Інфрачервона астрономія

ІНФРАЧЕРВО́НА АСТРОНО́МІЯ  — роз­діл астрономії, присвячений дослідже­н­ням космічних тіл за їх випромінюванням в області довжин хвиль від 0,8 мкм до 1 мм. В інфрачервону (ІЧ) область спектра входить максимум інтенсивності теплового ви­промінюва­н­ня холодних обʼєктів з т-рами від 3 К до 2–3 тис. К: зір пізніх спектрал. класів і пилових оболонок навколо них; зір на початк. стадіях зоре­утворе­н­ня, занурених у протозоряні газопилові хмари; між­зоряного пилу і газу, а також планет і малих тіл Соняч. системи. У довгохвильовій ділянці ІЧ області (субміліметр. діапазоні) зосередж. осн. частина енергії реліктового ви­промінюва­н­ня, що виникло на ран­ній стадії роз­шире­н­ня Всесвіту. Хоча епізод. спо­стереже­н­ня в ближній ІЧ області були проведені ще на поч. 19 ст. (англ. астроном В. Гершель дослідив ІЧ спектр Сонця за допомогою призми і термометра), І. а. сформувалася як окремий роз­діл на­прикінці 60-х рр. 20 ст., коли Дж. Нейґебауер і Р. Лейтон (США) виконали огляд пн. неба на хвилі 2,2 мкм та виявили цілий клас обʼєктів з «інфрачервоним надлишком» — ви­промінюва­н­ням, набагато більшим, ніж очікувалося з екс­траполяції видимої частини зоряних спектрів. Дослідж. на хвилях понад 4 мкм стали можливими завдяки за­стосуван­ню охолоджуваного гелієм германієвого болометра, роз­робленого Ф. Лоу (США, 1961). Осн. механізм генерації галактич. ІЧ ви­промінюва­н­ня — тепловий, а гол. ви­промінююча суб­станція — між­зоряний чи навколозоряний пил, що найчастіше на­грівається ультрафіолет. і оптич. ви­промінюва­н­нями близьких зір. Ви­промінювал. процеси пере­важають у навколозоряних пилових оболонках, вдалині від гарячих зір температура пилу ви­значається на­гріва­н­ням не від окремих зір, а від заг. поля ви­промінюва­н­ня Галактики. Холодні і щільні газопилові хмари, в яких ще не утворилися зорі, на­гріваються у зовн. шарах заг. полем ультрафіолет. і оптич. ви­промінювань зір, а в центр. частинах — більш проникаючим рентґенів. ви­промінюва­н­ням та косміч. променями, що взаємодіють з газом і пилом. На­гріва­н­ня таких хмар частково може бути зумовлене виділе­н­ням гравітац. енергії при їх стискуван­ні, а охолодже­н­ня пилу у зовн. шарах від­бувається не тільки за рахунок її довгохвильового ІЧ ви­промінюва­н­ня, але й за рахунок пере­дачі кінет. енергії молекулам газу при їх зі­ткне­н­нях із частками пилу. Спектрал. область ІЧ ви­промінюва­н­ня звичайно роз­діляють на ближню (0,8–5 мкм), середню (5–35 мкм) і далеку (до 1 мм). Область 0,1 мм часто називають субміліметровою. Наземні спо­стереже­н­ня проводять у вікнах про­зорості атмо­сфери як за допомогою звичай. оптич. теле­скопів, так і спеціалізов. ІЧ теле­скопів. Спеціалізов. теле­скопи (зі зведеним до мінімуму власним ви­промінюва­н­ням) встановлюють у високогір. р-нах для зменше­н­ня по­глина­н­ня. Так, на вершині згаслого вулкана Мауна-Кеа (Гавайські о-ви) на вис. 4200 м над р. м. встановлено 2 великі ІЧ теле­скопи: британ. з діаметром дзеркала 375 см та Нац. упр. аеронавтики і дослідж. косміч. простору США (300 см). При астрон. спо­стереже­н­нях в ІЧ діапазоні слід враховувати наявність власного ви­промінюва­н­ня атмо­сфери і теле­скопа, часто набагато сильнішого, аніж реєстров. ви­промінюва­н­ня джерела. Для надійного детектува­н­ня не зовсім холодного обʼєкта з т-рою порядку кількох десятків К охолоджують увесь косміч. теле­скоп, при­ймачі ви­промінюва­н­ня, світлофільтри тощо за допомогою гелію, запаси якого на борту косміч. апарата — гол. обмежувач актив. функціонува­н­ня апарата на орбіті. Роз­міще­н­ня теле­скопів на висотних літаках і аеро­статах дає можливість практично виключити вплив атмо­сфер. по­глина­н­ня й проводити астрон. спо­стереже­н­ня практично у всій ІЧ області спектра, за винятком ділянок, близьких до найсильніших ліній по­глина­н­ня земної атмо­сфери. Істот. збільше­н­ня чутливості спо­стережень в ІЧ діапазоні можна досягнути за рахунок зниже­н­ня рівня фонового ви­промінюва­н­ня та фотон. шуму при установці теле­скопів на штучних супутниках Землі і кріоген. охолоджен­ні дзеркал. Перший такий спеціалізов. супутник-обсерваторія «ІRАS» (Нідерланди, США, Велика Британія) працював на орбіті 1983, провів повний огляд небес. сфери в діапазоні довжин хвиль 8–120 мкм і зна­йшов бл. 250 тис. джерел ІЧ ви­промінюва­н­ня. Спо­стереже­н­ня в ІЧ діапазоні виявилися найрезультативнішим методом дослідж. ви­промінюва­н­ня планет і їхніх супутників, астероїдів та комет. В ІЧ області спектра зосередж. велика частина енергії власного теплового ви­промінюва­н­ня твердих поверхонь і атмо­сфер планет. Дослідж. ІЧ ви­промінюва­н­ня планет дають можливість ви­значити теплову структуру атмо­сфер і їх хім. склад. Серед важл. результатів — виявле­н­ня внутр. енерговиділе­н­ня Юпітера і Сатурна, рівного за величиною енергії соняч. ви­промінюва­н­ня на їх поверх­нях; спо­стереже­н­ня кілець Урана і Юпітера на довж. хвилі 2,2 мкм; виявле­н­ня водяного льоду на поверх­ні супутників планет-гігантів і метанового льоду на поверх­ні Плутона; ви­значе­н­ня структури атмо­сфер планет-гігантів; від­кри­т­тя флуктуацій спектра ІЧ ви­промінюва­н­ня комет і їх звʼязку з динамікою комет. хвостів; а також вода, нещодавно виявлена в космосі у великих кількостях (присутня в газопилових туман­ностях, у гарячих і вмираючих зорях, у брилах комет. льоду й на багатьох планетах та їх супутниках). Цікаві результати отримано також при спо­стереже­н­нях ІЧ ви­промінюва­н­ня зір. Так, за дослідж. молекуляр. спектрів холодних зір у ближньому ІЧ діапазоні отримано багату інформацію про хім. склад зоряних атмо­сфер, особливо про ізотоп. склад червоних гігантів. На основі спо­стережень неперервних спектрів зір виділено в них 2 складові: спектр фото­сфери зорі в короткохвильовій ділянці ІЧ діапазону та спектр ви­промінюва­н­ня навколозоряного пилу в більш довгохвильовій області. ІЧ дослідж. доводять, що нові зорі під час спалахів утворюють велику кількість пилу. За допомогою спо­стережень в ІЧ діапазоні можливо досліджувати р-ни Галактики, сховані від оптич. спо­стережень між­зоряним пилом, оскільки між­зоряне по­глина­н­ня світла пилом швидко зменшується зі збільше­н­ням довжини хвилі. Ви­промінюва­н­ня ядра Галактики у видимому діапазоні зменшується в 1012 разів, водночас на довж. хвилі 2,2 мкм по­глина­н­ня зменшується до кількох зоряних величин, що дає змогу проводити детальні дослідж. структури галактич. ядра. Особливо важл. досягне­н­ням І. а., що має космогонічне значе­н­ня, стало виявле­н­ня у щільних і не­про­зорих у видимій області газопилових хмарах компакт. яскравих джерел ІЧ ви­промінюва­н­ня; через від­сутність теплового радіови­промінюва­н­ня їх діагностовано як протозорі — зорі на ран­ніх стадіях еволюції. При дослідж. позагалакт. джерел ІЧ ви­промінюва­н­ня виявлено, що в багатьох галактиках з актив. ядрами і квазарів велика частина ви­промінюваної ними енергії дійсно зосередж. в ІЧ області, але ви­промінюва­н­ня на­стільки потужне, що донині не за­пропоновано механізмів його генерації.

Завантажити статтю