Служба Солнца

Достаточно давно я заметил, что на Хабе нет ни одной статьи про обсерватории. Есть статьи про телескопы, про спутники, про астероиды. Но статьи о том, как устроены места обитания астрономов — нет. Да что там! Когда-то была масса статей про офисы крупных IT-компаний, которые сводились к тому, где какими конфетками кормят, где удобнее подборка кресел, где какими компьютерами пользуются. Но и в этих статьях не упоминались обсерватории. А ведь, на мой взгляд, куда интереснее посмотреть на кучу монструозных произведений человеческого гения, чем сравнивать обед программиста Google и Apple.



Периодически я попадаю в командировки в различные обсерватории. Мне захотелось устранить описанное выше недоразумение и написать небольшой рассказ на эту тему. Статья посвящена Уссурийской Астрофизической обсерватории (УАФО ДВО РАН), которая является крупнейшей обсерваторией на Дальнем Востоке. Жителям Приморского края она скорее всего неплохо знакома, но, думаю, что для остальных будет любопытно почитать.



Обсерватория расположена недалеко от Уссурийска (20 км), но при этом обладает хорошим астроклиматом: засветка от близлежащего города минимальна. Тайга расположена почти вплотную к обсерватории. Говорят, иногда даже тигры забредают.

Обсерватория создана в 1953 г. для регулярных наблюдений Солнца и солнечной активности. Тогда СССР обладал уникальным преимуществом, которого не было ни у кого в мире — он мог следить за солнцем с момента его восхода на Дальнем Востоке и заката в Калининграде. Сейчас, когда те же задачи могут выполнятся несколькими спутниками (SOHO и STEREO) обсерватория это скорее база, объединяющая исследователей Солнца, обладающая специализированными инструментами, позволяющими получать данные в реальном времени.

В последнее время обсерватория была дооборудована и сейчас решает задачи наблюдения за астероидами, спутниками и гамма-всплесками.
Всего в обсерватории имеется с десяток инструментов, из которых 2/3 находятся в активной эксплуатации.
Сам я не знаком с физикой солнца, а уж тем более с техническими хитростями, посвящёнными процессу наблюдения и сбора информации. Так что заранее прошу прощения за допущенные неточности и упрощения.

Горизонтальный солнечный телескоп

Один из старейших инструментов обсерватории, это горизонтальный солнечный телескоп. Его внешний вид удивляет человека не знакомого с астрономией. Но стоит учитывать что Солнце ходит по предсказуемой траектории, практически идентичной изо дня в день. Узкозаточенный инструмент не должен обладать всей широтой возможностей, требуемых от обычного телескопа.
Инструмент предназначен для наблюдения солнечных пятен и анализа их спектра.

Сейчас он не используется. И оптика и анализирующая часть уже морально и физически устарели. Но это не делает их менее интересными!



Здание похоже на что угодно, даже на гараж, но не на телескоп. Металлическая часть отъезжает по рельсам. Под металлической частью расположены два регулируемых зеркала, позволяющих следить за движением солнца. Нижнее зеркало отражает солнце в верхнее, а верхнее в дыру в стене.



Схематически луч идёт по таким траектория:




Изображение солнца перенаправляется внутрь здания, проходя расстояние порядка 15 метров до отражающей дифракционной решётки. после чего возвращается назад, где стоит отражатель, перенаправляющий луч в соседний зал, где происходит его более точный анализ.



Дырка из которой приходит изображение солнца. Чуть левее, в колпаке видно отражатель, перенаправляющий обратный луч в зал где происходит анализ.



А вот так расположена дифракционная решётка. Кстати, обратили внимание на цвет стен? Черный он специально — для минимизации помех. Когда шёл эксперимент, весь свет выключался.



По станам зала стоит много замечательного лампового оборудования, чья эпоха уже немножко закончилась.

Спектрограф-коронограф (Внезатменный Коронграф).

Он имеет немножко другую схему, более похожую на привычный телескоп. Его основная задача — анализ спектра короны солнца. Оборудование чуть поновее, но в последнее время он тоже не используется.



Труба телескопа имеет ферменную конструкцию, которая позволяет скомпенсировать деформации оптической оси и постоянно сопровождать диск солнца, не допуская смещений. Объектив, диаметром 50см собирает световой поток от солнца и направляет в спектральный зал, используя дополнительную систему зеркал. Далее на пути светового потока ставится искусственная Луна, и этим можно смоделировать солнечное затмение тогда, когда это будет удобно и необходимо, не дожидаясь такого редкого явления. Солнечная корона и хромосфера — это внешняя атмосфера Солнца, которую мы не видим из-за большей яркости самого диска, и только затмив его, она открывается во всей своей красе для любования и изучения.




Чуть более подробное описание действия: Внезатменный Коронограф состоит из главного объектива О, строящего изображение Солнца на металлическом диске Д, который не пропускает дальше свет фотосферы и создаёт таким образом искусственное затмение. Для устранения рассеянного света, появляющегося вследствие дифракции от края главного объектива, за металлическим экраном ставится линза О', которая строит изображение главного объектива на диафрагме В с отверстием достаточно малым, чтобы не пропустить изображение краев главного объектива. Следующий объектив О " строит окончательное изображение короны или протуберанцев на щели спектрографа или на фотоплёнке П.

Ещё один спектрограф

Читатель, перебравшийся через первые два спектрографа удивлённо спросит «а почему бы не модернизировать эти спектрографы, не насытить их современным оборудованием, не привести в работу?». Но… Это слишком дорого, сложно и неоправданно. Знаете как выглядит современный солнечный спектрограф? Вот он:




Белая часть кабинки откидывается. Небольшой телескоп отправляет изображение в чёрную коробку, где расположены спектроанализаторы.
При этом он обслуживается одним оператором, получает результат моментально, позволяет быстро его анализировать и передавать потребителю. Кстати, спектограф принадлежит РосГидроМету и пока что вводится в эксплуатацию.
Точные характеристики у всех спектрографов выведать я не сумел, но как мне кажется по некоторому опыту, у современного они не сильно хуже. Зато современный позволяет получить магнитограмму всего диска Солнца за минут 10 и сделать очень оперативный прогноз космической погоды.

Солнечный телескоп (кудэ-рефрактор)

Но спектральные телескопы это не единственные телескопы, которые установлены в обсерватории. В обсерватории имеется ряд телескопов для обычного оптического наблюдения солнца. В первую очередь это вот этот телескоп:



Телескоп является примером именно того, что достаточно старый телескоп, может использоваться с вполне современными матрицами. Кстати, обратите внимание на интересную схему: изображение поступает в ту часть трубы, которая расположена сверху, а фиксируется снизу слева.

Солнечный телескоп (с H-фильтром)

Кроме того, в обсерватории имеется телескоп, выполняющий постоянные наблюдения солнца через водородный фильтр. Этот способ позволяет наблюдать хромосферу солнца, исключив влияние фотосферы. С таким фильтром можно разглядывать протуберанцы и динамику верхних слоёв Солнца. И получать такие офигенные картинки.

Астрограф

Вернёмся к старинной технике. Кто живёт в этом домике?


В этом домике живёт астрограф. К сожалению, немножко запоздавший со своей эпохой. Купленный перед перестройкой он был весьма современным на тот момент. Но вскоре началась перестройка, денег не было, не было и фотопластинок для него. А когда деньги появились он морально уже устарел: началась эпоха цифры.



Первый вопрос, который у меня вырвался «а зачем ему две трубы?». Разгадка оказалось непривычной для меня, человека эпохи цифровых камер. Оказывается, при экспонировании фотопластинок существует вероятность получить «выбитый пиксель», точку с локальным пересветом или недосветом. Для того, чтобы нивелировать такие артефакты используются системы, позволяющие экспонировать одновременно две одинаковых фотопластинки на одинаковые области неба. А вот куда ставились фотопластинки:


Второе чудо этого телескопа расположено в этих барабанах и в этой установке:



Это система автоматического наведения, достаточно современная на тот момент. В барабанах расположены энкодеры на коде Грея, а коробочка — компьютер управления.

Код Грея — система счисления, в которой два соседних значения различаются только в одном разряде. Изначально предназначался для защиты от ложного срабатывания электромеханических переключателей. В телескопе используется оптический код Грея в барабанах. Датчик считывает текущие положения и позволяет наводится на звёздное небо автоматически с точностью до угловой секунды.



К сожалению, телескоп морально уже устарел. Никому сейчас не нужны ни фотопластины, ни узкое поле телескопа, ни большое разрешаемое поле в плоскости фокуса. Сегодняшние телескопы выглядит вот так:

Современные телескопы

Все три этих телескопа значительно меньше, проще, компактнее и эффективнее монструозного астрографа с картинок выше. Сегодня они используются для наблюдения гамма-всплесков, астероидов, комет и высотных спутников. Два больших дают не только большее поле, но и лучшую светочувствительность.


50-сантиметровый телескоп.


60-сантиметровый телескоп + 20сантиметровый телескоп.

На этих телескопах весьма эффективно решаются задачи проекта ISON, а так же предупреждения об астероидной и кометной опасности. Открыт ряд астероидов.

Радиотелескопы

В обсерватории есть два радиотелескопа. Один, солнечный, работающий:



И второй, подарок военных, который до сих пор не запустили, но очень хотят.

Прочие мелочи жизни

Надо сказать, что в компоненте быта обсерватория значительно проигрывает и Гуглу, и Яндексу:) На отдалённую гору сложно провести стабильную воду, интернет и электричество. Всё есть, но нестабильно. Не победить обсерватории и в конкурсе более вкусных печенек.
Зато тут красиво. Вокруг тайга, кедровые сосны, обвитые виноградом и актинидией (младший брат киви). По ночам слышно кабанов и прочую живность. Иногда, говорят, рядом проходят тигры. Конец рабочего дня знаменует рассвет и туман, покрывающий сопки. В километре от обсерватории самый большой на Дальнем Востоке дендрарий.

Зачем нужны кулеры с Кока-Колой и столики с печеньками, когда в перерыве между работой можно сходить погулять в тайгу?!



З.Ю. Огромное спасибо Алексею за экскурсию!