ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2020, том 83, № 6, с. 531-533

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ

НАБЛЮДАТЕЛЬНАЯ АСТРОНОМИЯ: СТАТУС 2020

Поступила в редакцию 13.04.2020 г.; после доработки 13.04.2020 г.; принята к публикации 13.04.2020 г.

Кратко обсуждаются достижения, перспективы и проблемы современной наблюдательной астроно-

мии.

DOI: 10.31857/S0044002720050190

ВВЕДЕНИЕ

во всех диапазонах электромагнитного спектра,

по-видимому, открыли нам все основные типы из-

Астрономия — наука наблюдательная [1]. И хо-

лучающих космических тел. Во всяком случае, уда-

тя в ХХ в. у астрономов появилась возможность

лось обнаружить все теоретически предсказанные

прямого изучения объектов Солнечной системы

космические объекты: нейтронные звезды, черные

с помощью космических зондов, происходит это

дыры (излучение рождается вблизи них), гигант-

эпизодически, стоит дорого и доступно далеко не

ские газовые молекулярные облака, планеты у

всем странам [2]. С другой стороны, современные

других звезд (экзопланеты) и, наконец, связующее

технологии сделали оптические телескопы доступ-

звено между планетами и звездами — коричневые

ными не только профессиональным астрономам, но

карлики.

и любителям науки, также вносящим свой вклад

в общие усилия по изучению Вселенной [3]. Даже

Помимо электромагнитного канала наблюдений

при исследовании Солнечной системы основной

надежные результаты уже дают и другие кана-

поток фактического материала до сих пор дают

лы — нейтринный и гравитационно-волновой [7].

наземные оптические наблюдения, а космические

Надежно зарегистрирован полный поток нейтрино

зонды лишь в отдельных направлениях дополняют

от Солнца, чем независимо подтверждена теория

их (бесценными!) данными прямых измерений [4].

внутреннего строения звезд; при этом открыты ос-

Судя по всему, изучение объектов за пределом

цилляции нейтрино, доказывающие, что у “неуло-

Солнечной системы еще долго будет осуществ-

вимой” частицы есть масса покоя. Методом прямой

ляться методами дистанционных наблюдений [5].

регистрации обнаружены гравитационные волны

и с большой вероятностью указаны их источни-

Мечта астрономов — ежесекундно контролиро-

ки — слияние массивных релятивистских объек-

вать все небо во всех диапазонах электромагнитно-

тов. Кроме этих теоретически предсказанных яв-

го спектра (и в других каналах тоже!) с максималь-

лений, наблюдениями выявлены не ожидавшиеся

но возможным угловым, временным и энергетиче-

сущности — темная материя и темная энергия, изу-

ским разрешением и при этом надежно сохранять

чение свойств которых продолжается.

полученные данные в архивах. Мы постепенно при-

ближаемся к реализации этой мечты, хотя есть еще

Можно сказать, что к концу ХХ в. была практи-

нерешенные проблемы.

чески решена задача космографии — описательной

части науки о Вселенной. За первые два десятиле-

тия нового века не были обнаружены новые типы

УСПЕХИ НАБЛЮДАТЕЛЬНОЙ

космических объектов, хотя новые явления, ра-

АСТРОНОМИИ

зумеется, были открыты. Примеры тому — быст-

Телескопы — оптические и радио — в опреде-

рые радиовсплески и гравитационно-волновые им-

ленном смысле “дотянулись” до границ Метага-

пульсы. Но их объяснение теоретики ищут среди

лактики, и мы теперь в целом неплохо представ-

возможных проявлений уже известных типов объ-

ляем себе “географию” Вселенной [6]. Наблюдения

ектов, таких как нейтронные звезды и черные дыры.

Похоже, что возможности наблюдателей сей-

¹⁾Физический факультет Московского государственного

час начинают опережать фантазию теоретиков,

университета им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия.

поскольку заказы на поиск принципиально новых

²⁾Государственный

астрономический

институт

им. П.К. Штернберга МГУ, Москва, Россия.

излучающих объектов от теоретиков не посту-

³⁾Институт проблем передачи информации им. А.А. Харке-

пают. Таким образом, у астрономов наконец-

вича РАН, Москва, Россия.

то есть основания думать, что они достаточно

^*E-mail: vsurdin@gmail.com

полно представляют поле своих исследований,

531

532

СУРДИН

пространственно-временной масштаб Вселенной

обсерватории в Чили ELT с объективом диамет-

и весь “зоопарк” населяющих ее объектов. Если

ром около 40 м и эффективной площадью око-

говорить о носителях темной материи, то возмож-

ло 1000 м². Если его строительство закончится

ности наблюдательной астрономии для их поиска

успешно (по плану в 2025 г.), то к концу десятиле-

практически исчерпаны, и дальнейший прогресс

тия в астрономии произойдет новый прорыв.

ожидается от методов экспериментальной физики.

Космический телескоп “Хаббл” продемонстри-

ровал колоссальный рост четкости изображений

при отсутствии искажающего влияния атмосферы.

НЕРЕШЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Но космические телескопы дороги, и астрономы

НАБЛЮДАТЕЛЬНОЙ АСТРОНОМИИ

ищут аналогичные возможности на Земле. Все луч-

шие места для установки телескопов на планете

Что же мешает реализации мечты астрономов?

уже найдены и осваиваются. Поэтому для дальней-

Мы еще далеки от возможности контролировать

шего прогресса требуются технические решения.

все небо, поскольку площадь небесной сферы со-

Самое перспективное из них — адаптивная оптика.

ставляет 41 253 квадратных градуса, что равно

Исправление малых полей зрения с использовани-

210 100 площадям лунного или солнечного дисков.

ем мягких управляемых зеркал и лазерной “искус-

А площадь поля зрения у большинства крупных

ственной звезды” (laser guide star) на крупнейших

телескопов значительно меньше площади лунного

телескопах мира уже освоено. Очередь за многола-

диска. Разумеется, существуют широкоугольные

зерными системами, способными исправлять поля

объективы небольшого размера (all-sky камеры),

большого размера.

но их угловое разрешение и проницающая сила

Хотя оптическая астрономия по-прежнему

совершенно недостаточны для решения серьезных

остается лидером по сбору полезной информации,

астрономических задач. Поэтому сейчас рассчита-

в других диапазонах и каналах наблюдений также

ны оптические схемы и уже начато строительство

есть свои достижения и проблемы. Например, до

сложных зеркально-линзовых телескопов большо-

сих пор не исследована длинноволновая область

го диаметра (более 8 м) с большим полем зрения

радиодиапазона, поскольку волны длиннее 15-

(около 10 квадратных градусов), которые будут

20 м не проникают сквозь ионосферу к поверх-

способны за несколько ясных ночей зафиксировать

ности Земли, а разворачивать в космосе длинные

изображение всего неба вплоть до объектов 24-25

антенны непросто (хотя попытки были). Есть

звездной величины.

надежда создать длинноволновые радиотелескопы

Помимо обзоров неба, необходимо детально ис-

на обратной стороне Луны. Первый эксперимент

следовать отдельные объекты, и тут у оптической

в этом направлении уже проведен в 2019 г. с

астрономии немало проблем. До середины XIX в.

помощью китайского аппарата “Чанъэ-4”.

приемником света был глаз человека, поэтому про-

гресс астрономических наблюдений происходил за

счет роста качества и размера объектива телеско-

ПЕРСПЕКТИВЫ НАБЛЮДАТЕЛЬНОЙ

АСТРОНОМИИ

па. Затем были созданы фотопроцесс и спектраль-

ный анализ, после чего вплоть до первых десяти-

Основные направления развития наблюдатель-

летий XX в. прогресс астрономии стал зависеть

ной астрономии ныне и в ближайшие годы таковы:

от качества фотоэмульсии и механической системы

- создание систем роботизированных телеско-

телескопа, дающей возможность точного гидиро-

пов для быстрого реагирования на кратковремен-

вания при длительных экспозициях. Когда и в

ные явления;

этом были достигнуты пределы, продолжился рост

- создание обзорных телескопов большого диа-

диаметров телескопов: 2.5 м, 5 м, 6 м . . . Однако

метра для поиска малых и далеких объектов Сол-

на смену фотопластинке пришли полупроводнико-

нечной системы;

вые матрицы, и рост их квантовой эффективности

- использование внеатмосферных приборов

позволил продолжать прогресс, не создавая новые

для расширения электромагнитного спектрального

телескопы. Но с замедлением роста эффективности

диапазона (в частности, в область длинных радио-

фотоприемников пришлось вернуться к созданию

волн);

более крупных телескопов: 8 м, 10 м, 12 м . . .

- многообъектная спектроскопия для картиро-

Уже достигнут почти 100-процентный кванто-

вания структуры Вселенной;

вый выход фотоматриц, поэтому для дальнейшего

- спектроскопия высокого разрешения для ис-

продвижения требуются новые телескопы диамет-

следований в области астросейсмологии и поиска

ром 25-40 м, чрезвычайно дорогие и высокотех-

экзопланет;

нологичные. И они сейчас создаются. Лидирует в

- создание наземных и космических звездных

этом направлении телескоп Европейской южной

коронографов для изучения областей неба вблизи

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 83

№6

2020

НАБЛЮДАТЕЛЬНАЯ АСТРОНОМИЯ: СТАТУС 2020

533

ярких звезд (в частности, для изучения экзопланет-

предварительным исследованием объектов, пока

ных систем);

ежегодно обнаруживались тысячи новых. В начале

- использование космических платформ для

XXI в. большие фотографические и фотометриче-

ские обзоры стали поставлять сотни тысяч новых

высокоточной астрометрии и фотометрии;

объектов, для классификации которых, исполь-

- совершенствование систем адаптивной оп-

зуя возможности интернета, пришлось обратиться

тики;

к помощи “волонтеров” — любителей астрономии.

- совершенствование межконтинентальных и

Но в ближайшее время речь пойдет о сотнях

создание наземно-космических интерферометров

миллионов и даже миллиардах новых объектов,

миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов;

с обработкой данных которых смогут справиться

- увеличение чувствительности нейтринных де-

только самообучающиеся системы искусственного

текторов путем увеличения их объема;

интеллекта.

- расширение частотного диапазона и увели-

чение чувствительности гравитационно-волновых

детекторов путем создания криогенных твердо-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

тельных приемников (высокие частоты) и крупно-

1. Небо и телескоп, под ред. В. Г. Сурдина (Физмат-

масштабных систем в космическом пространстве

лит, Москва, 2019).

(низкие частоты).

2. Солнечная система, под ред. В. Г. Сурдина (Физ-

матлит, Москва, 2018).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

3. В. Г. Сурдин, Разведка далеких планет (Физмат-

лит, Москва, 2017).

Создание телескопов-роботов и крупных об-

4. Астрономия: век XXI, под ред. В. Г. Сурдина (Век-

зорных телескопов увеличивает поток регистриру-

2, Фрязино, 2015).

емых данных на несколько порядков. Проблемы

5. С. Попов, Вселенная. Краткий путеводитель по

их передачи и хранения в пределах Земли пока

пространству и времени: от Солнечной систе-

не возникает, а вот трансляция на Землю дан-

мы до самых далеких галактик и от Большого

ных от космических телескопов уже становится

взрыва до будущего Вселенной (AНФ, Москва,

проблемой. Еще большей проблемой становится

2019).

обработка этих данных и классификация объектов.

6. В. Г. Сурдин, Вселенная от А до Я (Эксмо, Москва,

Например, это уже коснулось классификации

2012).

переменных звезд и морфологических типов га-

7. Многоканальная астрономия, под ред. А. М. Че-

лактик [8, 9]. Профессиональных астрономов в

репащука (Век-2, Фрязино, 2019).

мире мало: большинство из них — члены Между-

8. Звезды, под ред. В. Г. Сурдина (Физматлит, Москва,

народного астрономического союза (МАС, IAU),

2013).

объединяющего около 14 тыс. человек. Астро-

9. Галактики, под ред. В. Г. Сурдина (Физматлит,

номы справлялись с “ручной” классификацией и

Москва, 2019).

OBSERVATIONAL ASTRONOMY: STATUS 2020

V. G. Surdin^1),2),3)

¹⁾Faculty of Physics, M.V. Lomonosov Moscow State University, Russia

²⁾Sternberg Astronomical Institute Moscow University, Russia

³⁾Institute for Information Transmission Problems (Kharkevich Institute),

Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

The achievements, prospects, and problems of the modern observational astronomy are briefly discussed.

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 83

№6

2020