Основні напрями наукових досліджень ФМІ


Оголошення


Новини


Дзеркала та зорі: як працює Головна астрономічна обсерваторія в Києві

Якщо ввечері ви помітите направлений в небо яскраво-зелений промінь зі сторони Голосіївського лісу, не лякайтесь. То не космічні прибульці проводять розвідку Києвом і не спецслужби працюють над секретною зброєю, це українські астрономи вимірюють відстань від Землі до штучних супутників, що обертаються навколо неї.

 

Кореспонденти Вікенду відвідали Головну астрономічну обсерваторію (ГАО), де вчені розповіли про свої дослідження та показали павільйони з телескопами. Ми дізнались, чи можливе життя на інших планетах, чому розповіді про вибух Сонця в найближчі роки — фейк та як мала планета №15675 отримала назву Голосіїво.

 

Коротко про ГАО

Знаходиться в Голосіївському лісі за 12 км від центра Києва на висоті 213 метрів над рівнем моря.

Заснована 17 липня 1944 року за ініціативою академіка Олександра Орлова, який і став першим директором.

Має 8 наукових відділів: фізики Сонця, фізики субзоряних та планетних систем, експериментальної астрофізики і оптики атмосфери, космічної геодинаміки, астрометрії, фізики космічної плазми, фізики зірок та галактик, позагалактичної астрономії та астро-інформатики.


Про телескопи, холод та планети

Більшості робота астрономів здається романтичною — сидить вчений вночі біля телескопа, дивиться в його окуляр і ретельно переглядає всі об'єкти в полі зору – чи не з'явилась там нова зірка, комета чи планета. Та в реальності все відбувається не зовсім так. Відкривати нові об'єкти — не головне завдання астрономів, є ще багато теоретичних та прикладних задач. Комп'ютери тепер потрібні астрономам не менше за телескопи. З ними, до речі, також не все просто — є різні види, які використовують для різних спостережень.

Георгій Ковальчук — кандидат фізико-математичних наук та старший науковий співробітник ГАО простими словами розповів нам про телескопи, роботу астрономів та космічні об'єкти. Також вчений показав один із телескопів ГАО. Зараз на ньому вже не проводяться наукові дослідження, використовують лише для аматорських астрономічних спостережень.

Георгій Ковальчук:

— Телескоп — основний робочий інструмент астронома. Для того, щоб телескоп міцно тримався, його колону ("ногу") встановлюють на фундаменті, який заглиблюють в землю на 5-6 метрів. Потужність телескопа визначає діаметр оптичного елемента — лінзи або дзеркала. . В першому випадку телескоп називається рефрактором, в другому — рефлектором.

Цьому телескопу 50 років, це одна з найпростіших моделей. У ньому лінза з діаметром 20 см — це дитяча пісочниця порівняно з найбільшим телескопом в світі, в якому встановлено дзеркало діаметром 11 метрів. На сучасних телескопах ГАО стоїть спеціальна камера і зображення показується на екрані монітору. Купол павільйону під час спостережень звичайно відкритий, і в приміщені дуже холодно взимку. Астроному, який працює на сучасному телескопі, не потрібно мерзнути, можна спостерігати через монітор з іншого приміщення. Якщо ж я використовую цей телескоп, то беру з собою термос з гарячим чаєм. Зігріватися обігрівачем не можна — гаряче повітря підіймається вгору і погіршує якість спостереження.

Проте до нашого телескопа можна під'єднати камеру, щоб зробити фото космічних об'єктів. Наприклад, буде гарно видно кратери на Місяці, адже їх діаметр може досягати 50-100 кілометрів. Кратери називають на честь відомих жителів Землі. Також в цей телескоп гарно видно кільця Сатурна, та Юпітер з чотирма супутниками. Вдень можна вести спостереження і за Сонцем, але перед цим потрібно встановити спеціальну приставку, щоб спроектувати зображення Сонця на неї. Якщо ж астроном відразу подивиться на Сонце через лінзу, то втратить око. Через приставку ми можемо побачити плями на Сонці, поява яких свідчить про те, що скоро на Землі буде великий шарварок — розпочнуться магнітні бурі. Зазвичай вони призводять до проблем зі зв'язком, а також викликають різні негаразди, особливо у метеочутливих людей.

Записатись на аматорські спостереження може кожен бажаючий. Розклад на 2018 рік та контактний телефон є на сайті обсерваторії.

 

Темний бік Місяця і зорі на платівках

Спершу в обсерваторії було всього два телескопа. З їх допомогою можна було фотографувати небо на спеціальні склянні фото-платівки. За весь час було отримано близько 6000 таких платівок. Тепер такою технікою працівники не користуються, але платівки вирішили оцифрувати, щоб зберегти отримані данні спостережень. Башту першого телескопу перетворили на музей ГАО, а прилади — на експонати.

Науковий співробітник лабораторії швидкоплинних процесів у зірках Ірина Верлюк окрім наукової діяльності встигає проводити екскурсії для відвідувачів музею. Вчена розповіла, як змінилась обсерваторія за 74 роки.

Ірина Верлюк:

— Перший директор обсерваторії Олександр Якович Орлов ще з 1918 року добивався, щоб у Києві відкрили астрономічну обсерваторію, яка б відповідала всім вимогам науки того часу. Але тоді його ідею проігнорували. В 1938 році він знову намагався добитися створення обсерваторії, але проект не затвердили. І вже у 1944 році, коли Київ звільнили від фашистських загарбників, прийняли рішення будувати обсерваторію в 12 кілометрах від Києва, у Голосіївському лісі. За задумом будівля мала бути з білого мармуру і виглядати більш помпезно, проект обсерваторії доручили розробити академіку архітектури Щусєву, але грошей на такий проект не було і його спростили.

Олександра Яковича Орлова вважають засновником глобальної геодинаміки: його класичні роботи об'єднали методи астрономії та геофізики для дослідження Землі як планети.

Перші астрономи обсерваторії спостерігали за небом на двох телескопах — вертикальному колі та подвійному довгофокусному астрографі, яким вже більше ста років, Україна отримала їх по репарації з Німеччини, ще на початку заснування обсерваторії.

В астрономії багато розділів. Два великих з них — це астрометрія та астрофізика. Перша визначає точні координати космічних об'єктів та вивчає обертання Землі, а друга досліджує фізичні особливості небесних тіл, такі, як фізичний стан, хімічний склад , тощо.

В перші роки обсерваторії дослідження стосувалися суто астрометричних проблем: спостереження зір за всесоюзною програмою «Каталогу слабких зір», фотографування зір та галактик. Згодом тематика досліджень розширювалася: це і дослідження Місяця і планет, змінних зір, галактик, фізики Сонця, обертання Землі.

В 1970-му році силами співробітників ГАО почалося будівництво високогірної спостережної бази на піку Терскол (3100 метрів над рівнем моря). Саме там, у підніжжя вершини Ельбрус знаходиться найбільший телескоп, який належить Україні, з діаметром дзеркала 2 метри. Йому присвоєний статус національного надбання нашої країни. Будувався та встановлювався цей телескоп німецькою фірмою «Карл Цейс» на замовлення України.

Зараз обсерваторія на Кавказі працює, як міжнародний центр, тобто там постійно знаходяться українські працівники, які обслуговують телескоп , але мають можливість отримувати спостереження і науковці з інших країн.

Я також багато років їздила на Кавказ для спостережень на цьому телескопі. Ми з колегами із лабораторії швидкоплинних процесів у зірках вивчали спалахуючі зорі та займалися їх фотометричними дослідженнями. Також у нашій лабораторії була розроблена синхронна мережа телескопів, яка включала в себе телескопи Кримської астрофізичної обсерваторії, двох болгарських обсерваторій Белоградчик та Рожен, та двометрового телескопу на Кавказі.

На честь обсерваторії названа мала планета №15675 Голосіїво. Їі відкрили у Кримський астрофізичній обсерваторії і подарували ГАО на 60-річчя в 2004 році. Також іменами деяких видатних вчених обсерваторії названі астероїди та кратери на Місяці.

З 1975 року директор обсерваторії — академік НАН України доктор фізико-математичних наук Ярослав Степанович Яцків. Головна тема досліджень вченого — нерівномірность обертання Землі та зміщення її полюсів. Також він суттєво доповнив існуючи підходи до побудови небесної системи координат. За його підтримки створено високоточні каталоги фундаментальних слабких зір та джерел космічного радіовипромінювання.

В музеї ГАО ви 

  • відчуєте себе астрономом, адже можна побачити і доторкнутися до телескопів, на яких раніше працювали вчені обсерваторії.
  • перенесетеся в минуле: дізнаєтесь, в яких умовах працювали перші українські астрономи. В музеї відтворено навіть перший кабінет директора ГАО.
  • почнете пишатися українськими науковцями: дізнаєтесь про досягнення астрономів ГАО. Це і перша в світі карта темного боку Місяця, і відкриття нової галактики академіком Юрієм Ізотовим, і прилади для виявлення фізичних характеристик атмосфери Марса, Юпітера та Сатурна, розробка нових методів та програмного забезпечення для спостереження за космічними об'єктами.
  • полюбите астрономію: вам розкажуть про зорі та галактики, покажуть фото з поверхні Місяця, Сонця, планет Сонячної системи, а також дивовижні космічні речі, які вчені-астрономи привозили зі своїх експедицій.

Записатись на екскурсію можна по телефону: +38 097 236 28 80

 

Із Києва на Канари

Час від часу астрономи ГАО відвідують Канари. Та замість того, щоб засмагати на пляжі, вони і там ведуть спостереження. Такі відрядження — це не примха вчених, а необхідність через несприятливий астроклімат Києва. Про це ми дізнались від завідувача лабораторії методологічного та інформаційного забезпечення освіти і науки астрономічної (МІЗОН-А) Івана Крячка. Також він нам розповів, чому астрономам краще працювати в команді, де знаходиться найбільший в світі телескоп і як українські вчені можуть користуватися ним.

Іван Крячко:

— Нашу обсерваторію називають головною, тому що ми виконуємо практично всі можливі спостереження об'єктів всесвіту. Нас визнає світова астрономічна спільнота. Наприклад, наш заввідділу фізики Сонця Наталія Генадівна Щукіна очолювала один із департаментів Міжнародного астрономічного союзу, огранізації, яка об'єднує астрономів з усього світу. Наші сонячники (астрономи із відділу фізики Сонця) дуже круті серед астрономів світу.

Звичайно, наше обладнання не найкраще в світі. Найбільший телескоп ГАО, що знаходиться на Кавказі, має діаметр дзеркала 2 метра, а найбільші телескопи в світі мають одинадцятиметрові дзеркала — їх всього три. Та потрібно врахувати, що на території України немає такого місця, де можна було б поставити такий великий телескоп. У нас не найкращий астроклімат — зараз хмарно і так буде майже до березня. Один з цих великих телескопів знаходиться на Канарських островах, там впродовж трьохсот днів в році ясне небо.

Наші астрономи можуть поїхати на спостереження на Канари, в Америку чи в Чилі. Їм дозволяють працювати на цих великих телескопах безкоштовно. В світі багато астрономів, які хотіли б скористатися таким телескопом, навіть черга є. Науковий комітет розглядає заявки цих вчених і дає час на спостереження тим, кому він потрібніший. Це означає, що наші астрономи генерують цікаві завдання.

Наші астрономи мають можливість спостерігати на Космічному телескопі імені Габбла, він знаходиться в космосі і вважається найкращим в світі. Це спільний проект НАСА і Європейського космічного агентства.

За останні десять років багато молодих українських вчених виїхали за кордон та працюють в астрономічних установах інших країн. Добре, що зараз є така можливість, та й ми контактуємо з іноземними колегами, ділимось один з одним нашими працями. Зараз наукові програми міждержавні, а якщо подивитись на наукові публікації, то список авторів сягає інколи десятки прізвищ. В науці одинаки мало що зроблять, зазвичай успішно працюють міжнаціональні колективи.

 

З Сонцем все добре

Ми завітали до згадуваного відділу фізики Сонця. Крім складних наукових справ, в яких людям, далеким від астрономії, розібратися важко, вчені займаються і прикладними задачами, наприклад, передбаченням зміни клімату на Землі. Старший науковий співробітник цього відділу кандидат фізико-математичних наук Сергій Осіпов пояснив, як між собою пов'язані фізика, Сонце, клімат та астрономи.

Сергій Осіпов:

— Відділ фізики Сонця заснував вчений, один із перших науковців ГАО Ернест Андрійович Гуртовенко. На його честь і назвали горизонтальний сонячний телескоп АЦУ-5, на якому ми зараз працюємо. Нашому телескопу вже 50 років. Головне дзеркало має діаметр 45 см, а фокусна відстань 17 м.

Десять років тому в залі спектрографа було багато обладнання. Воно часто ламалось протягом спостережень. Недавно замість нього ми купили сучасну камеру з охолодженням, яка підключається до комп'ютера. Після цього за шість сезонів не було жодної поломки, якість і точність спостережень стала значно кращою.

Стіни телескопа мають подвійні повітряні подушки для кращої термоізоляції. Це важливо, тому що зміни температури деформують форму дзеркал і, таким чином, можуть сильно вплинути на результати спостережень, хоча дзеркала і виготовлені з матеріалу, що має малий коефіцієнт температурного розширення. Пил — це також ворог астронома, бо він осідає на дзеркала. Тому ми ретельно слідкуємо за чистотою в приміщенні.

Взимку спостереження не проводяться, бо Сонце рухається дуже низько над горизонтом. Цієї осіні ми завершили спостереження 28 жовтня, а наступний сезон розпочнеться у лютому-березні. Київське небо — це не Гавайї чи Аризона, якість зображення не дуже гарна. Та у нас є своя фішка — спектрограф подвійного проходження, це один з найкращих в світі приладів такого роду. Завдяки йому ми реєструємо дуже якісний спектр Сонця.

У нас є фотографії видимої частини сонячного спектра, на них тисячі ліній. Вивчаючи детальні форми цих ліній, зміну їх з часом і при переході від центра до краю Сонця, ми можемо встановлювати фізичні умови в сонячній атмосфері, наприклад, тиск, густину та температуру.

Спектроскопія розвинулась приблизно 150 років назад. Вчені почали вимірювати спектр Сонця, зрозуміли його склад. Одному хімічному елементу відповідають лише певні, строго визначені лінії.

Відкрити щось нове на Сонці зараз важко, адже багато вчених в світі роблять дослідження на кращому обладнанні. Можна сказати, що між нами конкуренція. Одна з прикладних тем, над якою ми працюємо в ГАО, — клімат. Ми визначаємо як змінюються з часом фізичні умови на Сонці, тобто воно холоднішає чи нагрівається. Деякі наші данні ще ніде не опубліковані.

Сонце змінне. Ми шостий рік спостерігаємо, як спектральні лінії змінюються з часом. Активність Сонця впливає на клімат Землі. У нас є підозра, що скоро ця активність зменшиться. Так вже було в 1645-1715 роках, коли на Сонці практично не було плям і знизилась температура на Землі. Можливо, скоро знову буде похолодання. Хоча ми знаємо, що зараз навпаки прогнозується глобальне потепління, але ж крім антропогенного фактору, потрібно враховувати і астрономічний.

Світло від поверхні Сонця до Землі йде 8 хвилин, а від центра Сонця до його поверхні — мільйон років. Адже густина елементів настільки велика, що промені не можуть швидше пройти. Ми бачимо світло Сонця, яке виникло мільйон років назад. Тому коли кажуть щось на зразок «от через 5 років вибухне Сонце» вірити не треба, з Сонцем все добре.

Взимку, коли спостереження вести не можемо, ми обробляємо отримані данні. Це не пауза для відпочинку, а продовження роботи. Створюються комп'ютерні програми для обробки, але все одно ми встигаємо опрацювати лише дані з центра диску Сонця, хоча спостерігаємо ще на його краях Сонця (лімбах). Вивчаються також і п'ятихвилинні коливання Сонця з їх допомогою можна з великою точністю визначити температуру в його центрі, яка досягає 15 млн. градусів.

 

Зелений промінь та екзопланети

Щоб дізнатися, як астрономи відкривають нові космічні об'єкти та на яких планетах можливе життя, ми звернулися до відділу фізики субзоряних та планетних систем. Науковий співробітник Юліана Кузнєцова розповіла нам про свою роботу, екзопланети, мережеві спостереження, а також відкрила таємницю зеленого променю.

Юліанна Кузнєцова:

— Времена, когда астрономы смотрели в телескоп и делали зарисовки на бумаге, в далеком прошлом. Теперь исследования определяются аппаратурой, которая подключается к телескопу. Она принимает и регистрирует данные наблюдений в цифровом режиме. Регистрировать световые потоки от очень далеких и слабых объектов возможно разными методами и на различных телескопах. В Главной астрономической обсерватории мы проводим наблюдения на телескопе Celestron с диаметром зеркала 14 дюймов. Используемая аппаратура позволяет получать фотометрические изображения — это прямые снимки с регистрацией как очень быстрых (доли секунд), так и продолжительных (годы) изменений в потоке света от звезды или планеты. На телескопах такого класса можно не только вести длительный мониторинг известных объектов, но и открывать новые. Интересно, что довольно большая часть экзопланет открыта на таких телескопах.

Экзопланеты — это планеты возле других звезд вне Солнечной системы. Они разнообразны, их много. На сегодняшний момент открыто более 3700 экзопланет, многие из них объединены в планетные системы, так называемые мультипланетные системы. Каменистых планет типа Земли среди открытых немного, но они точно существуют. Львиная доля экзопланет — это газовые гиганты, близкие по составу и размерам к нашему Юпитеру.

Когда астроном проанализировал данные фотометрических наблюдений, полученных на малых телескопах (с диаметром главного зеркала до 2 метров), и понял, что явно есть намек на открытие нового объекта, он пишет заявку на проведение наблюдений уже на больших телескопах со спектральными приборами. Это позволяет подтвердить или опровергнуть открытие. К примеру, такие телескопы с большим диаметром зеркал и дорогой спектральной аппаратурой находятся на Гавайях, в Чили, на Канарах. Существует несколько больших каталогов открытых объектов различных типов — звезд, галактик, комет, астероидов. Данные доступны для всех желающих, как профессионалов, так и аматоров.

В нашей обсерватории задача открытий новых объектов специально не ставится (хотя они случаются), так как погода не позволяет вести очень частые наблюдения. Мы с коллегой в отделе Физики субзвездных и планетных систем занимаемся исследованиями планет-гигантов Солнечной системы, двойных звездных систем, экзопланетных систем (звезда с одной или несколькими внесолнечными планетами). Некоторые из этих объектов мы наблюдаем на нашем телескопе — в основном это экзопланетные системы и двойные звездные системы. Конечно, загазованность и яркие огни Киева в какой-то мере мешают наблюдениям, но не сильно. Объекты наблюдений очень далекие, световые потоки слабые, но аппаратура позволяет получать качественные фотометрические данные, которые мы обрабатываем и набираем статистический материал. Результаты исследований публикуются в научных статьях, представляются на международных конференциях.

Астрономов в мире не так много, и каждый работает в своей узкой области. Многие друг друга знают и обмениваются данными, а работы всегда пишутся со ссылками на предыдущих исследователей. Самостоятельные исследования в нынешнее время крайне редки, в основном проводятся командные работы. Практикуются сетевые наблюдения, когда исследователи договариваются с коллегами из удаленных обсерваторий, некоторые могут находиться в другом полушарии. Это дает возможность наблюдать объект не короткий промежуток времени в несколько часов, а перекрывать и взаимно дополнять наблюдения, значительно увеличивая их длительность.

Исследования астрономов имеют не только научное, но и обширное практическое применение. Огромное значение имеют, к примеру, исследования природных ресурсов и окружающей среды с помощью космических систем. Спутниковые системы навигации крайне необходимы в целях прокладывания курса морских судов, прогноза и контроля обстановки, а также оперативной помощи в случае чрезвычайных ситуаций. Если корабль терпит бедствие в открытом океане, где нет ориентиров, то быстрое определение местоположения проводится через спутники. Без наземных наблюдений и коррекции положений невозможны полеты космических кораблей и спутников всех видов.

В соседнем с нашим куполе находится станция лазерных наблюдений. Там проводятся активные наблюдения искусственных спутников Земли с точностью до нескольких сантиметров. Красивое зрелище, когда ночью ярко-зеленый луч пронзает небо.

К нам в обсерваторию приходят люди на экскурсии и часто спрашивают, есть ли жизнь на других планетах. Многие с удивлением узнают о существовании планет вне нашей Солнечной системы. Довольно много условий, определяющих жизнепригодность планеты для организмов на основе углерода. Если не вдаваться в подробности, то основные из них — это наличие кислородосодержащей атмосферы и жидкой воды. Поэтому важно расположение планеты относительно центральной звезды. Чтобы вода была в жидкой фазе, планета должна находиться не слишком близко и не слишком далеко внутри участка околозвездного пространства, называемого «Зона обитаемости». Также планета должна быть каменистая, твердотельная, как Земля. К примеру, на Марсе, четвертой от Солнца планете, большие запасы воды сосредоточены в виде льда в приповерхностном слое вечной мерзлоты, а содержание кислорода в атмосфере всего лишь 0,145 % при подавляющем содержании углекислого газа (95,32 %) . В таких условиях жизнь, подобная земной, существовать не может.

Однако существует научно обоснованная вероятность потенциальной обитаемости некоторых экзопланет. В этом отношении интересна недавно открытая система TRAPPIST-1, одиночная звезда в созвездии Водолея. Из семи известных на сегодня планет этой системы три находятся в обитаемой зоне.

Вопрос о существовании жизни на других планетах остается открытым. На сегодняшний день найдено порядка 50 кандидатов в планеты, находящиеся в обитаемой зоне своих звёзд, и лишь несколько из них предположительно принадлежат земной группе.

 

В ГАО завжди раді відвідувачам. Вам залюбки розкажуть про обсерваторію, астрономів та далекі галактики, покажуть музей та телескопи. Цікаво буде і астрономам-аматорам, які самостійно вивчають космос, і романтикам та мрійникам, які обожнюють гуляти під зірками.

 

Головна Астрономічна Обсерваторія

Національної Академії Наук України

https://www.mao.kiev.ua/index.php/ua/

вул. Академіка Заболотного, 27

 

 

Космос вивчали Марина Шилович, Андрій Карпець

WEEKEND.TODAY

http://project.weekend.today/mao