Астроклимат

Астрокли́мат (Астрономи́ческий кли́мат) — совокупность атмосферных условий, влияющих на качество астрономических наблюдений.

На свойства астроклимата более всего влияет приземный нижний слой атмосферы. Поверхность Земли благодаря собственному тепловому излучению в ночное время значительно охлаждается и охлаждает прилегающий к ней слой воздуха. Изменение температуры воздуха на 1^o С изменяет его показатель преломления на 10⁻⁶, что сказывается на качестве изображения.

Световое загрязнение на спутниковом снимке Земли в 2016 году.

Для работы астрономических приборов наиболее подходят места с таким сочетанием географических и климатических факторов где:

• пасмурная погода была бы редкостью;
• воздух был бы прозрачным, без аэрозолей, и спокойным, с как можно меньшим уровнем турбулентности;
• содержание водяного пара в атмосфере было бы как можно более низким; это особенно важно для работ в инфракрасной, субмиллиметровой и миллиметровой областях спектра, где атмосферный водяной пар задерживает приходящее из космоса излучение;
• вокруг не было бы источников искусственного освещения — «светового загрязнения».

Важнейшим производным условием является величина фонового свечения неба, зависящая от состава и количества загрязнений атмосферы (пыль, аэрозоль, пар), сейсмические шумы, величины светового загрязнения и и электромагнитные помехи.

Любой современный проект по разработке телескопа начинается с поиска места для его установки. На поиски мест с хорошим астроклиматом стали снаряжать экспедиции, оборудованные специальной измерительной аппаратурой.

Алгоритм оценки астроклимата

Предварительный отбор перспективных мест для строительства обсерватории производится на основе метеорологической информации, а затем организуются многомесячные (иногда и многолетние) экспедиции для изучения выбранных мест. С помощью небольших экспедиционных приборов, имитирующих наблюдение с крупным телескопом, проводятся измерения качества изображений звёзд в разные сезоны года. Окончательное решение о строительстве обсерватории принимают, исходя из полученных экспедициями результатов и в немалой степени — из экономических обстоятельств: наличия источников воды и электричества, морских портов, аэродромов и дорог, поскольку доставка и монтаж большого телескопа, прежде всего его многометрового зеркала, представляет сложную транспортную проблему.

Астроклимат определяется совокупностью влияющих факторов. Факторы, определяющие условия астроклимата, можно разделить на две группы:

1. естественные (природные);
2. искусственные (антропогенные).

К природным факторам относятся в основном микроклимат и метеорологическая обстановка: наличие облачности или тумана, наличие грозовых разрядов, атмосферное давление, температура, и влажность воздуха, система местных и общих воздушных потоков (ветров), температурные неоднородности воздуха и подстилающей местности, а также рельеф местности, природная сейсмическая активность и природные источники загрязнений атмосферы. Природные факторы существуют как данность и в отдельных случаях могут быть ослаблены или усилены деятельностью человека.

К антропогенным факторам относятся: искусственные источники света, тепла, искусственные неоднородности местности (участки с разными альбедо и/или теплоёмкостью), искусственные источники загрязнений атмосферы, электромагнитных помех и сейсмических колебаний, искусственные препятствия воздушным потокам, результаты мелиорации, заготовки или восстановления лесов и т. д. Антропогенные факторы полностью являются результатом человеческой деятельности. Антропогенные факторы, как правило, негативные, то есть ухудшающие параметры астроклимата и качество астрономических наблюдений.

Для упрощения оценки влияния астроклимата на параметры измеряются, рассчитываются либо оцениваются по характеристикам следующие факторы астроклимата:

• световое загрязнение — мощность, направленность;
• тепловыделение — мощность, площадь;
• восходящие или нисходящие потоки воздуха — скорость, высота подъёма, температура;
• загрязнение атмосферы пылью, аэрозолями — состав, количество;
• электромагнитные помехи — мощность, спектр;
• сейсмические шумы — амплитуда.

Регионы с хорошим астроклиматом

При выборе места для строительства обсерватории астрономов в первую очередь интересует количество ясного ночного времени. Оно измеряется в суммарном годовом количестве часов безоблачного неба в период астрономической ночи, когда погружение Солнца под горизонт превосходит 18° и уже не заметны сумеречные явления.

Чилийская пустыня Атакама расположена вдали от светового загрязнения, связанного с деятельностью человека. С вершин Чилийских гор открывается вид на одни из самых темных небес на Земле.

Для старых университетских обсерваторий, размещенных вблизи крупных городов Европы, это время составляет порядка 200—300 часов в год (Пулково, Рига, Москва). Для горных обсерваторий, расположенных в южной части бывшего СССР (Крым, Кавказ, Казахстан, Узбекистан), это 1000—1500 часов в год, а для наиболее современных обсерваторий в горах Чили и на Гавайях — 2500—3000 часов, что близко к суммарному темному времени за год.

В Европе одним из лучших мест для наблюдения северного неба считаются Канарские острова, где на острове Ла-Палма находятся телескопы, принадлежащие различным научным организациям Европы и мира. В Америке наилучшим местом традиционно считалась Калифорния, где с начала XX века на горе Маунт-Вилсон работают высокогорные обсерватории.

Самым благоприятным регионом в мире по астроклимату считаются Чилийские Анды в Южной Америке. Чили — полоса тихоокеанского побережья, протянувшаяся примерно на 4500 км с севера на юг и всего на 400 км с востока на запад. Почти на всю эту длину тянется молодая вулканическая цепь, преграждающая путь воздушным массам с Тихого океана. Северная половина Чили едва ли не целиком занята самой высокогорной пустыней мира — Атакамой.

Все астроклиматические параметры в Атакаме оказались исключительно благоприятными:

• количество ясных ночей в году (лишь около 10 % ночного времени непригодно для наблюдений);
• высокая оптическая прозрачность воздуха;
• полное отсутствие «светового загрязнения» (в Атакаме нет крупных населённых пунктов);
  

  Вид на Паранальскую обсерваторию
• спокойная атмосфера (типичный размер «диска дрожания», то есть угловой размер пятна, до которого размывает точечное изображение звезды атмосферная турбулентность, обычно составляет здесь менее одной секунды дуги — втрое-вчетверо меньше, чем в среднестатистических условиях);
• экстремально низкая влажность воздуха (всего 0,1-0,2 мм осаждённой воды в воздушном столбе против среднестатистических нескольких десятков миллиметров).

В Атакаме расположены крупнейшие обсерватории, принадлежащие США и ЕС:

• ALMA — Atacama Large Millimeter Array;
• Паранальская обсерватория;
• Обсерватория Ла-Силья;
• Обсерватория Лас-Кампанас;
• Large Synoptic Survey Telescope;
• Extremely Large Telescope.

Литература

• Щеглов П. Проблемы оптической астрономии. М., 1980.
• Сурдин В. Разведка далеких планет. М., 2022.
• Уокер Г. Астрономические наблюдения. М., 1990.
• Купер У., Уокер Е. Измеряя свет звезд. М., 1994.
• Плакса С. Астрономические наблюдения в городе. Астроклимат. 2008.