в яких приведені зведення про десятки тисяч об'єктів, велика частина з яких розташована далеко за межами нашої Галактики.

  По об'єктах дослідження Р. умовно ділиться на сонячну, планетну, галактичну і метагалактику (позагалактичну).

  Сонячний Р. вивчає атмосферу Сонця (хромосферу, корону, надкорону, сонячний вітер). Основна проблема — з'ясування природи активності Сонця. Характер радіовипромінювання Сонця різний в різних діапазонах. Радіовипромінювання в міліметровому діапазоні, пов'язане з гальмівним випромінюванням електронів плазми сонячної хромосфери в електричних полях іонів, відносно спокійно. У сантиметровому діапазоні радіовипромінювання в значній мірі залежить від гальмівного і магнітотормозного випромінювання гарячої намагніченої плазми над сонячними плямами. Нарешті, в метровому діапазоні хвиль радіовипромінювання Сонця дуже нестабільно і має форму сплесків над відносно стабільним рівнем гальмівного випромінювання сонячної корони. Потужність сплесків інколи в десятки мільйонів разів перевершує випромінювання спокійної корони. Ці сплески, мабуть, викликаються проходженням потоків швидких часток крізь атмосферу Сонця. Сонячний вітер досліджується по розсіянню в нім радіохвиль, що йдуть від видалених радіоджерел.

  Планетний Р. досліджує теплові і електричні властивості поверхні планет і їх супутників, їх атмосфери і радіаційні пояси. Радіоастрономічні спостереження істотно доповнюють результати, отримані в оптичному діапазоні; особливо це відноситься до планет, поверхня яких прихована від земного спостерігача щільними хмарами. Радіоастрономічні спостереження дозволили виміряти температуру поверхні Венери, оцінити щільність її атмосфери; завдяки таким спостереженням виявлені радіаційні пояси Юпітера і потужні спалахи радіовипромінювання, що виникають в його атмосфері.

  методи Радіолокацій дозволяють з дуже високою точністю вимірювати відстані до планет, періоди їх обертання, здійснити картографування поверхонь планет.

  Галактичний Р. вивчає структуру нашої Галактики, активність її ядра, фізичний стан міжзоряного газу і природу різних галактичних джерел радіовипромінювання. Потужними галактичними джерелами радіовипромінювання є залишки найновіших зірок, а також хмари газу, іонізованного ультрафіолетовим випромінюванням зірок. У 1967 були виявлені пульсари джерела пульсуючого радіовипромінювання. Ці об'єкти, мабуть, пов'язані з тими, що швидко-обертаються нейтронними зірками, в потужній магнітосфері яких і виникає радіовипромінювання. У тому ж році були виявлені джерела виключно яскравих і вузьких радіоліній гидроксила ВІН, а потім і ліній деяких молекул. Походження цих ліній, ймовірно, пов'язане з дією мазерного механізму випромінювання (див. Мазери ). Іншим потужним космічним мазером є водяна пара, що знаходиться в особливих умовах в компактних хмарах міжзоряного газу. Фізичні умови в міжзоряному газі вивчаються також за допомогою радіоліній збудженого водню і великого числа молекулярних ліній. Зареєстровано радіовипромінювання нових зірок деяких ін. типів. Особливу увагу привернуло вивчення радіовипромінювання тісних подвійних зірок, в яких один з компонентів, можливо, є «чорною дірою» . Галактичний Р. вивчає також структуру магнітного поля Галактики і сприяє вирішенню проблеми походження космічних променів.

  Р. метагалактики вивчає всі об'єкти, що знаходяться за межами нашої Галактики. Переважне число цих об'єктів є т.з. нормальними галактиками. Для них характерний відносне слабке радіовипромінювання, пов'язане з рухом швидких електронів в магнітних полях цих галактик. Галактики з активнішими ядрами володіють радіовипромінюванням, потужність якого вища, ніж в нормальних галактик, в сотні разів. Ще в сотні і тисячі разів потужніше радіовипромінювання характерне для радіогалактик . Переважна частина радіогалактик має двокомпонентну структуру, так що оптичний об'єкт (як правило, гігантська еліптична галактика) розташований між компонентамі, причому часто також є джерелом дуже слабкого радіовипромінювання. Кожна компонента зазвичай має яскраву деталь поблизу краю. Мабуть, компоненти радіогалактик були викинуті з ядер оптичних галактик і розлітаються з великими швидкостями в сторони від них.

  Енергія релятивістських електронів і магнітного поля в компонентах радіогалактик досягає величезної величини, налічуючою 10 61 ерг і, ймовірно, поповнюється при вибухах, що епізодично відбуваються, в ядрах галактик. Причина настільки бурхливої активності цих ядер доки (1975) залишається загадкою.

  Проте найпотужнішими позагалактичними радіоджерелами є квазари, видимі в оптичному діапазоні, але абсолютно не схожі на звичайні галактики. Радіовипромінювання квазарів змінне: воно помітно змінюється за час від декількох тижнів до декількох років, що може бути лише при відносно малих лінійних розмірах радіовипромінюючих областей в них. Це підтверджується прямими спостереженнями структури квазарів: за допомогою інтерферометрів з великою базою виявлені деталі розміром менш 10 -3 сік дуги, які можуть бути хмарами або потоками ультрарелятівістських часток, рухомих в магнітних полях. Детальна структура квазарів доки вивчена недостатньо, а природа їх ще невідома.

  Окрім дискретних позагалактичних радіоджерел, спостерігається також фонове випромінювання метагалактики. Воно складається з сукупного радіовипромінювання великого числа не спостережуваних окремо слабких радіоджерел і ізотропного випромінювання, відповідного температурі близько 2,7 К. Последнєє є випромінюванням речовини, що заповнює метагалактику на ранній стадії розвитку Всесвіту, коли ця речовина (плазма) була щільніша, ніж в сучасну епоху, і мало температуру 3000—5000 К. Ето випромінювання називають реліктовим випромінюванням . Т. о., виявлення реліктового випромінювання свідчить про те, що раніше Вселена не була такий, як зараз, — вона була щільніша і гарячіша. Підрахунки числа позагалактичних радіоджерел також підтверджують припущення про те, що раніше або просторова щільність радіоджерел в околицях нашої Галактики була вища, або вони були в середньому значно потужніші, ніж в сучасну епоху. Разом з цим виявилось, що видима просторова щільність радіоджерел на дуже великих відстанях (тобто на ще раніших стадіях еволюції Всесвіту) швидко падає. Це можна пояснити тим, що в ту епоху не було джерел радіовипромінювання (а можливо, і галактик взагалі). Проте падіння просторової щільності може бути результатом і сильного розсіяння радіовипромінювання в газі метагалактики.

  Дослідження в області Р. проводяться в багатьох астрономічних обсерваторіях і інститутах ; існують спеціальні радіоастрономічні обсерваторії . Координацією їх діяльності в СРСР займається науковий радий з проблеми «Радіоастрономія» АН(Академія наук) СРСР і Астрономічна рада АН(Академія наук) СРСР. Діяльністю радіоастрономічних установ в міжнародному масштабі займається Міжнародним астрономічним союзом .

 

  Літ.: Шкловський І. С., Космічне радіовипромінювання, М., 1956; Каплан С. А., Пікельнер С. Би., Міжзоряне середовище, М., 1963; Каплан С. А., Елементарна радіоастрономія, М., 1966; Краус Д. Д., Радіоастрономія, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1973; Пахольчик А. Радіоастрофізика, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1973.

  Ю. Н. Парійський.