Астроклимат

АСТРОКЛИМАТ - совокупность факторов, искажающих форму проходящего через атмосферу волнового фронта излучения небесных объектов. В условиях, когда волновой фронт доходит до оптич. инструмента (телескопа) неискажённым, инструмент может работать с макс. эффективностью (с разрешающей способностью, приближающейся к теоретической). Всестороннее изучение А.- важнейшая задача при выборе места установки крупных астрономич. инструментов.

Возможность наблюдения предельно слабых точечных объектов определяется получением с помощью телескопа более высокого светового контраста между объектом и фоном ночного неба. Этот контраст тем выше, чем меньше диаметр изображения объекта, построенного телескопом, и чем лучше астроклиматич. условия работы телескопа.

Как выяснилось, качество телескопич. изображения снижается гл. обр. из-за помех, вносимых приземным слоем атмосферы. Поверхность Земли благодаря собственному тепловому излучению в ночное время значительно охлаждается и охлаждает прилегающий к ней слой воздуха. Изменение темп-ры воздуха на 1^o С изменяет его показатель преломления на 10^-6, что уже сказывается на качестве изображения. На изолированных горных вершинах толщина приземного слоя воздуха со значит. перепадом (градиентом) теми-ры может достигать неск. десятков м. В долинах и на равнинных местах в ночное время этот слой значительно толще, он может составлять сотни м. Этим объясняется выбор мест для астрономич. обсерваторий на отрогах горных хребтов и на изолированных вершинах, откуда более плотный холодный воздух может стекать в долины. Высоту башни телескопа выбирают такой, чтобы инструмент находился выше осн. области температурных неоднородностей.

Важным фактором А. явл. ветер в приземном слое атмосферы. Перемешивая слои холодного и тёплого воздуха, он вызывает появление неоднородностей плотности в столбе воздуха над инструментом. Неоднородности, размер к-рых меньше диаметра телескопа, приводят к дефокусировке изображения. Более крупные флуктуации плотности (неск. м и крупнее) не вызывают резких искажений фронта волны и приводят в основном к смещению, а не к дефокусировке изображения. Низкочастотные (0,01 -10 Гц) смещения изображения могут быть скомпенсированы автоматикой телескопа.

В верхних слоях атмосферы (в тропопаузе) также наблюдаются флуктуации плотности и показателя преломления воздуха. Но возмущения в тропопаузе не влияют заметно на качество изображений, даваемых оптич. приборами, т. к. температурные градиенты там значительно меньше, чем в приземном слое. Эти слои вызывают не дрожание, а мерцание звёзд.

Флуктуации, меняющие наклон волнового фронта (вносящие т. н. угловые искажения), снижают эффективность телескопов, но не сказываются заметно на работе интерференционных приборов. В двухлучевом интерферометре Майкельсона два изображения точечного объекта (звезды) могут под действием факторов А. смещаться и деформироваться независимым образом. Однако изображения, имеющие вид дифракционных пятен, сравнительно велики, они всегда частично перекрываются (см. Спекл-интерферометрия). Слегка колеблющиеся интерференционные полосы постоянно видны во взаимно перекрывающейся части дифракционных пятен. По смещению интерференционных полос можно оценить характер т. н. фазовых искажений, вызванных А. над прибором. Фазовые искажения обусловлены задержкой отдельных участков фронта волны неоднородностями атмосферы. Обычно при достаточно малых угловых возмущениях волнового фронта его фазовые искажения также оказываются весьма незначительными. Поэтому изучение угловых искажений волнового фронта (дрожание изображения) явл. более чувствительным методом исследования А.

Исследование А. двухлучевым прибором (ДЛП) широко применяется для выбора места установки крупных телескопов. Расстояние между пучками лучей, поступающими в ДЛП, выбирается приблизительно равным диаметру телескопа, к-рый будет в этом месте установлен. ДЛП позволяет изучить дрожание для лучей, соответствующих краевой зоне зеркала телескопа, к-рая наиболее эффективно собирает свет. Результаты этих исследований дают возмогкность определить качество изображений, к-рые будет давать крупный телескоп в аналогичных условиях.

К важным этапам исследования А. относится изучение микропульсаций темп-ры с помощью малоинерционных термометров. Поднимая эти термометры над поверхностью Земли, определяют толщу слоя температурных неоднородностей.

При астроклиматич. исследованиях необходимо установить связь между числом ясных дней, регистрируемых метеослужбой, и числом ночей, пригодных для астрономич. наблюдении. Проведённый для территории СССР астроклиматич. анализ показывает, что наивыгоднейшими районами установки крупных телескопов явл. нек-рые горные районы среднеазиатских республик.

(П.В. Щеглов)