В ожидании хорошей погоды

С древнейших времен и до наших дней астрономы всегда находятся в прямой зависимости от состояния погоды. Сколько часов за долгую историю астрономии простояли телескопы в бездействии только из-за неблагоприятных для наблюдений погодных условий! Но это еще не все: для сбора оптической информации о Вселенной необходима глубокая ночная темнота. Летом в средних широтах день длится около 16 ч, а короткие ночи недостаточно темны для астрономов. Во все века исследователи звездного неба страдали от капризов погоды. Немало тщательно подготовленных дорогостоящих экспедиций, снаряжаемых "на край света" с целью наблюдений редких астрономических явлений, возвращались ни с чем только потому, что небо оказывалось затянутым плотной пеленой облаков.

Сегодня, когда астрономические телескопы с их дорогими оптическими устройствами довольно широко распространены в мире, вопрос рентабельности их эксплуатации становится важной экономической проблемой. Самый большой телескоп США - 5-метровое зеркало обсерватории Маунт-Паломар-стоит (включая дополнительное оборудование) не менее 25 млн. долл., и каждая минута "простоя" этого инструмента, как говорится, "влетает в копеечку".

Существует и еще одна причина, по которой наблюдения с земной поверхности в наши дни уже не могут удовлетворить астрономов. Как мы уже знаем, космические объекты излучают в широком интервале длин волн электромагнитного спектра. Однако земная атмосфера имеет только два "окна" для приема космического излучения, а именно: "оптическое", пропускающее видимый свет (диапазон длин волн около 3×10^-7 - 1×10^-6 м), и "радиоокно", через которое к земной поверхности проходит радиоизлучение (диапазон длин волн от нескольких миллиметров до десятка метров).

Более длинноволновая часть ультрафиолетового излучения (длина волн порядка 2 900 А) достигает лишь слоя атмосферного озона, лежащего на высотах 30 - 70 км (стратосфера). Самая коротковолновая часть ультрафиолетового излучения встречает в земной атмосфере "преграду" в виде атомарного кислорода и азота на высоте около 200 км.

Несмотря на малую плотность верхних слоев атмосферы, космическое рентгеновское излучение активно поглощается в ней уже на высотах порядка 100 км и выше.

Несколько более благоприятной выглядит ситуация в области "тепловых волн" (инфракрасный диапазон). Это излучение поглощается главным образом молекулами водяного пара и углекислого газа, количество которых в атмосфере быстро падает с высотой. Например, содержание водяного пара в тропосфере (нижний слой атмосферы толщиной примерно 10 км) достигает 1%, а следующая за ней стратосфера практически "суха". Значительно труднее проникает на Землю длинноволновое космическое радиоизлучение: оно отражается высоко лежащими слоями атмосферы- так называемой ионосферой.

Схема, показывающая 'возможности' астрономических наблюдений. По оси ординат отложена высота над уровнем моря (км); по оси абсцисс - длина волны электромагнитного излучения (от радио- до гамма-излучения). Как следует из рисунка, существуют только два 'окна', через которые электромагнитное излучение из космоса может беспрепятственно проникать сквозь земную атмосферу: 'радиоокно' (диапазон радиоволн) и 'оптическое окно' (диапазон видимого света). Для эффективной регистрации других видов излучения измерительную аппаратуру необходимо поднимать на различные высоты над поверхностью Земли или выводить за пределы земной атмосферы в ближний космос

Многие из этих фактов стали известны еще в начале XX в. благодаря запуску воздушных шаров (баллонов). В наши дни для изучения состояния атмосферы широко используются космические ракеты. Итак, из всего обширного потока информации, идущей из космоса, Земли достигает лишь малая часть. Земная атмосфера ограничивает также предел разрешающей способности оптических телескопов. Состояние атмосферы в любой момент зависит от интенсивности турбулентных воздушных потоков, отличающихся по температуре и давлению. Вследствие этого "лучи" звездного света преломляются в атмосфере, и их интенсивность изменяется. Другими словами, звезда "мерцает" и "меняет" свое местоположение на небосводе, и фотография дает заметно увеличенное изображение звезды. Ограничена также и дальность действия телескопа. При этом, чем больше размеры телескопов, т.е. чем теоретически они мощнее, тем заметнее влияет на их работу атмосфера. Их разрешающая способность снижается до 0,5"-1,0". Так, при наблюдении Луны максимальное линейное разрешение, которое дает телескоп, составляет около 100 м, а при наблюдении Марса - в лучшем случае порядка 150 км. Если бы не атмосфера, то современные телескопы могли бы обеспечить угловое разрешение порядка 0,006", т.е. в 100 раз больше того, что реально достигнуто сегодня. Тогда с расстояния 500 км можно было бы различить десятикопеечную монету.