ВЛИЯНИЕ ЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ НА СВЕТ ОТ АСТРОНОМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВФэн Шуй пространства
Первые исследования влияния атмосферы на проходящее через нее световое излучение были проведены еще в XVII-XVIII веках. Практический интерес тогда вызывало явление астрономической рефракции, связанное с изменением коэффициента преломления воздуха с высотой. Вследствие рефракции измеренное направление на астрономический объект не совпадает с реальным. Причем различие многократно превышает достигнутую в то время точность угловых измерений.
Теоретические исследования Лапласа связали величину рефракции с величиной экстинкции - ослаблением света при прохождении им через атмосферу. Теория экстинкции Лапласа была математической, не рассматривала физических источников этого явления. Позже лорд Рэлей дал убедительное обоснование того, что основная причина ослабления света в атмосфере - это так называемое молекулярное рассеяние. Рассеяние - это отклонение некой доли света в сторону от первоначального, основного направления распространения. Но поскольку единственным прибором для измерения блеска звезд тогда был глаз наблюдателя, а ошибки таких измерений сравнимы с величиной ослабления, то большого внимания явление ослабления света не вызывало.
В земной атмосфере кроме молекулярного имеется рассеяние света на аэрозолях - мельчайших частицах пыли, сажи, воды, взвешенных в воздухе. Светящиеся ореолы вокруг ярких объектов возникают вследствие именно этого рассеяния, оно также вызывает ослабление света. Содержание аэрозолей в атмосфере меняется, поэтому и вызываемые ими эффекты также переменны.
Кроме того, земная атмосфера не является однородной средой с плавно меняющимися характеристиками. Турбулентное перемешивание слоев воздуха, имеющих различную температуру, приводит к хаотичному появлению областей более холодного или более теплого воздуха размерами от миллиметров до сотен метров. Эти температурные неоднородности вызывают соответствующие изменения коэффициента преломления воздуха. Проходя через эти неоднородности первоначально плоский фронт световой волны искажается. Нерегулярные искажения волнового фронта приводят к случайным смещениям изображения звезды (изображение как бы дрожит), нерегулярным расплываниям изображения (эффект характерен для средних и крупных телескопов), хаотическому изменению яркости изображения (мерцание звезд).
ПЕРВЫЕ ВЫСОКОГОРНЫЕ ОБСЕРВАТОРИИ
Описанные выше эффекты были хорошо известны астрономам-наблюдателям, однако специально они не исследовались, поскольку несильно меняли качество наблюдений. Связано это с тем, что наблюдения проводились визуальными методами на малых телескопах (диаметром менее 0,5 м, если не считать телескопов Гершеля). Уникальные особенности механизма зрения позволяют различать малоконтрастные детали изображения в громадном диапазоне яркостей, игнорировать дрожание изображения в широкой полосе частот, усреднять мгновенные значения блеска, то есть несколько корректировать искажающее действие земной атмосферы.
Во второй половине XIX века положение с оценкой влияния атмосферы на астрономические наблюдения стало меняться. Появились факторы, изменившие отношение астрономов к выбору места для установки телескопов. Это начало широкого применения фотографии как объективного регистратора света и появление более крупных и, следовательно, более дорогих телескопов.
Применение фотографии широко раздвинуло возможности наблюдений, однако быстро выяснилось, что влияние атмосферы их ограничивает. Рассеяние света небесных и земных источников повышает яркость ночного неба. Это фоновое излучение мешает исследовать слабейшие астрономические источники, такие, как туманности и слабые галактики. Кроме того, рассеяние на аэрозолях снижает контраст изображения, и его слабые детали пропадают в рассеянном свете ярких частей наблюдаемого объекта. И наконец, эффекты искажения волнового фронта заметно снижают разрешающую и проницающую возможность телескопов (изображение на фотографии оказывается существенно большим и влияние фона неба усиливается).
Проведенные в то время исследования (хотя они были скорее качественными, чем количественными) показали, что мешающее влияние атмосферы можно ослабить, располагая телескопы в горах. К тому же развитие транспорта и связи уже позволяло астрономическим обсерваториям находиться вдали от городов. Успехи астрономии и телескопостроения стимулировали постановку новых наблюдательных задач и организацию новых обсерваторий. В результате практически все обсерватории, основанные в конце XIX и первой половине XX века, находятся в горах на высоте от 1 до 2 км.
Первые действительно высокогорные обсерватории были созданы для солнечных исследований в попытке значительно уменьшить рассеяние света в земной атмосфере. Именно рассеяние солнечного света, мешающее изучать такие феномены, как солнечная корона и протуберанцы, заставляет астрономов ехать куда угодно, лишь бы наблюдать их в момент солнечного затмения. Подъем на высоту от 2 до 3 км (пик дю Миди во Франции, Сакраменто пик в США, Кадайканал в Индии) действительно позволил исследователям Солнца получить новые значительные результаты, особенно после того, как французский астроном Лио нашел эффективный способ борьбы с рассеянием света в самих солнечных телескопах.