Над нами звездное небо

Задумывались ли вы над тем, почему в дневное время на небе не видны звезды? Ведь воздух и днем так же прозрачен, как и ночью. Все дело здесь в том, что в дневное время атмосфера рассеивает солнечный свет.

Представьте, что вы находитесь вечером в хорошо освещенной комнате. Сквозь оконное стекло яркие фонари, расположенные снаружи, видны достаточно хорошо. Но слабо освещенные предметы разглядеть почти невозможно. Однако стоит только выключить в комнате свет, как стекло перестает служить препятствием для нашего зрения.

Нечто похожее происходит и при наблюдениях неба: днем атмосфера над нами ярко освещена и сквозь нее видно Солнце, однако не может пробиться слабый свет далеких звезд. Но после того, как Солнце погружается под горизонт и солнечный свет (а с ним и свет, рассеянный воздухом) «выключается», атмосфера становится «прозрачной» и можно наблюдать звезды.

Иное дело в космосе. По мере подъема космического корабля на высоту плотные слои атмосферы остаются внизу и небо постепенно темнеет.

На высоте около 200—300 км, там, где обычно совершают полеты пилотируемые космические корабли, небо совершенно черное. Черное всегда, если даже на видимой его части в данный момент находится Солнце.

«Небо имеет совершенно черный цвет. Звезды на этом небе выглядят несколько ярче и четче видны на фоне черного неба», — так описывал свои космические впечатления первый космонавт Ю.А. Гагарин.

Но все же и с борта космического корабля на дневной стороне неба видны далеко не все звезды, а только самые яркие. Глазу мешает ослепительный свет Солнца и свет Земли.

Если посмотреть на небо с Земли, мы отчетливо увидим, что все звезды мерцают. Они как бы то затухают, то разгораются, переливаясь при этом разными цветами. И чем ниже над горизонтом расположена звезда, тем сильнее мерцание.

Мерцание звезд тоже объясняется наличием атмосферы. Прежде чем достичь нашего глаза, свет, излучаемый звездой, проходит сквозь атмосферу. В атмосфере же всегда имеются массы более теплого и более холодного воздуха. От температуры воздуха в той или иной области зависит его плотность. Переходя из одной области в другую, световые лучи испытывают преломление. Направление их распространения изменяется. Благодаря этому в некоторых местах над земной поверхностью они концентрируются, в других оказываются сравнительно редкими. В результате постоянного движения воздушных масс эти зоны все время смещаются, и наблюдатель видит то усиление, то ослабление яркости звезд. Но так как различные цветные лучи преломляются не одинаково, то моменты усиления и ослабления разных цветов наступают не одновременно.

Кроме того, определенную роль в мерцании звезд могут играть и другие, более сложные оптические эффекты.

Наличие теплых и холодных слоев воздуха, интенсивные перемещения воздушных масс сказываются и на качестве телескопических изображений.

Где наилучшие условия для астрономических наблюдений: в горных районах или на равнине, на берегу моря или в глубине материка, в лесу или в пустыне? И вообще, что лучше для астрономов — десять безоблачных ночей на протяжении месяца или всего одна ясная ночь, но такая, когда воздух идеально прозрачен и спокоен?

Это лишь малая часть тех вопросов, которые приходится решать при выборе места для строительства обсерваторий и установки крупных телескопов. Подобными проблемами занимается особая область науки — астроклиматология.

Несколько лет назад в нашей стране вступил в строй крупнейший в мире телескоп с поперечником зеркала шесть метров. Это на целый метр больше поперечника зеркала знаменитого Паломарского телескопам США.

Что означает лишний метр для астрономов? Рамки наблюдаемой области Вселенной раздвинулись приблизительно в 1,2 раза.

В связи с постройкой нового телескопа ученые Главной астрономической обсерватории АН СССР в Пулкове в течение нескольких лет проводили астроклиматические исследования в различных районах Советского Союза, в первую очередь в кубанских степях, на Кавказе, в Грузии и Армении, на Памире и в горах Тянь-Шаня, на озере Иссык-Куль и даже в Уссурийском крае. В результате этих поисков был избран один из районов Северного Кавказа в Ставропольском крае. Там и возведена новая обсерватория для шестиметрового гиганта.

Правда, на территории нашей страны есть места с еще лучшими астроклиматическими условиями — в Средней Азии и на Памире. Однако строительство крупной обсерватории в этих труднодоступных местах было бы сопряжено с огромными техническими трудностями и дополнительными затратами. Кроме того, районы, о которых идет речь, удалены от больших научных центров. Поэтому предпочтение все же было отдано Северному Кавказу.

Но, разумеется, наилучшие условия для астрономических наблюдений — за пределами плотных слоев атмосферы, в космосе. Кстати, и звезды здесь не мерцают, а горят холодным спокойным светом.

Привычные созвездия выглядят в космосе точно так же, как и на Земле. Звезды находятся на огромных расстояниях от нас, и удаление от земной поверхности на какие-нибудь несколько сотен километров ничего не может изменить в их видимом взаимном расположении. Даже при наблюдении с Плутона очертания созвездий были бы точно такими же.

В течение одного витка с борта космического корабля, движущегося по околоземной орбите, в принципе можно увидеть все созвездия земного неба. Наблюдение звезд из космоса представляет двоякий интерес: астрономический и навигационный. В частности, очень важно наблюдать звездный свет, не измененный атмосферой.

Не менее важное значение имеет в космосе и навигация по звездам. Наблюдая заранее выбранные «опорные» звезды, можно не только ориентировать корабль, но и определять его положение в пространстве.

На протяжении длительного времени астрономы мечтали о будущих обсерваториях на поверхности Луны. Казалось, полное отсутствие атмосферы должно создавать на естественном спутнике Земли идеальные условия для астрономических наблюдений как во время лунной ночи, так и в условиях лунного дня.

Для изучения условий астрономических наблюдений на Луне были проведены специальные исследования. С этой целью советская автоматическая передвижная лаборатория «Луноход-2» была оборудована специальным прибором — астрономическим фотометром, разработанным и изготовленным в Крымской астрофизической обсерватории АН СССР. Прибор установили на «Луноходе» таким образом, что его оптическая ось всегда была направлена в зенит лунного неба.

Результаты измерений оказались несколько неожиданными. Выяснилось, что свечение неба на Луне и в видимых и, в особенности, в ультрафиолетовых лучах заметно выше ожидавшегося. Изучение характеристик этого свечения показало, что оно может быть вызвано находящимися в окололунном пространстве частицами лунной пыли.

В связи с этим было высказано предположение, что вокруг Луны существует разреженный рой пылевых частиц, образовавшийся в результате бомбардировки лунной поверхности метеоритами и микрометеоритами. Эти частицы удерживаются на некоторой высоте над поверхностью Луны действием электростатических сил. Они рассеивают не только солнечный свет, но и свет Земли. Ведь наша планета в лунном небе — это светило примерно в 40 раз более яркое, чем полная Луна в небе Земли.

Наличие пылевого роя вокруг Луны может отрицательно сказаться на эффективности астрономических наблюдений с будущих лунных обсерваторий.