Обсерватория - это научное учреждение, в котором сотрудники - учёные разных специальностей - наблюдают за природными явлениями, анализируют наблюдения, на их основе продолжают изучать то, что происходит в природе.
Особенно распространены астрономические обсерватории: их мы и представляем обычно, когда слышим это слово. В них исследуют звёзды, планеты, крупные звёздные скопления, прочие космические объекты.
Но есть и другие виды этих учреждений:
— геофизические - для исследования атмосферы, полярного сияния, магнитосферы Земли, свойств горных пород, состояния земной коры в сейсмоактивных регионах и других подобных вопросов и объектов;
— авроральные - для изучения полярного сияния;
— сейсмические - для постоянной и детальной регистрации всех колебаний земной коры и их изучения;
— метеорологические - для изучения погодных условий и выявления погодных закономерностей;
— обсерватории космических лучей и ряд других.
Где строят обсерватории?
Обсерватории строят в тех местностях, которые дают учёным максимум материала для исследований.
Метеорологические - по всем уголкам Земли; астрономические - в горах (там воздух чистый, сухой, не «ослеплён» городским освещением), радиообсерватории - на дне глубоких долин, недоступных искусственным радиопомехам.
Астрономические обсерватории
Астрономические - самый древний вид обсерваторий. Астрономами в древности были жрецы, они вели календарь, изучали перемещение и Солнца по небосводу, занимались предсказаниями событий, судеб людей в зависимости от соположения небесных тел. Это были астрологи - люди, которых боялись даже самые свирепые правители.
Древние обсерватории располагались обычно в верхних комнатах башен. Инструментами служили прямая планка, оснащённая скользящим визиром.
Великим астрономом древности стал Птолемей, который собрал в Александрийской библиотеке огромное число астрономических свидетельств, записей, сформировал каталог положений и силы блеска для 1022 звёзд; изобрёл математическую теорию перемещения планет и составил таблицы движения - этими таблицами учёные пользовались более 1 000 лет!
В Средневековье обсерватории особенно активно строят на Востоке. Известна гигантская самаркандская обсерватория, где Улугбек - потомок легендарного Тимура-Тамерлана - вёл наблюдения за перемещением Солнца, описывая его с небывалой до того точностью. Обсерватория радиусом 40 м имела вид секстанта-траншеи с ориентацией на юг и отделкой мрамором.
Величайшим астрономом европейского средневековья, перевернувшим мир почти буквально, стали Николай Коперник, который Солнце «переместил» в центр мироздания вместо Земли и предложил считать Землю ещё одной планетой.
А одной из самых продвинутых обсерваторий был Ураниборг, или Небесный замок, - владение Тихо Браге, датского придворного астронома. Обсерватория была оснащена лучшим, самым точным на то время инструментом, имела собственные мастерские по изготовлению инструмента, химическую лабораторию, хранилище книг и документов и даже печатный станок для собственных нужд и бумажную мельницу для производства бумаги - роскошь по тем временам королевская!
В 1609 году появился первый телескоп - главный инструмент любой астрономической обсерватории. Создателем его стал Галилей. Это был телескоп-рефлектор: лучи в нём преломлялись, проходя сквозь ряд стеклянных линз.
Усовершенствовал телескоп Кеплер: в его приборе изображение было перевёрнутым, но более качественным. Эта особенность стала в итоге стандартной для телескопических приборов.
В XVII веке, с развитием мореплавания, начали появляться государственные обсерватории - парижская Королевская, Королевская Гринвичская, обсерватории в Польше, Дании, Швеции. Революционным последствием их строительства и деятельности стало введение стандарта времени: его теперь регламентировали световыми сигналами, а потом - с помощью телеграфа, радио.
В 1839 году была открыта Пулковская обсерватория (Санкт-Петербург), ставшая одной из самых известных в мире. Сегодня в России действует более 60 обсерваторий. Одна из самых больших в международном масштабе - Пущинская радиоастрономическая обсерватория, созданная в 1956 году.
В Звенигородской обсерватории (в 12 км от Звенигорода) работает единственная в мире камера ВАУ, способная осуществлять массовые наблюдения за геостанционными спутниками. В 2014 году МГУ открыл обсерваторию на горе Шаджатмаз (Карачаево-Черкессия), где установили самый большой для России современный телескоп, диаметр которого равен 2,5 м.
Лучшие современные зарубежные обсерватории
Мауна-кеа - находится на Большом гавайском острове, имеет самый большой на Земле арсенал высокоточного оборудования.
Комплекс VLT
(«огромный телескоп») - расположен в Чили, в «пустыне телескопов» Атакама.
Йеркская обсерватория
в Соединённых Штатах - «место зарождения астрофизики».
Обсерватория ORM (Канарские острова) - имеет оптический телескоп с наибольшей апертурой (способностью собирать свет).
Аресибо - находится в Пуэрто-Рико и владеет радиотелескопом (305 м) с одной из самых больших в мире апертур.
Обсерватория университета Токио (Атакама) - самая высокая на Земле, находится у вершины горы Серро-Чайнантор.
ОБСЕРВАТОРИЯ , учреждение для производства астрономических или геофизических (магнитометрических, метеорологических и сейсмических) наблюдений; отсюда подразделение обсерваторий на астрономические, магнитометрические, метеорологические и сейсмические.
По своему назначению астрономические обсерватории можно разделить на два главных типа: астрометрические и астрофизические обсерватории. Астрометрические обсерватории занимаются определением точных положений звезд и других светил для разных целей и, в зависимости от этого, разными инструментами и методами. Астрофизические обсерватории изучают различные физические свойства небесных тел, например, температуру, яркость, плотность, а также другие свойства, требующие физических методов исследования, например, движение звезд по лучу зрения, диаметры звезд, определяемые интерференционным способом, и т. д. Многие большие обсерватории преследуют смешанные цели, но имеются обсерватории и более узкого назначения, например, для наблюдения изменяемости географической широты, для поисков малых планет, наблюдения переменных звезд и т. п.
Местоположение обсерватории должно удовлетворять ряду требований, к числу которых относятся: 1) полное отсутствие сотрясении, вызываемых близостью железных дорог, уличного движения или фабрик, 2) наибольшая чистота и прозрачность воздуха - отсутствие пыли, дыма, тумана, 3) отсутствие освещенности неба, вызываемой близостью города, фабрик, железнодорожных станций и т. п., 4) спокойствие воздуха в ночные часы, 5) достаточно открытый горизонт. Условия 1, 2, 3 и отчасти 5 заставляют выносить обсерватории за город, нередко даже на значительные высоты над уровнем моря, создавая горные обсерватории. Условие 4 зависит от ряда причин частью общеклиматического (ветры, влажность), частью местного характера. Во всяком случае оно заставляет избегать мест с сильными воздушными течениями, например, возникающими от сильного нагревания почвы солнцем, резкими колебаниями температуры и влажности. Наиболее благоприятными являются местности, покрытые равномерным растительным покровом, с сухим климатом, на достаточной высоте над уровнем моря. Современные обсерватории состоят обычно из отдельных павильонов, расположенных среди парка или разбросанных по лугу, в которых установлены инструменты (фиг. 1).
В стороне располагают лаборатории - помещения для измерительной и вычислительной работы, для исследования фотографических пластинок и для производства различных опытов (например, для исследования излучения абсолютно черного тела, как эталона при определении температуры звезд), механическую мастерскую, библиотеку и жилые помещения. В одном из зданий устраивается подвал для часов. Если обсерватория не присоединена к электрической магистрали, то устраивается собственная электростанция.
Инструментальное оборудование обсерваторий бывает весьма разнообразным в зависимости от назначения. Для определения прямых восхождений и склонений светил употребляется меридианный круг, дающий одновременно обе координаты. На некоторых обсерваториях, по примеру Пулковской обсерватории, употребляются для этой цели два различных инструмента: пассажный инструмент и вертикальный круг, позволяющие определять упомянутые координаты раздельно. Самые наблюдения разделяются на фундаментальные и относительные. Первые состоят в независимом выводе самостоятельной системы прямых восхождений и склонений с определением положения точки весеннего равноденствия и экватора. Вторые заключаются в привязке наблюдаемых звезд, обыкновенно расположенных в неширокой зоне по склонению (отсюда термин: зонные наблюдения), к опорным звездам, положение которых известно из фундаментальных наблюдений. Для относительных наблюдений в настоящее время все больше применяется фотография, причем данный участок неба снимают специальными трубами с фотокамерой (астрографами ) с достаточно большим фокусным расстоянием (обычно 2-3,4 м). Относительное определение положения близких между собою объектов, например, двойных звезд, малых планет и комет, по отношению к близлежащим звездам, спутников планет относительно самой планеты, определение годичных параллаксов - производится при помощи экваториалов как визуальным путем – посредством окулярного микрометра, так и фотографическим, в котором окуляр заменен фотографической пластинкой. Для этой цели применяются самые большие инструменты, с объективами 0 до 1 м. Изменяемость широты исследуется преимущественно при помощи зенит-телескопов.
Главные наблюдения астрофизического характера бывают фотометрическими, включая сюда и колориметрию , т. е. определение цвета звезд, и спектроскопическими. Первые производятся при помощи фотометров, устанавливаемых в виде самостоятельных инструментов или, чаще, пристраиваемых к рефрактору или рефлектору. Для спектральных наблюдений служат спектрографы со щелью, которые присоединяются к самым большим рефлекторам (с зеркалом 0 до 2,5 м) или в устаревших случаях - к большим рефракторам. Получаемые фотографии спектров служат для различных целей, как то: определение лучевых скоростей, спектроскопических параллаксов, температуры. Для общей классификации звездных спектров могут употребляться более скромные инструменты - т. н. призматические камеры , состоящие из светосильной короткофокусной фотографической камеры с призмой перед объективом, дающие на одной пластинке спектры многих звезд, но с малой дисперсией. Для спектральных же исследований солнца, а также и звезд, на некоторых обсерваториях употребляются т. н. башенные телескопы , представляющие известные преимущества. Они состоят из башни (до 45 м высотой), на вершине которой установлен целостат, посылающий лучи светила вертикально вниз; несколько ниже целостата помещается объектив, через который проходят лучи, собираясь в фокусе на уровне земли, где они вступают в вертикальный или горизонтальный спектрограф, находящийся в условиях постоянной температуры.
Упомянутые выше инструменты устанавливаются на солидных каменных столбах с глубоким и большим фундаментом, стоящих изолированно от прочего здания, чтобы не передавались сотрясения. Рефракторы и рефлекторы помещаются в круглых башнях (фиг. 2), покрытых полусферическим вращающимся куполом с раскрывающимся люком, через который происходит наблюдение.
Для рефракторов пол в башне делается подъемным, для того чтобы наблюдатель мог удобно достигать окулярного конца телескопа при всяких наклонах последнего к горизонту. В башнях рефлекторов вместо подъемного пола обычно употребляются лестницы и небольшие подъемные платформы. Башни больших рефлекторов должны иметь такое устройство, которое обеспечивало бы хорошую температурную изоляцию днем против нагревания и достаточную вентиляцию ночью, при открытом куполе. Инструменты, предназначенные для наблюдения в одном определенном вертикале, - меридианный круг, пассажный инструмент и отчасти вертикальный круг - устанавливаются в павильонах из волнистого железа (фиг. 3), имеющих форму лежащего полуцилиндра. Путем открывания широких люков или откатывания стен образуется широкая щель в плоскости меридиана или первого вертикала, смотря по установке инструмента, позволяющая производить наблюдения.
Устройство павильона должно предусматривать хорошую вентиляцию, т. к. при наблюдении температура воздуха внутри павильона должна равняться внешней температуре, чем устраняется неправильное преломление луча зрения, называемое зальной рефракцией (Saalrefraktion). При пассажных инструментах и меридианных кругах часто устраивают миры, представляющие собою прочные метки, устанавливаемые в плоскости меридиана на некотором расстоянии от инструмента.
Обсерватории, несущие службу времени, а также производящие фундаментальные определения прямых восхождений, требуют большую часовую установку. Часы помещаются в подвале, в условиях постоянной температуры. В особом зале помещаются распределительные доски и хронографы для сравнения часов. Здесь же устанавливается приемная радиостанция. Если обсерватория подает сама сигналы времени, то требуется еще установка для автоматической посылки сигналов; передача же производиться через одну из мощных передаточных радиостанций.
Помимо постоянно функционирующих обсерваторий иногда устраиваются обсерватории и станции временные, предназначенные либо для наблюдения кратковременных явлений, главным образом солнечных затмений (прежде также прохождений Венеры по диску солнца), либо для производства определенной работы, по окончании которой такая обсерватория опять закрывается. Так, некоторые европейские и в особенности североамериканские обсерватории открывали временные - на несколько лет - отделения в южном полушарии для наблюдения южного неба в целях составления позиционных, фотометрических или спектроскопических каталогов южных звезд теми же методами и инструментами, которые употреблялись для той же цели на основной обсерватории в северном полушарии. Общее число ныне действующих астрономических обсерваторий доходит до 300. Некоторые данные, а именно: местоположение, главные инструменты и основные работы относительно главнейших современных обсерваторий приведены в таблице.
Магнитная обсерватория
Магнитная обсерватория - станция, ведущая регулярные наблюдения над геомагнитными элементами. Она является опорным пунктом для геомагнитной съемки примыкающего к ней района. Материал, который дает магнитная обсерватория, является основным в деле изучения магнитной жизни земного шара. Работа магнитной обсерватории может быть разделена на следующие циклы: 1) изучение временных вариаций элементов земного магнетизма, 2) регулярные измерения их в абсолютной мере, 3) изучение и исследование геомагнитных приборов, употребляющихся при магнитных съемках, 4) специальные работы научно-исследовательского характера в области геомагнитных явлений.
Для проведения указанных работ магнитная обсерватория имеет комплект нормальных геомагнитных приборов для измерения элементов земного магнетизма в абсолютной мере: магнитный теодолит и инклинатор , обычно индукционного типа, как более совершенный. Эти приборы д. б. сличены со стандартными приборами, имеющимися в каждой стране (в СССР они хранятся в Слуцкой магнитной обсерватории), в свою очередь сличенными с международным стандартом в Вашингтоне. Для изучения временных вариаций земного магнитного поля обсерватория имеет в своем распоряжении один или два комплекта вариационных приборов - вариометры D, Н и Z, - обеспечивающих непрерывную запись изменений элементов земного магнетизма с течением времени. Принцип действия вышеуказанных приборов - см. Земной магнетизм . Ниже описываются конструкции наиболее распространенных из них.
Магнитный теодолит для абсолютных измерений Н представлен на фиг. 4 и 5. Здесь А - горизонтальный круг, отсчеты по которому берутся при помощи микроскопов В; I - труба для наблюдений по способу автоколлимации; С - домик для магнита m, D - аретирующее приспособление, укрепленное в основании трубки, внутри которой проходит нить, поддерживающая магнит m. В верхней части этой трубки имеется головка F, с которой скреплена нить. Отклоняющие (вспомогательные) магниты помещаются на лагерах М 1 и М 2 ; ориентировка магнита на них определяется по специальным кругам с отсчетами при помощи микроскопов а и b. Наблюдения склонения ведутся при помощи того же теодолита, либо устанавливается специальный деклинатор , конструкция которого в общих чертах такая же, как и описанного прибора, но без приспособлений для отклонений. Для определения места истинного севера на азимутальном круге пользуются специально выставленной мерой, истинный азимут которой определяется при помощи астрономических или же геодезических измерений.
Земной индуктор (инклинатор ) для определения наклонения изображен на фиг. 6 и 7. Сдвоенная катушка S может вращаться около оси, лежащей на подшипниках, укрепленных в кольце R. Положение оси вращения катушки определяется по вертикальному кругу V при помощи микроскопов М, М. Н - горизонтальный круг, служащий для установок оси катушки в плоскости магнитного меридиана, К - коммутатор для преобразования переменного тока, получаемого при вращении катушки, в ток постоянный. От зажимов этого коммутатора ток подается на чувствительный гальванометр с сатазированной магнитной системой.
Вариометр Н изображен на фиг. 8. Внутри небольшой камеры подвешен на кварцевой нити или на бифиляре магнит М. Верхняя точка крепления нити находится вверху трубки подвеса и связана с могущей вращаться около вертикальной оси головкой Т.
Неразрывно с магнитом скреплено зеркальце S, на которое падает луч света из осветителя регистрирующего аппарата. Рядом с зеркальцем укреплено неподвижное зеркальце В, назначение которого прочерчивать на магнитограмме базисную линию. L - линза, дающая на барабане регистрирующего аппарата изображение щели осветителя. Перед барабаном установлена цилиндрическая линза, сводящая это изображение в точку. Т. о. запись на фотобумаге, навернутой на барабан, производится перемещением по образующей барабана светового пятна от луча света, отраженного от зеркальца S. Конструкция вариометра В в деталях такая же, как и описанного прибора, за исключением ориентировки магнита М по отношению к зеркальцу S.
Вариометр Z (фиг. 9) в существенных чертах состоит из магнитной системы, колеблющейся около горизонтальной оси. Система заключена внутри камеры 1, которая имеет в передней своей части отверстие, закрытое линзой 2. Колебания магнитной системы записываются регистратором благодаря зеркальцу, которое скреплено с системой. Для построения базисной линии служит неподвижное зеркальце, расположенное рядом с подвижным. Общее расположение вариометров при наблюдениях изображено на фиг. 10.
Здесь R - регистрирующий аппарат, U - его часовой механизм, который вращает барабан W с светочувствительной бумагой, l - цилиндрическая линза, S - осветитель, Н, D, Z - вариометры для соответствующих элементов земного магнетизма. В вариометре Z буквами L, М и t обозначены соответственно линза, зеркало, связанное с магнитной системой, и зеркало, скрепленное с приспособлением для регистрации температур. В зависимости от тех специальных задач, в разрешении которых принимает участие обсерватория, ее дальнейшее оборудование носит уже специальный характер. Надежная работа геомагнитных приборов требует особых условий в смысле отсутствия возмущающих магнитных полей, постоянства температуры и проч.; поэтому магнитные обсерватории выносят далеко за город с его электрическими установками и устраивают т. о., чтобы гарантировать желательную степень постоянства температуры. Для этого павильоны, где производятся магнитные измерения, строятся обыкновенно с двойными стенами и отопительная система располагается по коридору, Образованному внешними и внутренними стенами здания. В целях исключения взаимного влияния вариационных приборов на нормальные, те и другие устанавливаются обыкновенно в разных павильонах, несколько удаленных друг от друга. При постройке таких зданий д. б. обращено особенное внимание на то, чтобы внутри них и поблизости не оказалось никаких железных масс, в особенности перемещающихся. В отношении электропроводки д. б. соблюдены условия, гарантирующие отсутствие магнитных полей электрического тока (бифилярная проводка). Близость сооружений, создающих механические сотрясения, является недопустимой.
Поскольку магнитная обсерватория является основным пунктом для изучения магнитной жизни: земли, совершенно естественным является требование б. или м. равномерного распределения их на всей поверхности земного шара. В настоящий момент это требование удовлетворено только приблизительно. Помещенная ниже таблица, представляющая список магнитных обсерваторий, дает представление о степени выполнения этого требования. В таблице курсивом обозначено среднее годовое изменение элемента земного магнетизма, обусловленное вековым ходом.
Наиболее богатый материал, собранный магнитными обсерваториями, заключается в изучении временных вариаций геомагнитных элементов. Сюда относятся суточный, годовой и вековой ход, а также и те внезапные изменения в магнитном поле земли, которые получили название магнитных бурь. В результате изучения суточных вариаций явилось возможным выделить в них влияние положения солнца и луны по отношению к месту наблюдения и установить роль этих двух космических тел в суточных изменениях геомагнитных элементов. Основной причиной вариаций является солнце; влияние луны не превышает 1/15 действия первого светила. Амплитуда суточных колебаний в среднем имеет величину порядка 50 γ (γ = 0,00001 гаусса, см. Земной магнетизм), т. е. около 1/1000 полного напряжения; она меняется в зависимости от географической широты места наблюдения и в сильной степени зависит от времени года. Как правило, амплитуда суточных вариаций летом больше, чем зимой. Изучение распределения во времени магнитных бурь привело к констатированию связи их с деятельностью солнца. Количество бурь и их интенсивность совпадают по времени с количеством солнечных пятен. Это обстоятельство позволило Штормеру создать теорию, объясняющую возникновение магнитных бурь проникновением в верхние слои нашей атмосферы электрических зарядов, выбрасываемых солнцем в периоды наибольшей его активности, и параллельным образованием кольца движущихся электронов на значительной высоте, почти за пределами атмосферы, в плоскости земного экватора.
Метеорологическая обсерватория
Обсерватория метеорологическая , высшее научное учреждение для изучения вопросов, связанных с физической жизнью земли в самом широком смысле. Эти обсерватории в настоящее время занимаются не только чисто метеорологическими и климатологическими вопросами и службой погоды, но и вносят в круг своих задач вопросы земного магнетизма, атмосферного электричества и атмосферной оптики; на некоторых обсерваториях ведутся даже наблюдения сейсмические. Поэтому такие обсерватории носят более широкое наименование - геофизические обсерватории или институты.
Собственные наблюдения обсерваторий в области метеорологии имеют в виду давать строго научный материал наблюдений, производимых над метеорологическими элементами, необходимый для целей климатологии, службы погоды и удовлетворения ряда практических запросов на основе записей самопишущих приборов с непрерывной регистрацией всех изменений в ходе метеорологических элементов. Непосредственные наблюдения в определенные срочные часы производятся над такими элементами, как давление воздуха (см. Барометр), температура и влажность его (см. Гигрометр), над направлением и скоростью ветра, солнечным сиянием, атмосферными осадками и испарением, снеговым покровом, температуры почвы и другими атмосферными явлениями по программе рядовых метеорологии, станций 2-го разряда. Помимо этих программных наблюдений на метеорологических обсерваториях производятся контрольные наблюдения, а также проводятся исследования методологического характера, выражающиеся в установлении и испытании новых методов наблюдений над явлениями, как уже отчасти изученными; так и вовсе не изученными. Наблюдения обсерваторий должны быть продолжительными, чтобы из них иметь возможность сделать ряд выводов для получения с достаточной точностью средних «нормальных» величин, для определения величины непериодических колебаний, свойственных данному месту наблюдений, и для определения закономерности в ходе этих явлений со временем.
Кроме производства собственных метеорологических наблюдений одной из крупных задач обсерваторий является изучение всей страны в целом или отдельных областей ее в физическом отношений и гл. обр. с точки зрения климата. Наблюдательный материал, поступающий с сети метеорологических станций в обсерваторию, подвергается здесь детальному изучению, контролю и тщательной проверке, чтобы отобрать наиболее доброкачественные наблюдения, которые уже могут пойти для дальнейшей проработки. Первоначальные выводы из этого проверенного материала публикуются в изданиях обсерватории. Такие издания по сети станций быв. России и СССР охватывают наблюдения, начиная с 1849 года. В этих изданиях публикуются гл. обр. выводы из наблюдений, и только для незначительного числа станций наблюдения печатаются полностью.
Остальной обработанный и проверенный материал хранится в архиве обсерватории. В результате глубокой и тщательной проработки этих материалов время от времени появляются различные монографии, или характеризующие методику обработки или касающиеся разработки отдельных метеорологических элементов.
Одной из специфических особенностей деятельности обсерваторий является особая служба предсказаний и оповещений о состоянии погоды. В настоящее время служба эта выделена из состава Главной геофизической обсерватории в виде самостоятельного института - Центральное бюро погоды. Чтобы показать развитие и достижения нашей службы погоды, ниже приведены данные о числе принятых в Бюро погоды за сутки телеграмм, начиная с 1917 г.
В настоящее время Центральное бюро погоды получает до 700 одних только внутренних телеграмм кроме сводок. Помимо этого, здесь же проводятся крупные работы по улучшению методов предсказывания погоды. Что касается степени удачности краткосрочных предсказаний, она определяется в 80-85%. Помимо краткосрочных прогнозов в настоящее время разработаны методы и даются долгосрочные предсказания общего характера погоды на предстоящий сезон или на небольшие периоды, или детальные предсказания по отдельным вопросам (вскрытия и замерзания рек, половодий, гроз, метелей, градобития и пр.).
Для того чтобы наблюдения, производящиеся на станциях метеорологической сети, были сравнимы между собой, необходимо, чтобы приборы, по которым производятся эти наблюдения, были сравнены с «нормальными» эталонами, принятыми на международных съездах. Задача проверки приборов разрешается специальным отделом обсерватории; на всех станциях сети применяются только приборы, проверенные на обсерватории и снабженные особыми сертификатами, дающими или поправки, или постоянные для соответствующих приборов при данных условиях наблюдений. Помимо этого, в тех же целях сравнимости результатов непосредственных метеорологических наблюдений на станциях и обсерватории наблюдения эти должны производиться в строго определенные сроки и по определенной программе. В виду этого обсерватория издает специальные инструкции для производства наблюдений, перерабатываемые от времени до времени на основании опытов, прогресса науки и в соответствии с постановлениями международных съездов и конференций. Обсерваторией же вычисляются и издаются специальные таблицы для обработки метеорологических наблюдений, производимых на станциях.
Кроме метеорологических ряд обсерваторий ведет также актинометрические исследования и систематические наблюдения над напряженностью солнечной радиации, над диффузной радиацией и над собственным излучением земли. В этом отношении заслуженную известность имеет обсерватория в Слуцке (б. Павловск), где сконструировано не малое число приборов как для непосредственных измерений, так и для непрерывных автоматических записей изменений различных элементов излучения (актинографы), и здесь установлены эти приборы для работы ранее, чем на обсерваториях других стран. В некоторых случаях ведутся исследования по изучению энергии в отдельных участках спектра помимо интегрального лучеиспускания. Вопросы, связанные с поляризацией света, также составляют предмет специального изучения обсерваторий.
Научные полеты на аэростатах и свободных воздушных шарах, производимые многократно для проведения непосредственных наблюдений над состоянием метеорологических элементов в свободной атмосфере, хотя и доставили ряд весьма ценных данных для познания жизни атмосферы и законов, управляющих ею, тем не менее эти полеты имели лишь весьма ограниченное применение в повседневной жизни вследствие значительных затрат, связанных с ними, а также и трудностью достижения больших высот. Успехи авиации предъявляли настойчивые требования к выяснению состояния метеорологических элементов и гл. обр. направления и скорости ветра на различных высотах в свободной атмосфере и т. о. выдвинули значение аэрологических исследований. Были организованы особые институты, выработаны специальные методы подъема самопишущих приборов различных конструкций, которые поднимаются на высоту на воздушных змеях или с помощью особых резиновых шаров, наполненных водородом. Записи таких самописцев дают информацию о состоянии давления, температуре и влажности, а также о скоростях движения воздуха и направлении на различных высотах в атмосфере. В случае, когда требуются сведения только о ветре в различных слоях, производятся наблюдения над небольшими шарами-пилотами, свободно выпускаемыми из места наблюдения. В виду огромного значения таких наблюдений для целей воздушного транспорта, обсерваторией организуется целая сеть аэрологических пунктов; обработка результатов произведенных наблюдений, а также решение ряда задач теоретического и практического значения, касающихся движения атмосферы, проводятся на обсерваториях. Систематические наблюдения на высокогорных обсерваториях также дают материал для познания законов циркуляции атмосферы. Помимо этого, такие высокогорные обсерватории имеют значение в вопросах, касающихся питания рек, берущих начало с ледников, и связанных с этим вопросов ирригации, что важно в полупустынных климатах, например, в Средней Азии.
Переходя к наблюдениям над элементами атмосферного электричества, проводимым на обсерваториях, необходимо указать, что они имеют непосредственную связь с радиоактивностью и кроме того имеют известное значение в развитии с.-х. культур. Цель этих наблюдений заключается в измерении радиоактивности и степени ионизации воздуха, а также в определении электрического состояния осадков, выпадающих на землю. Всякие нарушения, происходящие в электрическом поле земли, вызывают нарушения в беспроволочной, а иногда даже и в проволочной связи. Обсерватории, расположенные в приморских пунктах, в программу своих работ и исследований включают изучение гидрологии моря, наблюдения и прогнозы о состоянии моря, что имеет непосредственное значение для целей морского транспорта.
Кроме получения наблюдательного материала, обработки его и возможных выводов во многих случаях представляется необходимым подвергнуть экспериментальному и теоретическому изучению наблюдаемые в природе явления. Отсюда вытекают задачи лабораторного и математического исследования, проводимые обсерваториями. В условиях лабораторного опыта иногда удается воспроизвести то или иное атмосферное явление, всесторонне изучить условия возникновения и причины его. В этом отношении можно указать на работы, проведенные в Главной геофизической обсерватории, например, по изучению явления донного льда и определению мер борьбы с этим явлением. Точно так же в лаборатории обсерватории подвергался изучению вопрос о скорости охлаждения нагретого тела в воздушном потоке, что имеет прямую связь с разрешением проблемы переноса тепла в атмосфере. Наконец математический анализ находит себе широкое применение при решении ряда вопросов, связанных с процессами и различными явлениями, имеющими место в атмосферных условиях, например, циркуляция, турбулентное движение и пр. В заключение дадим перечень обсерваторий, находящихся в СССР. На первом месте надо поставить Главную геофизическую обсерваторию (Ленинград), основанную в 1849 г.; рядом с ней в качестве ее загородного филиала - обсерватория в Слуцке. Учреждения эти выполняют задачи в масштабе всего Союза. Помимо них ряд обсерваторий с функциями республиканского, областного либо краевого значения: Геофизический институт в Москве, Ср.-азиатский метеорологический институт в Ташкенте, Геофизическая обсерватория в Тифлисе, Харькове, Киеве, Свердловске, Иркутске и Владивостоке, организуемые Геофизические институты в Саратове для Нижне-Волжского края и в Новосибирске для 3ападной Сибири. Имеется ряд обсерваторий на морях - в Архангельске и вновь организуемая обсерватория в Александровске для северного бассейна, в Кронштадте - для Балтийского моря, в Севастополе и Феодосии - для Черного и Азовского морей, в Баку - для Каспийского моря и во Владивостоке - для Тихого океана. Ряд бывших университетов также имеют в своем составе обсерватории с крупными работами в области метеорологии и вообще геофизики - казанский, одесский, киевский, томский. Все эти обсерватории не только ведут наблюдения в одном пункте, но и организуют экспедиционные исследования или самостоятельного, или комплексного характера по различным вопросам и отделам геофизики, чем в значительной мере содействуют изучению производительных сил СССР.
Сейсмическая обсерватория
Обсерватория сейсмическая служит для регистрации и изучения землетрясений . Основным прибором в измерительной практике землетрясений является сейсмограф, автоматически записывающий всякое сотрясение, которое происходит в определенной плоскости. Поэтому серия из трех приборов, два из которых - горизонтальные маятники, улавливающие и записывающие те компоненты движения или скорости, которые совершаются в направлении меридиана (NS) и параллели (EW), а третий - вертикальный маятник для записи вертикальных смещений, - необходима и достаточна для решения вопроса о месте эпицентральной области и о характере происшедшего землетрясения. К сожалению большинство сейсмических станций снабжается инструментами только для измерения горизонтальных компонентов. Общая организационная структура сейсмической службы в СССР заключается в следующем. Во главе всего дела стоит Сейсмический институт, находящийся в составе Академии наук СССР в Ленинграде. Последний руководит научной и практической деятельностью наблюдательных пунктов - сейсмических обсерваторий и различных станций, находящихся в отдельных областях страны и производящих наблюдения по определенной программе. Центральная сейсмическая обсерватория в Пулкове с одной стороны занимается производством регулярных и непрерывных наблюдений над всеми тремя составляющими движения земной коры посредством нескольких серий самопишущих приборов, с другой стороны на ней производится сравнительное изучение аппаратов и методов обработки сейсмограмм. Помимо этого, на основе собственного изучения и опыта здесь производится инструктаж других станций сейсмической сети. В соответствии со столь важной ролью, какую играет эта обсерватория в деле изучения страны в сейсмическом отношении, она имеет специально устроенный подземный павильон, так чтобы все внешние эффекты - температурные изменения, колебания здания под влиянием ударов ветра и т. п. - были устранены. Одна из зал этого павильона изолирована от стен и пола общего здания и в ней расположены наиболее ответственные серии приборов очень большой чувствительности. В практике современной сейсмометрии крупное значение имеют приборы, сконструированные академиком Б. Б. Голицыным. В приборах этих движение маятников может регистрироваться не механически, а при помощи так называемой гальванометрической регистрации , при которой происходит изменение электрического состояния в катушке, перемещающейся вместе с маятником сейсмографа в магнитном поле сильного магнита. Посредством проводов каждая катушка соединена с гальванометром, стрелка которого колеблется вместе с перемещением маятника. Зеркало, скрепленное со стрелкой гальванометра, позволяет следить за происходящими изменениями прибора или непосредственно, или при помощи фотографической регистрации. Т. о. нет необходимости входить в залу с приборами и тем нарушать токами воздуха равновесие в приборах. При такой установке приборы могут иметь весьма большую чувствительность. Помимо указанных, на обсерватории работают все время сейсмографы с механической регистрацией . Конструкция их более грубая, чувствительность значительно меньшая, и с помощью этих приборов представляется возможность контролировать, а главное восстанавливать записи приборов высокой чувствительности в случае различного рода неудач. На центральной обсерватории помимо текущей работы проводятся также многочисленные специальные исследования научного и прикладного значения.
Обсерватории или станции 1-го разряда предназначаются для регистрации отдаленных землетрясений. Они снабжены приборами достаточно высокой чувствительности, причем в большинстве случаев на них устанавливают один комплект приборов для трех составляющих движения земли. Синхронная запись показаний этих приборов дает возможность определить угол выхода сейсмических лучей, а по записям вертикального маятника можно решить вопрос о характере волны, т. е. определить, когда подходит волна сжатия или разрежения. Некоторые из этих станций еще до сего времени имеют приборы для механической регистрации, т. е. менее чувствительные. Ряд станций помимо общих занимается решением местных вопросов существенно практического значения, например, в Макеевке (Донбасс) по записям приборов можно найти связь между сейсмическими явлениями и выходами рудничных газов; установки в Баку дают возможность определить влияние сейсмических явлений на режим нефтяных источников и пр. Все эти обсерватории издают самостоятельные бюллетени, в которых помимо общих сведений о положении станции и об инструментах даются информации о землетрясениях с указанием моментов наступления волн различного порядка, последовательных максимумов в главной фазе, вторичных максимумов и пр. Помимо этого сообщаются данные о собственных смещениях почвы во время землетрясений.
Наконец наблюдательные сейсмические пункты 2 разряда предназначаются для записи землетрясений не особенно отдаленных или даже местных. В виду этого станции эти располагаются гл. обр. в областях сейсмических, какими у нас в Союзе являются Кавказ, Туркестан, Алтай, Байкал, полуостров Камчатка и остров Сахалин. Станции эти снабжены тяжелыми маятниками с механической регистрацией, имеют специальные полуподземного типа павильоны для установок; на них определяются моменты наступления волн первичных, вторичных и длинных, а также расстояние до эпицентра. Все эти сейсмические обсерватории несут также службу времени, т. к. наблюдения по приборам оцениваются с точностью до немногих секунд.
Из других вопросов, которыми занимаются специальные обсерватория, укажем на изучение лунно-солнечных притяжений, т. е. приливно-отливных движений земной коры, аналогичных явлениям прилива и отлива, наблюдаемым в море. Для этих наблюдений была построена между прочим специальная обсерватория внутри холма под Томском, и здесь установлены 4 горизонтальных маятника системы Целльнера в 4 различных азимутах. При помощи специальных сейсмических установок велись наблюдения над колебанием стен зданий под влиянием работы дизелей, наблюдения над колебаниями устоев мостов, особенно железнодорожных, во время движения по ним поездов, наблюдения над режимом минеральных источников и пр. В последнее время сейсмические обсерватории предпринимают специальные экспедиционные наблюдения в целях изучения расположения и распределения подземных пластов, что имеет большое значение при поисках полезных ископаемых, особенно если наблюдения эти сопровождаются гравиметрическими работами. Наконец важной экспедиционной работой сейсмических обсерваторий является производство нивелировок высокой точности в местностях, подвергающихся значительным сейсмическим явлениям, потому что повторные работы в этих областях дают возможность точно определить величины горизонтальных и вертикальных смещений, происшедших в результате того или иного землетрясения, и дать прогноз для дальнейших смещений и явлений землетрясений.
Подробности Категория: Работа астрономов Опубликовано 11.10.2012 17:13 Просмотров: 8741
Астрономическая обсерватория – научно-исследовательское учреждение, в котором ведутся систематические наблюдения небесных светил и явлений.
Обычно обсерватория возводится на возвышенной местности, где открывается хороший кругозор. Обсерватория оснащена инструментами для наблюдений: оптическими и радиотелескопами, приборами для обработки результатов наблюдений: астрографами, спектрографами, астрофотометрами и другими приспособлениями для характеристики небесных тел.
Из истории обсерватории
Трудно даже назвать время появления первых обсерваторий. Конечно, это были примитивные сооружения, но все-таки в них велись наблюдения за небесными светилами. Самые древние обсерватории находятся в Ассирии, Вавилоне, Китае, Египте, Персии, Индии, Мексике, Перу и в других государствах. Древние жрецы по сути и были первыми астрономами, потому что они вели наблюдения за звездным небом.
– обсерватория, созданная еще в каменном веке. Она находится недалеко от Лондона. Это сооружение было одновременно и храмом, и местом для астрономических наблюдений - истолкование Стоунхенджа как грандиозной обсерватории каменного века принадлежит Дж. Хокинсу и Дж. Уайту. Предположения о том, что это древнейшая обсерватория, основаны на том, что ее каменные плиты установлены в определенном порядке. Общеизвестно, что Стоунхендж был священным местом друидов – представителей жреческой касты у древних кельтов. Друиды очень хорошо разбирались в астрономии, например, в строении и движении звёзд, размерах Земли и планет, различных астрономических явлениях. О том, откуда у них появились эти знания, науке не известно. Считается, что они унаследовали их от истинных строителей Стоунхенджа и, благодаря этому, обладали большой властью и влиянием.
На территории Армении найдена еще одна древнейшая обсерватория, построенная около 5 тыс. лет назад.
В XV веке в Самарканде великий астроном Улугбек
построил выдающуюся для своего времени обсерваторию, в которой главным инструментом был огромный квадрант для измерения угловых расстояний звезд и других светил (об этом читайте на нашем сайте: http://сайт/index.php/earth/rabota-astrnom/10-etapi-astronimii/12-sredneverovaya-astronomiya).
Первой обсерваторией в современном смысле этого слова был знаменитый музей в Александрии
, устроенный Птолемеем II Филадельфом. Аристилл, Тимохарис, Гиппарх, Аристарх, Эратосфен, Геминус, Птолемей и другие добились здесь небывалых результатов. Здесь впервые начали употреблять инструменты с разделёнными кругами. Аристарх установил медный круг в плоскости экватора и с его помощью наблюдал непосредственно времена прохождения Солнца через точки равноденствия. Гиппарх изобрёл астролябию (астрономический инструмент, основанный на принципе стереографической проекции) с двумя взаимно перпендикулярными кругами и диоптрами для наблюдений. Птолемей ввёл квадранты и устанавливал их при помощи отвеса. Переход от полных кругов к квадрантам был, в сущности, шагом назад, но авторитет Птолемея удержал квадранты на обсерваториях до времён Рёмера, который доказал, что полными кругами, наблюдения производятся точнее; однако, квадранты были совершенно оставлены только в начале XIX века.
Первые обсерватории современного типа стали строиться в Европе после того, как был изобретен телескоп – в XVII веке. Первая большая государственная обсерватория – парижская
. Она была построена в 1667 г. Наряду с квадрантами и другими инструментами древней астрономии здесь уже использовались большие телескопы-рефракторы. В 1675 г. открылась Гринвичская королевская обсерватория
в Англии, в предместье Лондона.
Всего в мире работает более 500 обсерваторий.
Российские обсерватории
Первой обсерваторией в России была частная обсерватория А.А. Любимова в Холмогорах Архангельской области, открытая в 1692 г. В 1701 г. по указу Петра I создана обсерватория при Навигацкой школе в Москве. В 1839 г. была основана Пулковская обсерватория под Петербургом, оборудованная самыми совершенными инструментами, которые давали возможность получать результаты высокой точности. За это Пулковскую обсерваторию назвали астрономической столицей мира. Сейчас в России более 20 астрономических обсерваторий, среди них ведущей является Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория Академии наук.
Обсерватории мира
Среди зарубежных обсерваторий наиболее крупными являются Гринвичская (Великобритания), Гарвардская и Маунт-Паломарская (США), Потсдамская (Германия), Краковская (Польша), Бюраканская (Армения), Венская (Австрия), Крымская (Украина) и др. Обсерватории различных стран обмениваются результатами наблюдений и исследований, часто работают по одинаковой программе для выработки наиболее точных данных.
Устройство обсерваторий
Для современных обсерваторий характерным видом является здание цилиндрической или многогранной формы. Это башни, в которых установлены телескопы. Современные обсерватории оснащены оптическими телескопами, расположенными в закрытых куполообразных зданиях, или радиотелескопами. Световое излучение, собираемое телескопами, регистрируется фотографическими или фотоэлектрическими методами и анализируется для получения информации о далеких астрономических объектах. Обсерватории обычно располагаются далеко от городов, в климатических зонах с малой облачностью и по возможности на высоких плато, где незначительна атмосферная турбулентность и можно изучать инфракрасное излучение, поглощаемое нижними слоями атмосферы.
Типы обсерваторий
Существуют специализированные обсерватории, которые работают по узкой научной программе: радиоастрономические, горные станции для наблюдений Солнца; некоторые обсерватории связаны с наблюдениями, проводимыми космонавтами с космических кораблей и орбитальных станций.
Большая часть инфракрасного и ультрафиолетового диапазона, а также рентгеновские и гамма-лучи космического происхождения недоступны для наблюдений с поверхности Земли. Чтобы изучать Вселенную в этих лучах, необходимо вынести наблюдательные приборы в космос. Ещё недавно внеатмосферная астрономия была недоступна. Теперь она превратилась в быстро развивающуюся отрасль науки. Результаты, полученные на космических телескопах, без малейшего преувеличения перевернули многие наши представления о Вселенной.
Современный космический телескоп - уникальный комплекс приборов, разрабатываемый и эксплуатируемый несколькими странами в течение многих лет. В наблюдениях на современных орбитальных обсерваториях принимают участие тысячи астрономов со всего мира.
На картинке изображен проект крупнейшего инфрактрасного оптического телескопа в Европейской южной обсерватории высотой 40 м.
Для успешной работы космической обсерватории требуются совместные усилия самых разных специалистов. Космические инженеры готовят телескоп к запуску, выводят его на орбиту, следят за обеспечением энергией всех приборов и их нормальным функционированием. Каждый объект может наблюдаться в течение нескольких часов, поэтому особенно важно удерживать ориентацию спутника, вращающегося вокруг Земли, в одном и том же направлении, чтобы ось телескопа оставалась нацеленной строго на объект.
Инфракрасные обсерватории
Для проведения инфракрасных наблюдений в космос приходится отправлять довольно большой груз: сам телескоп, устройства для обработки и передачи информации, охладитель, который должен уберечь ИК-приёмник от фонового излучения - инфракрасных квантов, испускаемых самим телескопом. Поэтому за всю историю космических полётов в космосе работало очень мало инфракрасных телескопов. Первая инфракрасная обсерватория была запущена в январе 1983 г. в рамках совместного американо-европейского проекта IRAS. В ноябре 1995 г. Европейским космическим агентством осуществлён запуск на околоземную орбиту инфракрасной обсерватории ISO. На ней стоит телескоп с таким же диаметром зеркала, как и на IRAS, но для регистрации излучения используются более чувствительные детекторы. Наблюдениям ISO доступен более широкий диапазон инфракрасного спектра. В настоящее время разрабатывается ещё несколько проектов космических инфракрасных телескопов, которые будут запущены в ближайшие годы.
Не обходятся без ИК-аппаратуры и межпланетные станции.
Ультрафиолетовые обсерватории
Ультрафиолетовое излучение Солнца и звёзд практически полностью поглощается озоновым слоем нашей атмосферы, поэтому УФ-кванты можно регистрировать только в верхних слоях атмосферы и за ее пределами.
Впервые ультрафиолетовый телескоп-рефлектор с диаметром зеркала (SO см и специальный ультрафиолетовый спектрометр выведены в космос на совместном американо-европейском спутнике «Коперник», запущенном в августе 1972 г. Наблюдения на нём проводились до 1981 г.
В настоящее время в России ведутся работы по подготовке запуска нового ультрафиолетового телескопа «Спектр-УФ» с диаметром зеркала 170 см. Крупный международный проект "Спектр-УФ" - "Всемирная космическая обсерватория" (ВКО-УФ) направлен на исследование Вселенной в недоступном для наблюдений с наземными инструментами ультрафиолетовом (УФ) участке электромагнитного спектра: 100-320 нм.
Проект возглавляется Россией, он включен в Федеральную космическую программу на 2006-2015 гг. В настоящее время в работе над проектом участвуют Россия, Испания, Германия и Украина. Казахстан и Индия также проявляют интерес к участию в проекте. Институт астрономии РАН - головная научная организация проекта. Головной организацией по ракетно-космическому комплексу является НПО им. С.А. Лавочкина.
В России создается основной инструмент обсерватории - космический телескоп с главным зеркалом диаметром 170 см. Телескоп будет оснащен спектрографами высокого и низкого разрешения, спектрографом с длинной щелью, а также камерами для построения высококачественных изображений в УФ и оптическом участках спектра.
По возможностям проект ВКО-УФ сравним с американским Космическим Телескопом Хаббла (КТХ) и даже превосходит его в спектроскопии.
ВКО-УФ откроет новые возможности для исследований планет, звездной, внегалактической астрофизики и космологии. Запуск обсерватории запланирован на 2016 год.
Рентгеновские обсерватории
Рентгеновские лучи доносят до нас информацию о мощных космических процессах, связанных с экстремальными физическими условиями. Высокая энергия рентгеновских и гамма-квантов позволяет регистрировать их «поштучно», с точным указанием времени регистрации. Детекторы рентгеновского излучения относительно легки в изготовлении и имеют небольшой вес. Поэтому они использовались для наблюдений в верхних слоях атмосферы и за её пределами с помощью высотных ракет ещё до первых запусков искусственных спутников Земли. Рентгеновские телескопы устанавливались на многих орбитальных станциях и межпланетных космических кораблях. Всего в околоземном пространстве побывало около сотни таких телескопов.
Гамма-обсерватории
Гамма-излучение тесно соседствует с рентгеновским, поэтому для его регистрации используют похожие методы. Очень часто на телескопах, запускаемых на околоземные орбиты, исследуют одновременно и рентгеновские, и гамма-источники. Гамма-лучи доносят до нас информацию о процессах, происходящих внутри атомных ядер, и о превращениях элементарных частиц в космосе.
Первые наблюдения космических гамма-источников были засекречены. В конце 60-х - начале 70-х гг. США запустили четыре военных спутника серии «Вела». Аппаратура этих спутников разрабатывалась для обнаружения всплесков жёсткого рентгеновского и гамма-излучения, возникающих во время ядерных взрывов. Однако оказалось, что большинство из зарегистрированных всплесков не связаны с военными испытаниями, а их источники расположены не на Земле, а в космосе. Так было открыто одно из самых загадочных явлений во Вселенной - гамма-вспышки, представляющие собой однократные мощные вспышки жёсткого излучения. Хотя первые космические гамма-вспышки были зафиксированы ещё в 1969 г., информацию о них опубликовали только четыре года спустя.