ВСЕВОЛНОВАЯ АСТРОНОМИЯ: Общие сведения

В течение многовековой истории астрономия постоянно изменяла свой характер. Её цели и возможности во многом определялись общим уровнем науки и техники, на котором базировались методы наблюдений. Вплоть до начала XX в. это были оптические наблюдения, т. е. наблюдения видимого излучения небесных тел.
Свет, как известно, представляет собой электромагнитные волны. Диапазон длин волн видимого света довольно узок — от 0,000039 см до 0,000076 см. Специалисты часто используют более мелкие единицы: микрометры (1 мкм = 10″6 м), нанометры (1 нм = 10-9 м) или ангстремы (IA^O’^M^K примеру, длина волны жёлтого света приблизительно равна 5800 А.
Смешивая в различных пропорциях краски нескольких основных цветов, живописец получает бесчисленное множество оттенков. «Палитра» современного астронома-спектроскописта, исследующего видимое излучение, состоит из многих тысяч отдельных цветовых участков, или спектральных интервалов. Их выделяют при помощи высокоточных приборов — спектрографов, спектрометров, специальных светофильтров и т. п.
Кажется удивительным, что всё многообразие красок природы умещается в узенькую полоску спектра, а обширные области электромагнитного излучения можно «увидеть» только с помощью специального оборудования. Но природа ничего не делает зря Дело в том, что земная атмосфера лучше всего пропускает как раз видимый свет да ещё радиоволны ультракоротковолнового диапазона. Губительные для жизни на Земле жёсткие ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи поглощаются атмосферой.
Изобретение фотографии, а затем различных фотоэлектрических приёмников излучения, использование радиоприёмников с большими антеннами для измерения космического радиоизлучения и, наконец, вынос приборов за пределы земной атмосферы необычайно расширили возможности астрономических наблюдений. Во второй половине XX в. астрономия уже могла извлекать информацию практически из любого диапазона спектра электромагнитного излучения — от длинных радиоволн до коротковолновых гамма-лучей. Сегодня мы говорим об инфракрасной и радиоастрономии, рентгеновской и гамма-астрономии, наземной и внеатмосферной.
Электромагнитное излучение испускается не непрерывно, а отдельными порциями — квантами. Энергия кванта однозначно определяется длиной волны излучения.
Поэтому электромагнитное излучение часто характеризуют энергией квантов. Очевидно, что наибольшую энергию несут кванты коротковолнового излучения.
За единицу измерения энергии квантов обычно принимают элек-тронвольт (эВ). Это энергия, которую приобретает свободный электрон, ускоренный электрическим полем с разностью потенциалов в 1 вольт. 1эВ=1,6*10^-19 Дж.
Кванты видимого излучения обладают энергиями 2-3 эВ и занимают лишь небольшую область исследуемого в астрофизике электромагнитного спектра, который простирается от значений энергии порядка миллионных долей электронвольта для метровых радиоволн до миллионов электронвольт для гамма-излучения. Между радиоволнами и гамма-лучами последовательно располагаются инфракрасное, визуальное (видимое), ультрафиолетовое и рентгеновское излучение.
Излучение в видимой области спектра сравнительно хорошо пропускается земной атмосферой. В более коротковолновых участках спектра поглощение сказывается значительно сильнее, так что излучение из космоса проникает только до некоторого уровня атмосферы. Сильнее всего она поглощает коротковолновую область спектра, т. е. ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение. Эта область, за исключением близкого ультрафиолета (310-390 нм), доступна наблюдениям только с высотных ракет и космических аппаратов.
В сторону длинных волн от видимой области спектра расположены область инфракрасного (ИК) излучения и радиоволны. Большая часть инфракрасного излучения, начиная примерно с длины волны 1 мкм, поглощается молекулами воздуха, главным образом водяных паров и углекислого газа. С Земли можно наблюдать излучение только в некоторых, довольно узких «окнах» видимости между полосами молекулярного поглощения. Остальные участки ИК-спектра доступны наблюдениям со сравнительно небольших высот и могут изучаться с аэростатов и шаров-зондов, а также на некоторых высокогорных обсерваториях.
Второе «окно прозрачности» атмосферы — это радиодиапазон. Воздушная оболочка Земли пропускает радиоволны в диапазоне примерно от 1 см до 20 м. Волны короче 1 см, за исключением узких областей около 1, 4,5 и 8 мм, полнрстью поглощаются нижними слоями земной атмосферы, а волны длиннее нескольких десятков метров отражаются и поглощаются самими верхними её слоями — ионосферой.
Совокупность современных наземных и внеатмосферных методов наблюдений с использованием различных типов приёмников излучения позволяет принимать излучение космических объектов во всех диапазонах спектра электромагнитных волн, что даёт основание считать современную астрономию всеволновой. Всеволновая астрономия представила нам Вселенную как гигантскую, вечно изменяющуюся картину, раскрашенную невиданными цветами и оттенками. В этой картине запечатлена вся история мироздания, тончайшие свойства и особенности каждого объекта.