Космос. Прошлое, настоящее, будущее

В каждой крупной обсерватории есть специальное хранилище – стеклянная библиотека, – где тщательно сохраняются все фотопластинки, отснятые астрономами на всех телескопах этой обсерватории. Ведь каждая пластинка содержит уникальные данные, потеряв которые, их уже не восстановишь. А совокупно на фотопластинках всех обсерваторий мира зафиксирована история Вселенной более чем за 100 лет. С этими стеклянными «страницами» обращаются крайне осторожно, как с бесценными документами. Когда в конце XX века появились высококачественные сканеры, все крупные обсерватории начали сканировать свои пластинки и через интернет делать их изображения доступными для всех астрономов – профессионалов и любителей. И эта огромная работа еще не закончена.

Фотографическая эмульсия имеет низкую квантовую эффективность (0,1–1 %), что частично объясняется значительным количеством фотонов, которые должны поглотиться в отдельном кристалле, прежде чем образуется устойчивый центр чувствительности. Скорость образования центров чувствительности в некоторой степени зависит от размеров кристаллов бромистого серебра; более чувствительные эмульсии имеют больший размер кристаллов. В то же время при большем размере кристаллов разрешающая способность эмульсии снижается, поэтому необходим разумный компромисс между скоростью образования зерен (чувствительностью) и разрешением (четкостью снимка). При длинных экспозициях чувствительность фотоэмульсии существенно снижается, поскольку происходит нарушение обратно пропорциональной зависимости между потоком света и временем, необходимым для его регистрации. Выпускается ряд специальных астрономических фотоэмульсий, для которых этот эффект снижен, но не исключен полностью.

Как ни хороша была классическая фотография, ее эпоха подошла к концу. В конце XX века фотопластинку заменили электронные приемники света. Их развитие происходило постепенно, параллельно с развитием химических методов фотографии. Сначала электронные детекторы превзошли фотопластинку по чувствительности к свету, затем – по ширине спектрального диапазона (электронные приборы научились видеть инфракрасное излучение), но долго уступали по способности рисовать четкую картинку и уж совсем не умели запоминать ее. Однако с появлением фотодиодных ПЗС-матриц и компьютеров с их способностью к быстрой обработке цифровых данных и практически безграничной памятью старая добрая фотопластинка окончательно сдалась. Но астрономы продолжают относиться к ней с уважением не просто как к почетному пенсионеру, а как к хранилищу бесценных данных, поскольку далеко еще не вся информация с фотопластинок переведена в цифровую форму.

Непременной частью современного оптического телескопа служит прибор для анализа спектрального состава света. В простейшем случае это может быть один или несколько светофильтров, пропускающих определенную область спектра. С их помощью можно узнать цвет объекта, который в первом приближении говорит о температуре его поверхности (чем голубее, тем горячее), а также о наличии межзвездной пыли между объектом наблюдения и телескопом (сквозь пыль легко проходят красные лучи, а голубые поглощаются). Но гораздо более детальную информацию извлекает из света спектрограф – прибор, подробно регистрирующий распределение фотонов по их энергии (т. е. цвету). Полоска спектра – настоящий паспорт звезды или другого оптического источника, рассказывающий нам о его химическом составе, температуре, давлении, движении в пространстве, вращении, напряженности магнитного поля и т. д. У оптического спектрографа есть несколько важнейших элементов: щель для выделения узкой полоски изображения, коллиматор (объектив) для создания параллельных пучков света от каждой точки щели, призма или дифракционная решетка для разложения пучка света в спектр, камера для фотографирования спектра. Но получить спектр значительно сложнее, чем просто сфотографировать объект, поскольку, раскладывая луч света на составляющие цвета, спектроскоп сильно ослабляет яркость каждого цвета. Для спектральных исследований тусклых объектов нужны большие телескопы.

С середины XX века важным инструментом астрофизики стал радиотелескоп, оказавшийся чрезвычайно полезным для исследования процессов в межзвездной среде, в магнитосферах планет, в активных ядрах галактик. Методами радиоастрономии в 1960-е годы были сделаны важнейшие открытия: квазары, реликтовое излучение, нейтронные звезды (радиопульсары).

Земная атмосфера препятствует наблюдению с поверхности планеты далекого инфракрасного, ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучения, приходящего из космоса. Поэтому новые возможности для астрофизики дала в 1960-е и 1970-е годы космическая техника, позволившая создать на околоземных орбитах автоматические и пилотируемые обсерватории с телескопами указанных диапазонов излучения. Произошедший в те годы переход от оптической астрономии к всеволновой изменил наши представления о Вселенной.