Немного истории
180 лет назад, 19 (7) августа 1839 г. состоялось торжественное открытие Главной (Пулковской) астрономической обсерватории, внесшей значительный вклад в развитие отечественной и мировой науки. Основание в ту эпоху большой Обсерватории в южных пригородах Петербурга было вызвано, в первую очередь, необходимостью составления высокоточных звездных каталогов, используемых для нужд геодезии и навигации. Также перед новым учреждением науки ставились некоторые задачи фундаментального характера: изучение и определение астрономических постоянных (аберрации, нутации, рефракции, определение положения эклиптики и точек равноденствия), измерение тригонометрических параллаксов и собственных движений звезд. Немаловажнымявлялся вклад ГАО в решение геодезических задач по определению географических координат различных пунктов страны, а также градусных измерений для исследования формы земного эллипсоида. Стоит отметить, что в период с 1844 по 1884 гг. через центр круглого зала главного здания Обсерватории проходил основной (Пулковский) меридиан, являвшийся на протяжении 40 лет нулевым меридианом для Российской империи.
За долгую 180-ти летнюю историю своего существования в стенах Пулковской обсерватории было сделано немало важных научных открытий. Например, в двоенную эпоху можно отметить следующие события:
1) На основании исследования ослабления света от звезд в области Млечного пути первый директор ГАО В.Я. Струве предсказал существование межзвездной среды, заполняющее пространство внутри Галактики. Подтверждение его гипотезы пришло лишь спустя пол века, когда в 1904 г. немецкий астроном Ф. Хартман обнаружил неподвижные линии поглощения в спектре двойной звезды δ-Ориона.
2) В 1895 г. астрофизик А.А. Белопольский изучая спектры колец Сатурна, полученные на 30-ти дюймовом пулковском рефракторе, установил, что скорости их вращения не одинаковы, а изменяются в зависимости от расстояния до планеты. Ближние к Сатурну области кольца вращаются быстрее, чем дальние. Тем самым Аристарх Аполлонович по результатам проведенных наблюдений подтвердил гипотезу С.В. Ковалевской, что кольца Сатурна не являются цельной структурой, а представляют множество мелких тел, обращающихся вокруг этой планеты-гиганта.
3) Также А.А. Белопольским в 1900 г. впервые в истории, посредством сконструированного им прибора с вращающимися зеркалами, удалось экспериментально подтвердить влияние эффекта Доплера на световые волны.
Великим испытанием для ГАО стала Великая Отечественная война. Ценой больших потерь 23 сентября 1941 г. немецко-фашистские войска были остановлены примерно в километре от главного здания. В результате вражеских бомбардировок и артобстрелов, не прекращавшихся до самого конца блокады, Пулковская обсерватория превратилась в груды развалин.
20 мая 1954 г. состоялось торжественное открытие возрожденной из руин Пулковской обсерватории. Во второй половине XX века существенно расширился спектр деятельности ГАО, а также появились новые научные отделы. Из послевоенных достижений и открытий, сделанных в стенах Обсерватории, можно отметить следующие:
1) В 1955 г. аспирантом радиоастрономического отдела ГАО Тиграном Шмаоновым из наблюдений, произведенных на пулковском радиотелескопе, был зафиксирован “холодный” космический фон, температура которого составляла всего несколько градусов по шкале Кельвина. Шмаонов заметил, что интенсивность фона не меняется ни от положения на небе ни от времени. Тогда этому явлению не уделили должного внимания, оставив лишь небольшую статью в журнале “Приборы и техника эксперимента”. Однако, как впоследствии выяснилось, этот “холодный” космический фон являлся ничем иным как эхом Большого взрыва, известного как реликтовое излучение. Однако пальма первенства досталась двум американским физикам Арно Пензиасу и Роберту Вильсону, случайно обнаружившим этот “холодный” фон при исследовании космических радиоисточников в 1964 г. и давшим ему верную интерпретацию.
2) Под руководством члена-корреспондента Академии наук СССР Д.Д. Максутова в стенах Пулковской обсерватории велась разработка крупнейшего на ту эпоху телескопа с шестиметровым зеркалом, получившим впоследствии наименование “Большой азимутальный телескоп” (БТА). По расчётам, выполненным сотрудниками ГАО, этот гигант был изготовлен на Ленинградском оптико-механическом объединении под руководством конструктора Б.К. Иоаннисиани. Зимой 1975 г., установленный в горах Карачаево-Черкессии в созданной для этого Специальной астрофизической обсерватории АН СССР, БТА оставался крупнейшим астрономическим инструментом в мире вплоть до 1993 г.
3) Известным пулковским астрофизиком Ю.Н. Гнединым совместно с Р.А. Сюняевым в 1973 г. было предсказано существование циклотронных линий в спектрах нейтронных звезд, вызванных излучением электронов, движущихся в сверхсильном магнитном поле. Как известно, частота генерируемого электронами циклотронного излучения зависит от напряжённости магнитного поля, в котором происходит их движение. Открытие таких линий в спектрах нейтронных звезд позволило экспериментальными методами оценить напряженность их магнитного поля, достигающей чудовищных значений ~ 10^12 Гаусс, что в триллионы раз превосходит величину магнитного поля Солнца (~ 1Гаусс).
Современные исследования, проводимые в ГАО РАН.
На сегодняшний день Пулковская обсерватория (ГАО РАН) является одним из крупнейших научно-исследовательских институтов России в области астрономии. Штат ГАО в настоящее время насчитывает примерно 300 человек, из которых около 100 – научные сотрудники, проводящие исследования космических объектов и связанных с ними физических явлений. Институт включает в себя пять крупных научных отделов: астрометрии, астрофизики, физики Солнца, небесной механики и динамической астрономии, а также радиоастрономии.
Старейший из них – астрометрический, занимается изучением физики Солнечной системы, вопросами строения и эволюции подсистем Галактики, поисками и исследованиями экзопланет с помощью методов астрометрии и фотометрии. Традиционная для пулковских астрометристов задача - определение элементов орбит визуально-двойных звезд. Актуальность этих исследований проистекает из того, что знание орбитальных периодов и больших полуосей автоматически дает самые надежные оценки сумм масс компонентов. Для решения этих задач пулковчане используют наблюдения, получаемые на Большом 26-ти дюймовом рефракторе – крупнейшем линзовом телескопе России. Также имеются автоматизированные телескопы ЗА-320М (расположен в Пулковской обсерватории) и МТМ-500М (расположен на Горной астрономической станции ГАО вблизи Кисловодска) для отслеживания астероидов, сближающиеся с Землей. По этим наблюдениям сотрудники астрометрического отдела получают необходимые данные для исследования орбитальной динамики астероидов, уточнения их масс и анализа кинематики астероидов, находящихся в неустойчивых резонансах.
В отделе небесной механики и динамической астрономии ведутся исследования динамики и эволюции планетных и звездных систем. Особую актуальность и общественный интерес в последние годы приобрели экзопланетная и Галактическая тематики. На сегодняшний день известно более 4 тысяч внесолнечных планет. Они обнаружены не только в Галактической окрестности Солнца, но и в самых отдаленных областях Млечного пути. Исследования, проводимые в отделе, необходимы для построения общей картины формирования, динамической эволюции и “архитектуры” планетных систем и галактик.
Спектр деятельности астрофизического отдела ГАО наиболее многообразен в плане изучаемых объектов. В отличии от астрометристов и небесных механиков, астрофизикам в первую очередь важны задачи, связанные с процессами, протекающими на самих небесных объектах или в их недрах. В ГАО РАН проводятся астрофизические исследования начиная от молодых объектов и заканчивая “звездными могилами” – конечными продуктами эволюции звезд. Первые из них еще не вышли на так называемую Главную последовательность и они (молодые звезды) могут генерировать излучение не от термоядерных реакций, а от собственного гравитационного сжатия, разогревающего их недра. Молодые звезды в большинстве случаев окружены газопылевыми дисками из которых могут формироваться будущие планеты. Группа астрофизиков из Лаборатории проблем звездообразования ГАО занимается математическим моделированием процессов формирования таких систем.
Астрофизические наблюдения очень требовательны к “чистоте” неба, поэтому пулковские астрофизики получают необходимые данные от далеких звезд на высокогорных обсерваториях Кавказа, в Крыму и на прочих наблюдательных площадках, где нет сильного влияния светового загрязнения, а также с космических телескопов, позволяющих “видеть” объекты дальнего космоса в ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма диапазонах длин волн, недосягаемых в земных условиях.
Есть также в Пулкове исследователи в области астрофизики высоких энергий, которых интересуют такие необычные (вырожденные) объекты как белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры. Все это продукты конечной стадии эволюции звезд, называемые простым языком “звездными могилами”. Они являются уникальными “лабораториями” для изучения необычных физических процессов, которые невозможно воспроизвести в земных условиях. Например, гравитационное линзирование, когда чёрная дыра или массивный сверхплотный объект искажает пространственно-временной континуум в своей окрестности. Нейтронные звезды либо белые карлики в паре с невырожденной звездой могут проявлять себя как рентгеновские пульсары. Они являются мощными источниками рентгеновского излучения, благодаря интенсивным процессам перетекания (аккреции) вещества от нормального компаньона к компактному объекту, разогревающим поверхность вблизи его магнитных полюсов. Группа сотрудников лаборатории физики звезд ГАО занимается изучением процессов взаимодействия аккреционного потока с нейтронными звездами и белыми карликами для интерпретации феномена быстрой эволюции периода осевого вращения некоторых рентгеновских пульсаров.
Сотрудники отдела физики Солнца занимаются изучением физических свойств нашего основного светила и особенностей его воздействия практически на все земные процессы, начиная от климата Земли и заканчивая здоровьем отдельного человека. Несмотря на то, что на большой временной шкале поток излучения от Солнца более или менее стабилен, в отличие, например, от переменных звезд, иногда наше Светило может проявлять значительную вспышечную активность, что и обуславливает заметное влияние Солнца на состояние всей нашей планеты. Ежедневные наблюдения, производимые на Горной астрономической станции ГАО, расположенной на высокогорном плато вблизи Кисловодска, дают важные сведения о текущей солнечной активности и позволяют прогнозировать его влияние на магнитосферу Земли и на состояние космической погоды в ближнем космосе. Специалисты отдела занимаются также теоретическим моделированием активных образований на Солнце (солнечных пятен, факелов, протуберанцев, корональных петель, корональных дыр, вспышечных волокон и др.), чья природа обусловлена структурой и динамикой магнитных полей на Солнце. Эти результаты играют важную роль, будучи, в частности, напрямую связанными с решением проблем удержания плазмы в установках термоядерного синтеза - Токамаках. Важным достижением последних десятилетий стала разработка сотрудниками ГАО РАН новой физической модели солнечного пятна, которая впервые позволила получить ответы на ряд фундаментальных вопросов, связанных с процессами образования, равновесия и распада солнечных пятен. В частности, эта модель предсказала, что солнечные пятна, как долгоживущие, достаточно стабильные и четко локализованные, уединенные магнитные образования, должны испытывать долгопериодические (с периодами от 10 до 32 часов) колебания около положения своего устойчивого равновесия. И такие специфические колебания солнечных пятен, как целостных магнитных структур, действительно были обнаружены и детально исследованы сотрудниками отдела физики Солнца.
На текущий момент Пулковская обсерватория, как и в прежние годы, является одним из ключевых центров фундаментальной астрономической науки. Направления исследований, проводимых в ГАО, сочетая в себе традиции и новизну, охватывают почти весь спектр современной астрономии. Пулковские астрономы, как и в прежние времена, активно сотрудничают со своими коллегами из других научных учреждений и с гордостью рассказывают многочисленным посетителям обсерватории о ее славной истории и достижениях.
Автор выражает благодарность сотрудникам Пулковской обсерватории: М.Ю. Ховричеву, А.А. Соловьеву, Ю.А. Наговицыну, Д.Л. Горшанову, Т.В. Соболевой и А.В. Мельникову за помощь в подготовке статьи.