Астроклимат
Астрокли́мат (Астрономи́ческий кли́мат) — совокупность атмосферных условий, влияющих на качество астрономических наблюдений[1].
На свойства астроклимата более всего влияет приземный нижний слой атмосферы[2]. Поверхность Земли благодаря собственному тепловому излучению в ночное время значительно охлаждается и охлаждает прилегающий к ней слой воздуха. Изменение температуры воздуха на 1o С изменяет его показатель преломления на 10−6, что сказывается на качестве изображения[3].
Для работы астрономических приборов наиболее подходят места с таким сочетанием географических и климатических факторов где[4]:
- 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[5].
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[1].
Астроклимат определяется совокупностью влияющих факторов. Факторы, определяющие условия астроклимата, можно разделить на две группы:
- естественные (природные);
- 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[5].
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.
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[1].
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[6].
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[4]:
- 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);
- 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[7]:
- ALMA — Atacama Large Millimeter Array;
- Паранальская обсерватория;
- Обсерватория Ла-Силья;
- Обсерватория Лас-Кампанас;
- Large Synoptic Survey Telescope;
- Extremely Large Telescope.
Примечания
- ↑ 1,0 1,1 1,2 В.Г. Сурдин. Разведка далёких планет / Салецкая О. В.. — Физматлит, 2022. — 380 с. — ISBN 978-5-9221-1535-3.
- ↑ [roscosmos.ru/1265/ Астроклимат]. Роскосмос. Дата обращения: 25 мая 2023.
- ↑ П.В. Щеглов. Астроклимат // Физика Космоса. — 1986.
- ↑ 4,0 4,1 Кирилл Масленников. В астрономическом раю. Заметки пулковского астронома о путешествии в Чили, в обсерваторию ESO // Наука и жизнь : Журнал. — 2019. — № 1.
- ↑ 5,0 5,1 Учёный совет ГАО РАН. Положение об астроклимате // ГАО РАН. — 2015.
- ↑ Астроклимат // UniverTV : Образовательный видеопортал. — 2009.
- ↑ Ольга Фролова. Чили — страна астрономических обсерваторий и самых больших телескопов в мире // TravelAsk : Журнал. — 2019.
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.
Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!