Астрономия и астрофизика в России. Наземные исследования
В прошлом номере журнала мы рассказывали об исследованиях, проводимых астрономами нашей страны с помощью космических обсерваторий. Хотя нет никакого сомнения в том, что космические телескопы дают нам много (и будут давать еще больше) высококачественных данных в широком диапазоне длин волн, не ограниченных влиянием земной атмосферы, тем не менее телескопы наземного базирования также являются важной и неотъемлемой частью астрономической инфраструктуры. Кроме того, сейчас активно развиваются современные методы анализа полученных данных, численного моделирования и лабораторной астрофизики. В этой статье мы попытаемся дать общую информацию о крупнейших российских наземных астрономических инструментах и о некоторых актуальных направлениях исследований, успешно развиваемых отечественными астрономами.
Астрономия занимает достаточно большое место в научных исследованиях, проводимых в России – астрономические исследования ведутся в 16 научных институтах РАН (среди них есть как чисто астрономические, например, Специальная астрофизическая обсерватория РАН (САО РАН), так и имеющие в своем составе соответствующие подразделения или научные группы, например, Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) или Физико-технический институт имени А. Ф. Иоффе РАН (ФТИ Иоффе). Кроме того, наряду с подготовкой специалистов, научные исследования в области астрономии проводятся и в ряде российских вузов (Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Казанский (Приволжский) федеральный университет, Уральский федеральный университет и др.).
При этом приходится признать, что наземная наблюдательная база астрономии в нашей стране существенно скромнее, чем в ведущих мировых центрах. Тем не менее ее поддержка и развитие имеют большое значение, особенно в текущей геополитической ситуации, когда доступ к ряду зарубежных инструментов существенно ограничен. Флагманом отечественной наземной астрономии по праву считается САО РАН, расположенная в поселке Нижний Архыз, которая в этом году отметит свое 60-летие. Здесь находятся крупнейшие инструменты нашей страны – 6-метровый оптический телескоп БТА (Большой Телескоп Азимутальный) и 600-метровый кольцевой радиотелескоп РАТАН-600 (РАдиоТелескоп Академии Наук). И БТА, и РАТАН-600 были построены еще в 70-х годах прошлого века, но все еще представляют высокую ценность для науки.
Хотя БТА уже давно не входит в число десяти самых крупных инструментов мира, но все же он остается крупнейшим телескопом в Евразии и самым северным из крупных телескопов мира. Кроме того, он является крупнейшим в мире телескопом, на котором выполняются наблюдения методом 3D-спектроскопии с интерферометрами Фабри-Перо высокого разрешения. САО РАН непрерывно работает над развитием своей инструментальной базы, разрабатывая новое оборудование и совершенствуя методы наблюдений. За последние годы здесь были созданы широкоформатные системы регистрации оптического излучения. Все это позволяет и в настоящее время получать высококачественные наблюдательные данные.
Среди фундаментальных научных достижений САО РАН последних десятилетий, полученных с помощью инструментов обсерватории, вне всякого сомнения, необходимо отметить яркие результаты, полученные группой д.ф.-м.н. И. Д. Караченцева. В результате многолетних наблюдений сотен галактик в Местном объеме (local volume – LV) радиусом 11 Мпк1, выполненных в оптическом диапазоне на телескопах БТА, космическом телескопе им. Хаббла и радиотелескопах разных обсерваторий, получены значения средней плотности барионного вещества и темной материи. В Местном объеме соотношение массы газа к массе звездного вещества составляет примерно 0,5. Запасов газа хватит еще на 10 млрд лет. Средняя плотность вещества здесь 3,7×108 М☉/ Мпк3. Плотность же темной материи 1,5×1010 М☉/Мпк3, что почти в 4 раза меньше, чем в принятых космологических моделях по реликтовому излучению. Авторы предполагают, что разница между плотностями может объясняться существованием двух разных типов темной материи – однородной, как океан, и сконцентрированной вокруг отдельных аттракторов.
1 1 Мегапарсек равен расстоянию в 3261561,203 световых года.
Активно развивались исследования с использованием методов спекл-интерферометрии (основанных на анализе зернистой структуры изображения космического объекта). Группой под руководством академика РАН Ю. Ю. Балеги, являющегося одним из разработчиков метода, с применением спекл-интерферометрии на БТА открыты более 200 новых кратных систем звезд с периодами орбит от сотен дней до сотен лет. Из наблюдений орбитального движения удалось уточнить эмпирическую зависимость «масса-светимость» для двойных звезд с маломассивными компонентами (0,1—0,5 масс Солнца). Благодаря высокому угловому разрешению метода, до 0,02 угловой секунды, были получены изображения оболочек звезд на последних стадиях эволюции и вычислены модели их строения.
Много было сделано в области исследования магнитных звезд. Недавно на телескопе БТА был завершен спектрополяриметрический обзор так называемых химически пекулярных звезд2, отождествленных в ассоциации Orion OB1. Обнаружено снижение с возрастом доли химически пекулярных звезд в целом и доли магнитных химически пекулярных звезд в частности по отношению к нормальным звездам того же класса, но без выраженных химических аномалий. У объектов моложе 1 млн лет магнитное поле не выявляется, далее происходит перестройка структуры звезды, и магнитное поле становится видимым, достигая максимума на временах порядка 2—3 млн лет, после чего падает в 3 раза на временах порядка 10 млн лет. Полученный результат является прямым и статистически достоверным подтверждением реликтового происхождения магнитных полей звезд ранних спектральных классов.
2 Химически пекулярные звезды – звезды главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга – Рассела в интервале температур примерно от 6000 до 17000 К, которые имеют в спектрах аномально сильные линии некоторых химических элементов (гелий, ртуть, марганец, кремний, хром, стронций, европий).
В Крымской астрофизической обсерватории Российской академии наук (КрАО РАН), отметившей в прошлом году свое 80-летие, находится второй по величине оптический телескоп нашей страны – ЗТШ (Зеркальный Телескоп им. Шайна) с диаметром зеркала 2,6 метра. И ЗТШ, и целый ряд других инструментов обсерватории были созданы достаточно давно, но крымские астрономы также уделяют большое внимание их поддержке и развитию. В частности, недавно было создано новое приемное оборудование и система управления Башенного солнечного телескопа обсерватории (БСТ-1), построенного более 50 лет назад. Обновление этого инструмента позволило вывести его на современный мировой уровень наблюдений Солнца, появилась возможность регистрировать детали на поверхности Солнца (пятна, поры, грануляцию, факелы) с пространственным разрешением лучше 1 угловой секунды со скоростью 50 кадров в секунду. Такие возможности регистрации позволяют применять математические методы для существенного повышения пространственного и временного разрешения. Получаемые изображения пятен, пор и грануляции незначительно уступают по качеству лучшим наземным зарубежным инструментам и существенно превосходят общедоступные наблюдения с космической обсерватории SDO (