Астрофізика як наука

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Мета, задачі та основні розділи астрофізики. Зв'язок астрофізики з іншими науками

Астрофізика, розділ астрономії, що вивчає фізичні явища, що відбуваються в небесних тілах, їх системах і в космічному просторі, а також хімічні процеси в них. А. включає розробку методів отримання інформації про фізичні явища у Всесвіті, збір цієї інформації (головним чином шляхом астрономічних спостережень), її наукову обробку і теоретичне узагальнення. Теоретична А., займаючись узагальненням і поясненням фактичних даних, отриманих спостережливою А., користується законами і методами теоретичної фізики. Сукупність методів спостережливої А. часто називають практичною А.

На відміну від фізики, в основі якої лежить експеримент, пов'язаний з довільною зміною умов протікання явища, А. ґрунтується головним чином на спостереженнях, коли дослідник не має можливості впливати на хід фізичного процесу. Проте при вивченні того або іншого явища зазвичай трапляється нагода спостерігати його на багатьох небесних об'єктах за різних умов, так що кінець кінцем Л. опиняється в не менш сприятливому положенні, чим експериментальна фізика. У багатьох випадках умови, в яких знаходиться речовина в небесних тілах і системах, набагато відрізняються від доступних сучасним фізичним лабораторіям (надвисока і наднизька щільність, високі температури і т. п.). Завдяки цьому астрофізичні дослідження нерідко призводять до відкриття нових фізичних закономірностей.

Історично склався розподіл спостережливою А. на окремі дисципліни за двома ознаками: по методах спостереження і по об'єктах спостереження. Різним методам присвячені такі дисципліни, як астрофотометрія, астроспектроскопія, астроспектрофотометрія, астрополяриметрія, астроколориметрія, рентгенівська астрономія, гамма-астрономія та ін. Прикладом дисциплін, виділених по об'єкту дослідження, можуть служити: фізика Сонця, фізика планет, фізика туманностей галактичних, фізика зірок та ін.

У міру розвитку техніки космічних польотів в астрофізичних дослідженнях все більшу роль грає позаатмосферна астрономія, заснована на спостереженнях за допомогою інструментів, розміщених на штучних супутниках Землі і космічних зондах. З розвитком космонавтики з'явилася можливість встановлювати такі інструменти також і на інших небесних тілах (передусім на місяці). На цій же основі передбачається розвиток експериментальної астрономії. На межі спостережливої і експериментальної астрономії знаходяться астрономія (радіолокація метеорів, Місяця, найближчих до Землі планет) радіолокації, а також лазерна астрономія, одержуючі інформацію про небесні тіла, використовувану в А., шляхом їх штучного освітлення пучками електромагнітних хвиль.

2. Огляд сучасних уявлень про походження, будову та розвиток Всесвіту. Просторово-часові масштаби сучасної фізики та астрофізики (_ см, _)

Питання про походження Всесвіту з усіма її відомими і доки невідомими властивостями споконвіку хвилює людину. Але тільки в ХХ столітті, потім, виявлення космологічного розширення, питання про еволюцію Всесвіту стало помалу вияснюватися. Останні наукові дані дозволили зробити висновок, що наш Всесвіт народився 15 мільярдів років назад в результаті Великого вибуху. Але що саме вибухнуло в той момент і що, власне, існувало до Великого вибуху як і раніше залишалося загадкою. Створена у кінці ХХ століття інфляційна теорія появи нашого світу дозволила істотно просунутися у вирішенні цих питань, і загальна картина перших митей Всесвіту сьогодні вже непогано промальована, хоча багато проблем ще чекають свого часу.

Ця модель лише ілюструє процес загального розширення нашого тривимірного простору. Дві будь-які точки сфери, що роздувається, втікають один від одного, причому чим більше вони видалені, тим вище швидкість розльоту.

Карта температури реліктового випромінювання, отримана супутниками "COBE" (США) і "Реликт-1" (Росія). Варіації температури від точки до точки не перевищують однієї десятитисячної градуса Кельвіна

До початку минулого століття були всього два погляди на походження нашого Всесвіту. Учені вважали, що вона вічна і незмінна, а богослови говорили що Світ створений і у нього буде кінець. Двадцяте століття, зруйнувавши дуже багато що з того, що було створено в попередні тисячоліття, зуміло дати свої відповіді на більшість питань, що займали уми учених минулого. І можливо, одним з найбільших досягнень минулого століття, є прояснення питання про те, як виник Всесвіт, в якому ми живемо, і які існують гіпотези з приводу його майбутнього.

Простий астрономічний факт - розширення нашого Всесвіту - привело до повного перегляду усіх космогонічних концепцій і розробки нової фізики - фізики виникаючих і зникаючих світів. Всього 70 років тому Едвін Хаббл виявив, що світло від більше далеких галактик «красніше» світла від ближчих. Причому швидкість розгону виявилася пропорційна відстані від Землі (закон розширення Хаббла). Виявити це вдалося завдяки ефекту Доплера (залежності довжини хвилі світла від швидкості джерела світла). Оскільки більше далекі галактики здаються «червонішими», то припустили, що і віддаляються вони з більшою швидкістю. До речі, розбігаються не зірки і навіть не окремі галактики, а скупчення галактик. Найближчі від нас зірки і галактики пов'язані один з одним гравітаційними силами і утворюють стійкі структури Причому в якому напрямі не подивися, скупчення галактик розбігаються від Землі з однаковою швидкістю, і може здатися, що наша Галактика є центром Всесвіту, проте це не так. Де б не знаходився спостерігач, він скрізь бачитиме все ту ж картину - усі галактики розбігаються від нього.

Але такий розліт речовини зобов'язаний мати початок. Значить, усі галактики повинні були народитися в одній точці. Розрахунки показують, що сталося це приблизно 15 млрд. років назад. У момент такого вибуху температура була дуже великою, і повинні були з'явитися дуже багато квантів світла. Звичайно, з часом усе остигає, а кванти розлітаються по виникаючому простору, але відгомони Великого вибуху повинні були зберегтися до наших днів.

Перше підтвердження факту вибуху прийшло в 1964 році, коли американські радіоастрономи Р. Вильсон і А. Пензиас виявили реліктове електромагнітне випромінювання з температурою близько 3° за шкалою Кельвіна (- 270°С). Саме це відкриття, несподіване для учених, переконало їх в тому, що Великий вибух дійсно мав місце і спочатку Всесвіт був дуже гарячим.

Теорія Великого вибуху дозволила пояснити безліч проблем, що стояли перед космологією. Але, на жаль, а може, і на щастя, вона ж поставила і низку нових запитань. Зокрема: Що було до Великого вибуху? Чому наш простір має нульову кривизну і вірна геометрія Евкліда, яку вивчають в школі? Якщо теорія Великого вибуху справедлива, то чому нинішні розміри нашого Всесвіту що значно більше передбачається теорією 1 сантиметра? Чому Всесвіт на подив однорідний, тоді як при будь-якому вибуху речовина розлітається в різні боки украй нерівномірно? Що привело до початкового нагріву Всесвіту до неймовірної температури більше 10¹³ К^?

Усе це вказувало на те, що теорія Великого вибуху неповна. Довгий час здавалося, що просунутися далі вже неможливо. Тільки чверть століття назад завдяки роботам російських фізиків Э. Глинера і А. Старобинского, а також американця А. Гуса було описано нове явище - надшвидке інфляційне розширення Всесвіту. Опис цього явища ґрунтується на добре вивчених розділах теоретичної фізики - загальній теорії відносності Ейнштейна і квантової теорії поля. Сьогодні вважається загальноприйнятим, що саме такий період, що дістав назву «інфляція», передував Великому вибуху.

Розміри Всесвіту астрономи оцінюють як 10²⁸ см, тоді як почався інфляційний процес з флуктуації розміром 10-33 см Величина протона, тобто атомного ядра атома водню, - 10^-13 см Таким чином, виходить, що Всесвіт спочатку був в стільки ж разів менше протона, в скільки протон менше місяця. До речі, місяць по відношенню до сучасного Всесвіту має приблизно той же розмір, що і початкова флуктуація порівняно з ядром атома водню.

2.1 Суть інфляції

При спробі дати уявлення про суть початкового періоду життя Всесвіту доводиться оперувати такими надмалими і надвеликими числами, що наша уява насилу їх сприймає. Спробуємо скористатися деякою аналогією, щоб зрозуміти суть процесу інфляції. Уявимо собі покритий снігом гірський схил, в який украплені різнорідні дрібні предмети - камінчики, гілки і шматочки льоду. Хтось, що знаходиться на вершині цього схилу, зробив невеликий сніжок і пустив його котитися з гори. Рухаючись вниз, сніжок збільшується в розмірах, оскільки на нього налипають нові шари снігу з усіма включеннями. І чим більше розмір сніжку, тим швидше він збільшуватиметься. Дуже скоро з маленького сніжку він перетвориться на величезний ком. Якщо схил закінчується прірвою, то він полетить в неї зі швидкістю, що усе більш збільшується. Досягнувши дна, ком удариться об дно прірви і його складові частини розлетяться на всі боки (до речі, частина кінетичної енергії кому при цьому піде на нагрів довкілля і снігу, що розлітається).

Тепер опишемо основні положення теорії, використовуючи приведену аналогію. Передусім фізикам довелося ввести гіпотетичне поле, яке було названо «інфлатонним» (від слова «інфляція»). Це поле заповнювало собою увесь простір (у нашому випадку - сніг на схилі). Завдяки випадковим коливанням воно набувало різних значень в довільних просторових областях і в різні моменти часу. Нічого істотного не відбувалося, поки випадково не утворилася однорідна конфігурація цього поля розміром більше 10^-33 см Що ж до спостережуваної нами Всесвіту, то вона в перші миті свого життя, мабуть, мала розмір 10^-27 см Передбачається, що на таких масштабах вже справедливі основні закони фізики, відомі нам сьогодні, тому можна передбачити подальшу поведінку системи. Виявляється, що відразу після цього просторова область, зайнята флуктуацією (від латів. fluctuatio - «коливання», випадкові відхилення спостережуваних фізичних величин від їх середніх значень), починає дуже швидко збільшуватися в розмірах, а інфлатонне поле прагне зайняти положення, в якому його енергія мінімальна (снігова грудка покотилася). Таке розширення триває всього 10-35 секунд, але цього часу виявляється досить для того, щоб діаметр Всесвіту зріс як мінімум в 1027 разів і до закінчення інфляційного періоду наш Всесвіт придбав розмір приблизно 1 см Інфляція закінчується, коли інфлатонне поле досягає мінімуму енергії - далі падати нікуди. При цьому кінетична енергія, що накопичилася, переходить в енергію часток, що народжуються і розлітаються, інакше кажучи, відбувається нагрів Всесвіту. Якраз цей момент і називається сьогодні Великим вибухом.

Залишки найновішої NGC 6995 - це гарячий газ, що світиться, утворився після вибуху зірки 20-30 тисяч років назад. Подібні вибухи 10-14 млрд. років назад активно збагачували простір важкими елементами з яких згодом утворювалися планети і зірки наступного покоління.

Коротка історія Всесвіту

Це зображення описує розвиток Всесвіту з часу Великого вибуху, до "наших" днів. Від появи елементарних часток і атомів, до сучасних галактик і планет.

Детальні пояснення до зображення см внизу.

Гора, про яку говорилося вище, може мати дуже складний рельєф - декілька різних мінімумів, долини внизу і всякі пагорби і купини. Снігові коми (майбутні всесвіти) безперервно народжуються нагорі гори за рахунок флуктуацій поля. Кожен ком може скотитися у будь-який з мінімумів, породивши при цьому свій всесвіт із специфічними параметрами Причому всесвіти можуть істотно відрізнятися один від одного. Властивості нашого Всесвіту найдивовижнішим чином пристосовані до того, щоб на ній виникло розумне життя. Іншим всесвітам, можливо, повезло менше.

Ще раз хотілося б підкреслити, що описаний процес народження Всесвіту «практично ні з чого» спирається на строго наукові розрахунки. Проте у всякої людини, що уперше знайомиться з інфляційним механізмом, описаним вище, виникає немало питань.

Сьогодні наш Всесвіт складається з великого числа зірок, не кажучи вже про приховану масу. І може здатися, що повна енергія і маса Всесвіту величезні. І абсолютно незрозуміло, як це усе могло поміститися в первинному об'ємі 10^-99 см³. Проте у Всесвіті існує не лише матерія, але і гравітаційне поле. Відомо, що енергія останнього негативна і, як виявилось, в нашому Всесвіті енергія гравітації в точності компенсує енергію, що знаходиться в частках, планетах, зірках і інших масивних об'єктах. Таким чином, закон збереження енергії прекрасно виконується, і сумарна енергія і маса нашого Всесвіту практично дорівнюють нулю. Саме ця обставина частково пояснює, чому Всесвіт, що зароджується, тут же після появи не перетворився на величезну чорну діру. Її сумарна маса була абсолютно мікроскопічна, і спочатку просто нічому було колапсувати. І тільки на пізніших стадіях розвитку з'явилися локальні згустки матерії, здатні створювати поблизу себе такі гравітаційні поля, з яких не може вирватися навіть світло. Відповідно, і часток, з яких «зроблені» зірки, на початковій стадії розвитку просто не існувало. Елементарні частки почали народжуватися в той період розвитку Всесвіту, коли інфлатонне поле досягло мінімуму потенційної енергії і почався Великий вибух.

Область, зайнята інфлатонним полем, розросталася зі швидкістю, істотно більшій швидкості світла, проте це ніскільки не суперечить теорії відносності Ейнштейна. Швидше за світло не можуть рухатися лише матеріальні тіла, а в даному випадку рухалася уявна, нематеріальна межа тієї області, де народжувався Всесвіт (прикладом надсвітового руху є переміщення світлової плями по поверхні місяця при швидкому обертанні освітлюючого її лазера). Причому довкілля зовсім не чинило опір розширенню області простору, охопленого усе більш швидко розростається інфлатонним полем, оскільки її як би не існує для виникаючого Світу. Загальна теорія відносності стверджує, що фізична картина, яку бачить спостерігач, залежить від того, де він знаходиться і як рухається. Так от, описана вище картина справедлива для «спостерігача», що знаходиться усередині цієї області. Причому цей спостерігач ніколи не дізнається, що відбувається поза тією областю простору, де він знаходиться. Інший «спостерігач», що дивиться на цю область зовні, ніякого розширення зовсім не виявить. У кращому разі він побачить лише невелику іскорку, яка по його годиннику зникне майже миттєво. Навіть найвитонченіша уява відмовляється сприймати таку картину. І все-таки вона, мабуть, вірна. Принаймні, так вважають сучасні учені, черпаючи упевненість у вже відкритих законах Природи, правильність яких багаторазово перевірена.

Слід сказати, що це инфлатонное поле і зараз продовжує існувати і флуктуіровати. Але тільки ми, внутрішні спостерігачі, не в змозі цього побачити - адже для нас маленька область перетворилася на колосальний Всесвіт, меж якого не може досягти навіть світло.

Отже, відразу після закінчення інфляції гіпотетичний внутрішній спостерігач побачив би Всесвіт, заповнений енергією у вигляді матеріальних часток і фотонів. Якщо усю енергію, яку міг би виміряти внутрішній спостерігач, перевести в масу часток, то ми отримаємо приблизно 10⁸⁰ кг Відстані між частками швидко збільшуються із-за загального розширення. Гравітаційні сили тяжіння між частками зменшують їх швидкість, тому розширення Всесвіту після завершення інфляційного періоду поступово сповільнюється.

Вибухи найновіших зірок настільки яскраві, що затьмарюють своїм світлом мільярди інших, що спокійно горять в галактиці, зірок. Саме завдяки таким вибухам виникає будівельний матеріал, необхідний для формування нових планет.

Чим далі знаходиться той або інший астрономічний об'єкт, тим про більше ранній період життя нашого Всесвіту він може розповісти. В результаті, спостерігаючи спалахи далеких найновіших, фізики не лише заглядають в глиб Всесвіту, але і уточнюють шляхи її початкового розвитку, коли вона була ще зовсім молодою.

Що ж чекає наш Всесвіт надалі? Ще кілька років тому у теоретиків в зв'язку з цим були всього дві можливості. Якщо щільність енергії у Всесвіті мала, то вона вічно розширюватиметься і поступово остигатиме. Якщо ж щільність енергії більше деякого критичного значення, то стадія розширення зміниться стадією стискування. Всесвіт стискуватиметься в розмірах і нагріватися. Значить, одним з ключових параметрів, що визначає розвиток Всесвіту, є середня щільність енергії. Так от, астрофізичні спостереження, що проводяться до 1998 року, говорили про те, що щільність енергії складає приблизно 30% від критичного значення. А інфляційні моделі передбачали, що щільність енергії має бути рівна критичною. Апологетів інфляційної теорії це не дуже бентежило. Вони відмахувалися від опонентів і говорили, що не вистачає 70% «як-небудь знайдуться». І вони дійсно знайшлися. Це велика перемога теорії інфляції, хоча знайдена енергія виявилася такою дивною, що викликала більше питань, ніж відповідей. Схоже, що шукана темна енергія - це енергія самого вакууму.

Активна газова туманність, виявлена телескопом "Хаббл" в сусідній галактиці NGC 604. У цій гігантській газовій туманності вже народилися тисячі зірок, і процес їх утворення триває. Її діаметр 1300 світлових років

1 - Пульсуюча модель Всесвіту, період розширення - період стискування. 2 - Всесвіт із строго підігнаною середньою щільністю, в точності рівній критичній. Розширення увесь час сповільнюється. 3 - що Рівномірно розширюється за інерцією Вселена. 4 - Світ, що розширюється зі все більшою швидкістю. Домінуюча модель у наш час

В уявлені людей не пов'язаних з фізикою, вакуум - «це коли нічого немає» - ні речовини, ні часток, ні полів. Проте це не зовсім так. Стандартне визначення вакууму - цей стан, в якому відсутні частки. Оскільки енергія знаходиться саме в частках, то, як резонно вважали чи не усі, включаючи і учених, немає часток - немає і енергії. 3начить, енергія вакууму дорівнює нулю. Уся ця милостива картина рухнула в 1998 році, коли астрономічні спостереження показали, що розгін галактик трішки відхиляється від закону Хаббла. Викликаний цими спостереженнями у космологів шок тривав недовго. Дуже швидко стали публікуватися статті з поясненням цього факту. Найпростішим і природнішим з них виявилася ідея про існування позитивної енергії вакууму. Адже вакуум, врешті-решт, означає просто відсутність часток, але чому лише частки можуть мати енергію? Виявлена темна енергія виявилася розподіленою в просторі на подив однорідно. Подібну однорідність важко здійснити, адже якби ця енергія знаходилася в якихось невідомих частках, гравітаційна взаємодія примушувала б їх зібратися в грандіозні конгломерати, подібні до галактик. Тому енергія, захована в просторі - вакуумі, дуже витончено пояснює влаштування нашого світу.

Проте можливі і інші, більше екзотичні, варіанти світоутворення. Наприклад, модель Квінтесенції, елементи якої були запропоновані радянським фізиком А.Д. Борговим в 1985 році, припускає, що ми все ще скачуємося з тієї самої гірки, про яку говорилося на початку нашого оповідання. Причому котимося ми вже дуже довго, і кінця цьому процесу не видно. Незвичайна назва, запозичена у Арістотеля, означає деяку «нову суть», покликану пояснити, чому світ влаштований так, а не інакше.

Сьогодні варіантів відповіді на питання про майбутнє нашого Всесвіту стало значно більше. І вони істотно залежать від того, яка теорія, що пояснює приховану енергію, є правильною. Припустимо, що вірне просте пояснення, при якому енергія вакууму позитивна і не міняється з часом. В цьому випадку Всесвіт вже ніколи не стискуватиметься і нам не загрожує перегрівання і Великий хлопок. Але за усе хороше доводиться платити. В цьому випадку, як показують розрахунки, ми в майбутньому ніколи не зможемо досягти усіх зірок. Більше того, кількість галактик, видимих з 3емлі, зменшуватиметься, і через 10^-20 млрд. років у розпорядженні людства залишиться всього декілька сусідніх галактик, включаючи нашу - Чумацький Шлях, а також сусідню Андромеду. Людство вже не зможе збільшуватися кількісно, і тоді доведеться зайнятися своєю якісною складовою. У розраду можна сказати, що декілька сотень мільярдів зірок, які будуть нам доступні в так віддаленому майбутньому, - це теж немало.

Втім, чи знадобляться нам зірки? 20 мільярдів років - великий термін. Адже всього за декілька сотень мільйонів років життя розвинулося від трилобіту до сучасної людини. Отже наші далекі нащадки, можливо, будуть на вигляд і можливостям відрізнятися від нас ще більше, ніж ми від трилобіту. Що ж обіцяє їм ще віддаленіше майбутнє, за прогнозами сучасних учених? Ясно, що зірки будуть тим або іншим способом «помирати», але утворюватимуться і нові. Цей процес теж не нескінченний - приблизно через 10¹⁴ років, по припущенню учених, у Всесвіті залишаться тільки слабосвітні об'єкти - білі і темні карлики, нейтронні зорі і чорні діри. Майже усі вони також загинуть через 10³⁷ років, вичерпавши усі запаси своєї знергии. До цього моменту залишаться лише чорні діри, що поглинули усю іншу матерію. Що може зруйнувати чорну діру? Будь-які наші спроби зробити це лише збільшують її масу. Але «ніщо не вічне під місяцем». Виявляється, чорні діри повільно, але випромінюють частки. Значить, їх маса поступово зменшується. Усі чорні діри теж повинні зникнути приблизно через 10¹⁰⁰ років. Після цього залишаться лише елементарні частки, відстань між якими набагато перевершуватиме розміри сучасного Всесвіту (приблизно у 10⁹⁰ разів) - адже весь цей час Всесвіт розширювався! Ну і, звичайно, залишиться енергія вакууму, яка абсолютно домінуватиме у Всесвіті. До речі, властивості такого простору уперше вивчив В. де Сіттер ще в 1922 році. Отже нашим нащадкам належить або змінити фізичні закони Всесвіту, або перебратися в інші всесвіти. Зараз це здається неймовірним, але хочеться вірити в могутність людства, як би воно, людство, не виглядало в так віддаленому майбутньому. Тому що часу у нього предостатньо.

До речі, можливо, що вже і зараз ми, самі того не відаючи, створюємо нові всесвіти. Для того, щоб в дуже маленькій області виник новий всесвіт, необхідно ініціювати інфляційний процес, який можливий тільки при високій щільності енергій. Адже експериментатори вже давно створюють такі області, зіштовхуючи частки на прискорювачах... І хоча ці енергії ще дуже далекі від інфляційних, вірогідність створення всесвіту на прискорювачі вже не дорівнює нулю. На жаль, ми є тим самим «видаленим спостерігачем», для якого час життя цього «рукотворного» всесвіту занадто мало, і впровадитися в неї і подивитися, що там відбувається, ми не можемо...

3. Сучасні наземні й космічні телескопи. Астрономічні обсерваторії

Телескопи і обсерваторії - невід'ємна складова роботи будь-якого астронома. Проте сучасні телескопи далеко пішли від своїх попередників. Так, наприклад, виросли розміри дзеркал, підвищилася точність їх виготовлення, стали широко використовуватися космічні телескопи і, нарешті, значно зросла кількість діапазонів довжин хвиль, в яких ведуться спостереження. Адже оптичний діапазон, видимий людському оку, - це украй вузький інтервал частот, тоді як багато інших процесів у Всесвіті супроводжуються випромінюванням на абсолютно інших частотах. Таким чином, спорудження наземних і космічних обсерваторій, працюючих в інфрачервоному, ультрафіолетовому, рентгенівському, терагерцовом і інших діапазонах допоможе відкрити нові об'єкти і знайти нові закономірності у Всесвіті.

3.1 Новий чилійський телескоп займеться «холодним Всесвітом»

Обсерваторія APEX для дослідження «холодного Всесвіту» була офіційно відкрита 25 вересня. За допомогою нового телескопа, встановленого в чилійській пустелі Атакама, астрономи збираються вивчати міжзоряну речовину і космічний пил, які недоступні звичайним оптичним системам. Телескоп з 12-метровою антеною одночасно чутливий до найкоротших радіохвиль і самого довгохвильового інфрачервоного випромінювання - цю ділянку спектру називають субміліметровою (довжини хвиль 0.2-1.5 мм). Як встановив Макс Планк на початку 20 століття, в такому діапазоні розсіюється теплова енергія тіл з температурою від декількох до 100-150 градусів Кельвіна.

Міліметрова і субміліметрова астрономія надає унікальні можливості по вивченню перших галактик, що сформувалися у Всесвіті, а також процеси народження зірок і планет. Зокрема, APEX дозволить астрономам вивчати хімічні і фізичні умови в молекулярних хмарах - щільних газопилових утвореннях - де і відбувається формування зірок. Новий телескоп - найбільше з подібних пристосувань в південній півкулі. До цього, з 1987 по 2003 роки, для спостережень в схожому діапазоні (зрушеному у бік менших частот і менших температур) використовували 15-метровий телескоп SEST. Відомо, що найбільші оптичні телескопи доки мають менші дзеркала, а антени радіотелескопів можуть бути набагато більше. Проміжні розміри пояснюють проміжними вимогами до нерівностей дзеркала. APEX - частина Південної європейської обсерваторії (ESO), що належить десяти країнам Євросоюзу і Швейцарії і що об'єднує декілька розташованих в Чилі інструментів. Передбачається, що в майбутньому APEX стане частиною розподіленої мережі телескопів ALMA.

3.2 Новий інфрачервоний телескоп для космічних спостережень

Велика частина Всесвіту залишається невидимою для нас. Причина полягає в тому, що наші очі сприймають лише невелику частину електромагнітного спектру. Між тим, спостереження, наприклад, в інфрачервоних променях дозволяють астрономам виявити приховані зоряні об'єкти і такі процеси, як народження зірок. Через два роки учені зможуть проводити спостереження на найбільшому інфрачервоному космічному телескопі Herschel («Хершель»). Нещодавно кореспонденти журналу Euronews Space отримали можливість подивитися на цей телескоп, який є «перлиною» високих технологій і має найбільше головне дзеркало з коли-небудь виведених в космос. Нова обсерваторія Європейського космічного агентства, яку планується запустити в 2007 році, має попередників з багатою історією. Так, в 1980-х роках супутник IRAS, спільно розроблений США, Великобританією і Голландією, провів спостереження 25 тисяч космічних ІЧ-джерел. Новий супутник ISO Європейського агентства, запущений в 1995 році, продовжив спостереження, надаючи велику кількість даних аж до травня 1998 року. Нині роль космічної інфрачервоної обсерваторії виконує телескоп Spitzer (космічне агентство NASA). Новий же телескоп Herschel ще розсуне межі ІЧ-астрономії і дасть ученим можливість вести спостереження на ще більших довжинах хвиль.

Наші очі сприймають лише невелику частину електромагнітного спектру. Між тим, спостереження в інфрачервоних променях дозволяють астрономам виявити приховані зоряні об'єкти і такі процеси, як народження зірок.

3.3 Новий інфрачервоний телескоп для космосу

Хоча сам супутник знаходиться під відповідальністю Alcatel Space, головним підрядником на його конструювання є EADS Astrium. Впродовж останніх тижнів, інженери EADS Astrium піддали телескоп серії механічних кваліфікаційних тестів. Усі випробування проводилися в умовах високої частоти, щоб уникнути якого-небудь забруднення поверхні дзеркала із-за конденсації, пилу або молекулярних слідів. Ивс Тулемон (Yves Toulemont), керівник проекту Herschel, відзначає украй мала вага дзеркала. «Для порівняння, Hubble має головне дзеркало з діаметром 2.4 метра, і важить цей телескоп 1500 кг. Наш телескоп має діаметр 3.5 метра, при масі всього 320 кг», - говорить він. Створення подібного телескопа зажадало застосування найсучасніших технологій. Так, головне дзеркало складається з 12 «пелюсток», безшовних сполучених один з одним. Структуру дзеркала складає керамічна основа з карбіду кремнію. Її товщина дорівнює всього 4 міліметра, але, в той же час, вона дуже стійка до механічних і температурних дій, які виникнуть при виведенні телескопа в космос. Висота нерівностей дзеркала не перевищує трьох мікрометрів.

Вторинне дзеркало телескопа також виготовлене з карбіду кремнію, і висота його нерівностей не перевищує одного мікрона. Обидва дзеркала покрито тонким шаром алюмінію, за допомогою якого і відбувається віддзеркалення. Стартова маса телескопа складає трохи більше трьох тонн. Основну її частину складає криостат - гігантський «термос», що охолоджується рідким гелієм. Усередині нього розташовані усі детектори трьох основних наукових інструментів телескопа. Останні отримують інфрачервоне випромінювання, що збирається дзеркалом, і повинні триматися при температурах нижче - 271 градуса Цельсія. Herschel був виведений в космос ракетою Ariane 5 в другій половині 2007 року разом з іншим супутником Planck, який вивчає космічне мікрохвильове фонове випромінювання. Потім два апарати розділяться, і «Хершель» буде спрямований в особливу точку - так звану точку Лагранжа L - 2. «Точка L - 2 знаходиться на відстані 1.5 млн. кілометрів від Землі в напрямі, протилежному до Сонця. - пояснює Тулемон. - Вона є особливою, оскільки апарат матиме фіксоване розташування відносно Сонця і Землі».

Herschel є першою космічною обсерваторією, здатною перекривати діапазон від далекого інфрачервоного до субміліметрового випромінювання. «Телескоп дасть нам можливість не лише вивчати невидимий всесвіт в цьому діапазоні, але і збирати максимальну кількість випромінювання», - пояснює Джованни Бигнами (Giovanni Bignami), голова Дорадчого комітету з космічної науки ESA (ESA Space Science Advisory Committee). «Herschel буде здатний виявляти дуже специфічні види випромінювання, пов'язані з коливаннями молекул води або органічних молекул. - додає він. - Знаходження цього випромінювання, зрозуміло, не буде доказом існування життя, але, принаймні, буде непрямим її свідченням». Таким чином, вивчаючи за допомогою нового телескопа молекулярний склад Всесвіту, досліджуючи процеси народження зірок і формування і еволюції галактик, астрономи продовжать спостереження, початі апаратами IRAS і ISO.

3.4 Спостереження променів високих енергій відкриває загадки природи

Унікальна обсерваторія в Аргентині почала відкривати таємниці, пов'язані з космічними променями високих енергій. Серед учених досі немає єдиної думки з приводу їх походження. Енергія таких часток з 10 млн. разів вища, ніж може бути отримана на сучасних прискорювачах. Аргентинська обсерваторія Пьера Оже (Pierre Auger Observatory) націлена на їх вивчення і прагне використовувати їх як джерело інформації про Всесвіт. Так, з 9 по 11 листопада 2005 року вчені обсерваторії представили перші результати досліджень. Щоб зареєструвати такі рідкісні явища, як проліт цих часток, в обсерваторії був сконструйований масив з 1600 детекторів, що займають територію більше 3000 кв. кілометрів. Кожен «черенковский» детектор містить 3000 галонів води і фіксує світіння, що виникає при проходженні частки. Масив оточують 24 телескопи, які у безмісячні ночі реєструють ультрафіолетову флуоресценцію, що виникає при проходженні часток крізь атмосферу.

«Такі промені високих енергій є посланцями Всесвіту», - говорить нобелівський лауреат Джим Кронин, університет (University of Chicago) Чикаго, який заснував цей експеримент спільно з Аланом Ватсоном (Alan Watson) з Університету Лідса (University of Leeds). На їх думку, це велика можливість для відкриттів. Ватсон додає із цього приводу: «Як природа створила такі умови, де частки прискорюються до таких величезних енергій? Якщо ми відстежимо їх походження, це дасть відповідь». Обсерваторія набирає дані з того моменту, коли були зібрані тільки перші елементи масиву. Отримані результати включають спектр променів при найвищих енергіях і результати по анізотропії і пошуку джерел випромінювання.

Основні моменти отриманих результатів : - Був отриманий спектр космічних променів (кількість часток як функція їх енергії). У міру збільшення енергії, кількість часток з такою енергією падає. - Як правило, космічні промені - це заряджені частки. Промені з низькою енергій схильні до сильного впливу магнітних полів галактик, що значно викривляє їх траєкторії. Промені з вищою енергією поширюються прямолінійніше. Якщо в спостереженнях приходитиме більше часток з одного напряму, чим з іншого (анізотропія), то тоді можна буде почати пошуку їх джерела. - Також учені хочуть упізнати склад так званих «початкових часток» (часток, які початково стикаються з атмосферою Землі і викликають у результаті каскад інших часток (злива)). Чи являються вони протонами, атомними ядрами або фотонами? Дослідники встановили, що доля фотонів серед таких часток не може перевищувати певного числа, що у результаті вплине на відбір теорій відносно походження космічних променів. - Ці екзотичні теорії розглядають різні гіпотетичні об'єкти, що залишилися після Великого вибуху, - «космічні струни», «стіни областей» і «монополі». Якщо такі об'єкти існують, а потім колапсують, то виділяється величезна кількість енергії, яка і прискорює частки. У такому разі, частина космічних променів має бути фотонами. Проте доки даних недостатньо, щоб спростувати або довести будь-яку з теорій. Тому в обсерваторії набиратимуть нові дані, щоб звужувати круг пошуків.

3.5 Детектор CONDOR почав вивчення космосу в терагерцовом діапазоні

У листопаді 2005 року розпочав роботу детектор CONDOR (CO N+ Deuterium Observation Receiver), встановлений в обсерваторії APEX (Atacama Pathfinder EXperiment), яка розташована в чилійських Андах. Його завдання полягає у вивченні гарячих газів поблизу молодих масивних зірок на надвисокій радіочастоті 1.5 ТГц. Ці спостереження є першими терагерцовыми дослідженнями, що виконуються на великому телескопі (діаметром 12 метрів). Вони дали деякі несподівані результати, а тому надії, що покладаються на новий напрям в астрономії, вже виправдалися. Успіх детектора CONDOR був результатом спільних зусиль учених з Першого фізичного інституту Університету Кельна (First Physical Institute of the University of Cologne) і Інституту Макса Планка по радіоастрономії (Max Planck Institute for Radio Astronomy).

У листопаді 2005 року розпочав роботу детектор CONDOR (CO N+ Deuterium Observation Receiver), встановлений в обсерваторії APEX (Atacama Pathfinder EXperiment), яка розташована в чилійських Андах.

3.6 CONDOR (Deuterium Observation Receiver)

«CONDOR повністю відповідає нашим очікуванням«, - говорить Мартина Виднер (Martina Wiedner), керівник цього проекту. Оскільки існують труднощі по детектуванню електромагнітних хвиль такої високої частоти (яка, для порівняння, в тисячі разів вище використовуваної в стільникових телефонах), були використані унікальні приймачі. Спеціальний пристрій, зване Hot Electron Bolometer, створене Карлом Якобсом (Karl Jacobs) і його колегами в Університеті Кельна, перетворить випромінювання терагерцовых частот в сигнал з частотою близько 1 ГГц. З останнім сигналом вже набагато простіше працювати. Для досягнення високої чутливості приймач охолоджується до температури - 269 градусів Цельсія, що всього на 4 градуси вище за абсолютний нуль.

Для проведення спостережень за допомогою детектора CONDOR необхідно, щоб кількість води в атмосфері була украй мала, оскільки вона істотно поглинає терагерцовое випромінювання. Чилійська пустеля Атакама, розташована на висоті 5100 метрів над рівнем моря, забезпечує необхідне украй сухе повітря. Саме тут знаходиться обсерваторія APEX. Її телескоп має основне дзеркало діаметром 12 метрів, що представляє ідеальний параболоїд з точністю 15 мікрон. Раніше на телескопі вже були встановлені приймачі на частоти в діапазоні 300-900 ГГц. CONDOR є першим приймачем, який працює на частоті вище 1 ТГц. «Ці спостереження проводяться на найвищих частотах, які тут можна досягти. - пояснює менеджер проекту APEX Рольф Гаштен (Rolf Gasten). - При ще вищих частотах земна атмосфера стає вже непрозорою - аж до інфрачервоних частот». Нові спостереження дозволили вивчати практично невідому до цього «терагерцовий Всесвіт». «Ми робимо відкриття, розглядаючи космос на різних частотах. - пояснює Виднер. - Зокрема, спектральні ознаки гарячого газу (обертальні переходи високих рівнів молекул моноксиду вуглецю CO) видно на терагерцових частотах. Спостереження в цьому спектральному діапазоні важливе, оскільки гарячий газ є істотним компонентом при формуванні масивних зірок» (на фото показана область формування зірок в туманності Оріону. Графік у верхньому правому кутку показує сигнал детектора CONDOR).

3.7 Японія запустила космічний телескоп (21 лютого 2006)

Ракета M - 5, несуча космічний телескоп Astro - F, стартувала сьогодні з космічного центру «Учинура» (Uchinoura Space Centre) в Японії. Новий телескоп проводитиме дослідження в інфрачервоній області, щоб вивчати теплове випромінювання космічних об'єктів, прихованих хмарами космічного пилу. 500-денна робота на новій обсерваторії спільно вестиметься європейськими і японськими астрономами. Завдання телескопа - складання карти Всесвітом. Для цього Astro - F матиме орбіту, що проходить над північним і південним полюсами, так що він захоплюватиме усі ділянки небесної сфери. «Вивчення усього неба» (All Sky Survey), як називається ця місія, проводитиметься з набагато більшою чутливістю в порівнянні з попередньою, IRAS, що мала місце в 1983 році. «Це приголомшливе нове вікно для спостереження раннього Всесвіту», - коментує Стефен Сержант (Stephen Serjeant), лектор по астрофізиці у Відкритому університеті (Open University) в Милтон Кейнс, Великобританія. «Вважається, що Astro - F стане однією з найбільш важливим міжнародних обсерваторій десятиліття», - додає він.

Гленн Уайт (Glenn White), професор астрономії того ж університету, говорить, що ця місія є потужним засобом по вивченню народження і формування зірок і планет. Співпраця з Європейським космічним агентством. Пройшли всього два десятиліття з основи космічної інфрачервоної астрономії; відтоді кожне десятиліття відзначається запуском нової ІЧ-обсерваторії, яка докорінно міняє наше розуміння космосу. Інфрачервоні обсерваторії роблять можливою реєстрацію холодних об'єктів, включаючи планетарні системи, міжзоряний пил і газ, тобто усе, що складно спостерігати у видимій області спектру. За допомогою ІЧ-астрономії також можливо вивчати народження зірок і галактик. Європейське космічне агентство (ESA) має великий досвід в інфрачервоній астрономії, що тепер знайшло віддзеркалення в участі в програмі Astro - F. Так, ESA забезпечує зв'язок з обсерваторією через наземну станцію в Швеції. Окрім цього, агентство здійснює обробку отримуваних даних - обчислення точного місця розташування спостережуваних на небі об'єктів, щоб прискорити складання небесного каталогу і, кінець кінцем, отримати повний опис «інфрачервоним Всесвітом». Натомість ESA отримує 10% усіх можливостей для спостереження обсерваторії під час виконання їй другою і третьою фаз місії. На думку фахівців, «співпраця, яку Японія запропонувала ESA, дозволить розвиватися європейським астрономам, що допоможе в створенні іншого ІЧ-телескопа Herschel».

3.8 Великі радіотелескопи

Радіотелескопи зазвичай є конструкціями дуже великих розмірів. Найбільш поширений тип радіотелескопу - ця споруда, основним елементом якої служить суцільне металеве дзеркало параболічної форми. Дзеркало відбиває радіохвилі, що падають на нього, так, що вони збираються поблизу фокусу і уловлюються спеціальним пристроєм - опромінювачем. Потім сигнал посилюється і перетвориться у форму, зручну для реєстрації і аналізу. Зберігання і обробка даних здійснюються за допомогою комп'ютерної техніки. Чутливість радіотелескопу тим вище, чим більше відзеркалювальна поверхня.

Звичайний радіоприймач має пристосування для налаштування на хвилю потрібної радіостанції. Воно є переналаштовуваним фільтром, який посилює радіовипромінювання тільки на хвилі вибраної станції і не пропускає (пригнічує) сигнали станцій, працюючих на близьких хвилях. На відміну від земних радіостанцій космічні радіоджерела, як правило, випромінюють в широкому діапазоні радіохвиль. Тому і радіоастрономічний приймач повинен мати чутливість по можливості в ширшому діапазоні. Такий приймач називається радіометром.

Розширенню смуги прийому перешкоджає в основному перешкоди від наземних радіостанцій. Тому для радіоастрономії міжнародними угодами виділені спеціальні інтервали довжин хвиль, які забороняється використовувати будь-яким наземним радіо засобам.

Аресібо - найбільший у світі 300-метровий радіотелескоп з параболічною антеною споруджений в 1963 р. в Аресібо, на острові Пуерто-Ріко. Він сконструйований, побудований і експлуатується Національним центром астрономічних і іоносферних досліджень США. Телескоп розташований у величезному природному котловані в горах. На висоті 150 м над поверхнею гігантського нерухомого дзеркала укріплена на сталевих тросах 600-тонна платформа, на яку можна піднятися по півкілометровому підвісному мосту або по канатній дорозі. Рухлива частина платформи обертається навколо власної осі. По рейках уздовж платформи переміщається керована комп'ютером кабіна з опромінювачами і приймачами - так радіотелескоп наводиться на досліджуване джерело. Із-за нерухомості антени спостереження будь-якого джерела не можуть тривати більше двох годин. Але цей недолік компенсується величезною площею дзеркала, що забезпечує високу чутливість. Радіотелескоп в Аресібо відрізняється від багатьох інших також тим, що він може служити і передавальною антеною. У такому режимі виконані унікальні експерименти по радіолокації Сонця, Місяця і планет Сонячної системи.

Первинні дзеркала Великого бінокулярного телескопа діаметром 8,4 м розташовано на відстані 14,4 м один від одного

4. Ослаблення світла земною атмосферою. Вплив земної атмосфери на проходження космічного радіовипромінювання. Світіння нічного неба

Перші дослідження впливу атмосфери на світлове випромінювання, що проходить через неї, були проведені ще в XVII-XVIII століттях. Практичний інтерес тоді викликало явище астрономічної рефракції, пов'язане зі зміною коефіцієнта заломлення повітря з висотою. Внаслідок рефракції виміряний напрям на астрономічний об'єкт не співпадає з реальним. Причому відмінність багаторазово перевищує досягнуту у той час точність кутових вимірів.

Теоретичні дослідження Лапласа зв'язали величину рефракції з величиною екстинкції - послабленням світла при проходженні ним через атмосферу. Теорія екстинкції Лапласа була математичною, не розглядала фізичних джерел цього явища. Пізніше лорд Рєлей дав переконливе обґрунтування того, що головна причина послаблення світла в атмосфері - це так зване молекулярне розсіяння. Розсіяння - це відхилення деякої долі світла убік від первинного, основного напряму поширення. Але оскільки єдиним приладом для виміру блиску зірок тоді було око спостерігача, а помилки таких вимірів порівнянні з величиною послаблення, то великої уваги явище послаблення світла не викликало.

У земній атмосфері окрім молекулярного є розсіяння світла на аерозолях - найдрібніших частках пилу, сажі, води, зважених в повітрі. Ореоли, що світяться, навколо яскравих об'єктів виникають внаслідок саме цього розсіяння, воно також викликає послаблення світла. Зміст аерозолів в атмосфері міняється, тому і ефекти, що викликаються ними, також змінні.

Крім того, земна атмосфера не є однорідним середовищем з характеристиками, що плавно міняються. Турбулентне перемішування шарів повітря, що мають різну температуру, призводить до хаотичної появи областей холоднішого або теплішого повітря розмірами від міліметрів до сотень метрів. Ці температурні неоднорідності викликають відповідні зміни коефіцієнта заломлення повітря. Проходячи через ці неоднорідності спочатку плоский фронт світлової хвилі спотворюється. Нерегулярні спотворення хвилевого фронту призводять до випадкових зміщень зображення зірки (зображення як би тремтить), нерегулярних розпливань зображення (ефект характерний для середніх і великих телескопів), хаотичної зміни яскравості зображення (мерехтіння зірок).

Більшість явищ, що відбуваються в атмосфері, вивчаються оптиками і метеорологами, розвиваються за рахунок променистої енергії, тобто енергії, що доставляється Землі сонячною радіацією. Потужність цієї енергії приблизно може бути оцінена в 18*10²³ ерг/с. Енергетичний спектр сонячної радіації на межі атмосфери близький до спектру абсолютно чорного тіла з температурою порядку 60000К (рис. 1[1]).

Рис. 1. Розподіл енергії в спектрі сонячної радіації на межі атмосфери : 1 - за даними 1903-1910 рр., 2 - 1920-1922 рр., 3 - 1917 р., 4 - абсолютно чорне тіло при температурі 57130К

До того, як сонячне випромінювання досягне поверхні, воно пройде довгий шлях через земну атмосферу, де буде не лише розсіяно і ослаблено, але і змінено по спектральному складу. Що в результаті дійшла до місця спостереження (земній поверхні) у вигляді паралельних променів від Сонця так звана пряма сонячна радіація буде як кількісно, так і якісно відмінна від сонячної радіації за межами атмосфери [1].

Сонячна (короткохвильова) радіація перетвориться, проходячи через атмосферу, в наступні види радіації: розсіяну (зважаючи на наявність в атмосфері різних іонів і молекул газів, часток пилу відбувається розсіяння прямої сонячної енергії на всі боки; частина розсіяної енергії доходить до поверхні Землі), відбиту (частина що потрапила в атмосферу і на земну поверхню енергії відбивається назад), поглинену (відбувається дисоціація і іонізація молекул верхніх шарах атмосфери, нагрів повітря і самої земної поверхні, тих предметів, які на ній знаходяться).

4.1 Спектр Сонця

Як видно з рис. 1, енергетичний спектр випромінювання близький до спектру абсолютно чорного тіла при температурі T ⁰К, але не співпадає з ним, оскільки яскравість сонячного диска планомірно зменшується від його центру до країв. Найкращою формою представлення розподілу енергії в сонячному спектрі є формула В.Г. Кастрова:

l₀, _* =0,021* ^-23*exp(-0,0327* ^-4)* ^[1] (1).

Формули, що описує розподіл енергії Сонця на поверхні Землі доки не існує, оскільки в неї повинно входити надто багато флуктуіруючих параметрів (щільність і висотний розподіл газів, альбедо відзеркалювальних поверхонь, температура і тому подібне).

4.2 Послаблення потоків променистої енергії в атмосфері

Сонячне випромінювання, проходячи через атмосферу, ослабляється завдяки ефектам розсіяння і поглинання. Для потоків променистої енергії атмосфера у видимій частині спектру є каламутним середовищем, тобто розсіюючим, а в ультрафіолетовій і інфрачервоній - поглинаючим і розсіюючим. Світловий потік поглинається в атмосфері, причому кількість енергії, що дійшла до поверхні Землі, можна знайти із закону Бугера (закон послаблення світла):

I=I₀*exp(-)^[3] (2),

де I⁰ - інтенсивність випромінювання (на межі атмосфери), що падає, Z₀ 75⁰ (плоско-паралельна модель атмосфери), H - шлях, пройдений світлом до земної поверхні, k(h) - коефіцієнт поглинання (послаблення) світлового потоку, залежний від висотного розподілу щільності, складу атмосфери, фізичних і хімічних властивостей газів, часток, що знаходяться в атмосфері (рис. 2[1]).

Рис. 2. Розподіл енергії в нормальному сонячному спектрі

Розглянемо виборче поглинання променистої енергії в атмосфері. Будь-яка речовина має свої смуги поглинання (рис. 3[1]).

Рис. 3. Спектр поглинання земної атмосфери

З газів, що входять завжди до складу атмосфери, істотне для нас селективне поглинання мають лише O₂, O₃, CO₂ і водяна пара H₂O. Кисень викликає інтенсивне поглинання світла

У далекій ультрафіолетовій області для довжин хвиль <200 нм з максимумом поглинання близько =155нм. Поглинання в цій області спектра настільки велике вже в самих високих шарах атмосфери, що сонячні промені з довжиною хвилі не доходять до висот, доступних для спостереження поверхні Землі і літаків. Кисень також дає систему смуг у видимій області спектра A (759,4- 70,3 нм; _max=759,6 нм); B (686,8 - 694,6 нм; _max=686,9 нм)_. Вуглекислий газ (CO₂) - основна вузька смуга з max=4,3 мкм, інші - занадто незначні, тому не мають для нас істотного значення. Озон (O₃) має дуже складний спектр поглинання, лінії і смуги якого охоплюють усю область сонячного спектру, починаючи від крайніх ультрафіолетових променів і до далекої інфрачервоної області^[1]. У земній атмосфері озону мало, він розташовується у вигляді шару (10 - 40 км) з центром тяжіння на висоті близько 22 км, але має сильну поглинальну здатність. Його смуги: п. Гартлея (200 - 320 нм; _max=255 нм); п.Шапюі (500 - 650 нм; _max=600 нм). Найбільше значення в поглинанні променистої енергії в атмосфері має водяну пару (H₂O), якої дуже багато в нашій атмосфері (вологість, хмари і тому подібне), його смуги поглинання: (0,926 - 0,978 мкм; _max=0,935 мкм); (1,095 - 1,165 мкм; _max=1,130 мкм); (1,319 - 1,498 мкм; _max=1.395); (1,762 - 1.977 мкм; _max=1.870 мкм); (2,520 - 2,845 мкм; _max=2,680 мкм). Найбільш точна формула для розрахунку величини поглиненої в атмосфері енергії сонячної радіації має вигляд:

E=0,156*(m*л)^0,294 кал/см²* мин.^[2] (3),

де m - пройдений променями шлях, л - загальний зміст водяної пари у вертикальному стовпі атмосфери одиничного перерізу (1 см²). Далі розглянемо атмосферні аерозолі і пил, їх зміст залежить від висоти, вони впливають на зменшення прозорості атмосфери.