Солнечная астрономия. Часть 4

Вооружение для взгляда на Солнце

Вот вы говорите солнечная астрономия. Ну, хорошо, не вы, а я. Что за инструменты используются в такой астрономии? Разумеется, телескопы. Но какие они?

В предыдущих частях (первой, второй и третьей) мы неоднократно упоминали солнечные телескопы. Как себе представляет телескоп любой нормальный человек? Такая длинная подзорная труба. Примерно как у Галилея.

Через эту трубу еще четыреста лет назад Галилео Галилей смотрел, в том числе, и на Солнце. Обнаружил на нем пятна. Так что в каком-то смысле его телескоп тоже был солнечным.

Сейчас вы подумаете, что я скажу, будто труба Галилея ничуть не похожа на солнечные телескопы наших дней. А вот и нет. Внешне орбитальные солнечные рентгеновские телескопы такие же трубы.

Посмотрите сами и сравните:

Разумеется, главное отличие не снаружи, а внутри этих труб. Телескоп Галилея создан на основе преломляющих линз (по-научному телескоп-рефрактор). То есть свет проходит через гнутые стеклышки, преломляется в них и фокусируется на выходе.

Этот принцип хорош для видимого света с длинами волн 400-700 нанометров (от фиолетового цвета с меньшими длинами до красного с большими). Но с рентгеном такой фокус не пройдет (мы ведь уже договорились в первой части, что солнечную корону можно изучать только в рентгеновском диапазоне).

Во-первых, у рентгеновского излучения очень короткие длины волн. От десятых долей нанометра до нескольких десятков. То есть в 10-1000 раз короче, чем у видимого света.

Второе вытекает из первого. Короткие длины волн сильно поглощаются любым веществом. Поэтому сделать преломляющую линзу для рентгена не так легко. Излучение, войдя с одной стороны линзы, не выйдет с другой – просто поглотится веществом (стеклом, металлом, диэлектриком – по большому счету всё равно).

Поэтому солнечные рентгеновские телескопы работают на зеркальном принципе. То есть на отражении. С отражением рентгеновского излучения тоже не всё просто, тут много интересных деталей. О них мы поговорим в другой раз. Сейчас просто принимаем как факт: рентгеновское отражение может достаточно эффективно отражаться.

Зеркальный телескоп (или по-научному рефлектор) изобретение не сегодняшнего дня. Первый рефлектор создал 350 лет назад Исаак Ньютон. У него в трубу были встроены два зеркала (одно из них изогнутое – сфера или параболоид). Свет от звезд, от Солнца входил в трубу, дважды отражался и из-за кривизны зеркала фокусировался у наблюдателя. Гениально и просто.

Настолько гениально, что телескопы-рефлекторы постепенно вытеснили собой устаревшие рефракторы. В сегодняшней солнечной астрономии используется схема-рефлектор Ричи-Кретьена (в честь американского астронома Джорджа Ричи и французского Анри Кретьена).

Работает схема просто. Свет (в нашем случае рентгеновский) приходит издалека и попадает в эту трубу на рисунке слева. Отражается от большого зеркала (справа). По сходящимся путям отражается от малого зеркала (в центре). И фокусируясь проходит через центральное отверстие в большом зеркале.

Именно по такой схеме работает большинство телескопов обсерваторий, которые мы упоминали. Например, российской обсерватории ТЕСИС (2009 год). На рисунке ниже приведена схема одного из телескопов ТЕСИС.

Белые «кругляшки» на схеме и есть рентгеновские зеркала, размещенные по схеме Ричи-Кретьена. Синие «кругляшки» — пропускающие фильтры. Тоже любопытный объект. Пока достаточно сказать, что они просто отфильтровывают мощный длинноволновый фон фотосферы Солнца и пропускают сквозь себя рентген.

Можно представить эти зеркала в трубе, чтобы окончательно сложилась картинка солнечного телескопа:

Но мы погрешим и против истины, и против еще пары замечательных людей, если не упомянем телескопы, выполненные по схеме Гершеля. Это тоже телескоп-рефлектор, то есть зеркальный.

Раньше англичанина немецкого происхождения Уильяма Гершеля новую систему сконструировал Михаил Ломоносов. Но, как это часто случается, в мировой традиции телескоп получил имя европейского ученого Гершеля.

Принципиальным отличием системы Гершеля от системы Ричи-Кретьена является однозеркальность. То есть у Гершеля-Ломоносова использовалось на два, а одно зеркало. В чем-то такая схема проще, в чем-то хуже двухзеркальной. Но факт есть факт: в солнечной астрономии она используется по сей день, спустя 250 лет после создания.

На картинке приведены схемы таких однозеркальных телескопов обсерватории ТЕСИС. Одно зеркало принимает излучение Солнца и фокусирует его на детекторе.

Для российских обсерваторий зеркала изготавливаются в России. Конкретнее в Нижнем Новгороде в Институте физики микроструктур. Ниже приведены фото реальных зеркал, созданных для обсерватории ТЕСИС.

Остается выяснить, как работают эти зеркала и чем они уникальны (а они уникальны). Но об этом в следующий раз

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями!