Астрономических инструменты
С древнейших времен у человека, исследовавшего и познававшего природу, было два основных способа действия — наблюдение и эксперимент. Однако астрономы на протяжении тысячелетий не могли и мечтать об экспериментах — ведь те объекты, которые их интересовали, находились невероятно далеко и были недостижимы.
Волей-неволей исследователям Вселенной приходилось создавать и совершенствовать все новые средства «дистанционного познания» — различные инструменты, которые позволяли не просто вести наблюдение за небесным телом или явлением, но и определять расстояние, положение на небосклоне, фиксировать размеры объекта, его цвет, силу испускаемого им света и многие другие параметры. Но и этого недостаточно — для того чтобы наблюдения имели научную ценность, они должны быть обработаны и приведены в систему. Поэтому астрономия еще в древности была тесно связана с математикой и физикой, а в наши дни — с теорией относительности и квантовой механикой.
Лицом к лицу с беспредельностью
С началом космической эры астрономия впервые смогла вплотную приблизиться к предмету своей науки — космосу. Исследования околоземного пространства, ближайших тел Солнечной системы и межпланетного пространства, разных явлений за пределами Солнечной системы, поиски внеземных форм жизни — все это стало доступно с помощью пилотируемых космических кораблей, беспилотных космических аппаратов и зондов-роботов. Постоянные наблюдения за Вселенной ведут с околоземных орбит десятки научных спутников, космических телескопов и обсерваторий.
Особенно широкое распространение получили космические зонды — автоматические космические аппараты, предназначенные для прямого изучения самых далеких объектов Солнечной системы и пространства между ними. Они способны пролетать на близком расстоянии от планет, астероидов и комет, фотографировать их поверхность с близкого расстояния, брать пробы атмосферы и грунта, измерять электромагнитные поля, вести сейсмические исследования.
За несколько тысячелетий был пройден путь от простейших угломерных инструментов до космических телескопов и приборов, способных на Земле уловить излучение от спички, зажженной на Луне. Современные астрономы научились наблюдать процессы, происходящие на расстоянии нескольких миллиардов световых лет от Солнечной системы, в недрах звезд и галактик.
«Глаза земли»
Современные оптические телескопы и другие приборы на их основе — спектрографы, солнечные телескопы, астрографы — изменились до неузнаваемости по сравнению с инструментами Галилея и Ньютона.
Зеркальные телескопы нового поколения имеют главные зеркала диаметром 8—10 м и способны самостоятельно устранять помехи, возникающие в атмосфере. Рекордсмены среди этих гигантов по разрешающей способности — 10 метровые телескопы Кек I и Кек II (США), 9,2-метровый телескоп Хобби-Эберли и 8-метровые телескопы Джемини и Субару, телескоп VLT Европейской южной обсерватории, а также находящийся в стадии постройки Большой бинокулярный телескоп LBT в штате Аризона (США).
С помощью современных радиотелескопов можно принимать большинство видов космических излучений, которые возникают в результате различных процессов, происходящих в веществе Вселенной при определенных условиях. Многие из них можно использовать не только в качестве «приемников», но и «передатчиков» мощных сигналов. Посылая импульсы излучения, телескоп улавливает их отражение от небесных тел, что позволяет получать изображения поверхности планет, скрытых плотной атмосферой, и изучать глубины таких «газовых гигантов», как Сатурн и Юпитер. Антенны радиотелескопов используются также для осуществления связи с космическими аппаратами, отправленными в странствия к границам Солнечной системы. С помощью радиотелескопов были открыты такие неизвестные в недалеком прошлом объекты, как нейтронные звезды, квазары, реликтовое излучение Вселенной.
Еще более необычные инструменты познания — инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-телескопы — настолько чувствительны и сложны, что просто не могут работать в земных условиях. Чтобы защитить их от «земных помех» и получить новую важную информацию о глубинах мироздания, эти приборы устанавливают на борту орбитальных астрономических обсерваторий-автоматов.
Крупнейшие астрономические обсерватории мира соревнуются между собой, создавая все более крупные инструменты и наращивая размеры их зеркал. Современный телескоп-рефлектор занимает целое здание, им управляет множество компьютеров. Самый мощный телескоп в Евразии построен в России — он находится на Северном Кавказе близ станицы Зеленчукской. Диаметр его главного зеркала — 6 м. Зеркало имеет массу около 70 т, а процесс его изготовления занял более двух лет. Но «королем» всех астрономических инструментов, расположенных на Земле, сегодня является Большой Канарский телескоп, построенный на Канарских островах по проекту ученых Мексики, Испании и США. Его зеркало имеет диаметр 10,4 м, он способен различать в межзвездном пространстве объекты в миллиард раз более слабые, чем человеческий глаз.
Измеряем космос
Для изучения и измерения космоса человек давно придумал мощнейшие телескопы, некоторые из них он даже вывел в космос, чтобы быть ближе к изучаемым объектам. Однако для измерения космоса у людей есть намного более простые «приборы», которые всегда с собой, — это наши руки. Стоящий в любой точке планеты человек может представить небо в виде сферы с окружностью размером 360 градусов, центром которой является он сам. Если полностью вытянуть руку и расположить пальцы определенным образом, можно измерить в градусах угловое расстояние между двумя небесными объектами: планетами, звездами и пр.
Конечно, измерение руками весьма приблизительно. И вообще, градусы — довольно большая величина для небесных тел. Говоря об их размерах и расстояниях между ними, часто используют минуты и секунды. В одном градусе — 60 минут, а в одной минуте — 60 секунд. К примеру, диаметры самых больших видимых с Земли космических объектов — Луны и Солнца — составляют по половине градуса (30 минут), а диаметр планеты Венера — всего 1 минуту.
Астролябия
Такое название носит один из старейших астрономических инструментов. Его основой служит «тарелка» с подвесным кольцом. Также имеется ось с двумя диоптрическими отверстиями. Установив центральную линию автролябии на уровне горизонта и «прицелившись» через диоптрические отверстия на выбранный объект (Луну, Солнце и др.), можно определить собственные координаты.
Высота над горизонтом
Секстант (от латинского — «шестой») — измерительный инструмент, с помощью которого определяют высоту космических тел над горизонтом. Через подзорную трубу «ловится» линия горизонта. Потом рычаг регулируется до тех пор, пока в эту трубу не «ловится» через систему линз изображение Солнца. Тем самым мы установим рычаг в определенном положении на дугообразной шкале. Цифра этой шкалы, на которой установился рычаг, будет использоваться в дальнейшем для вычисления координат.