Астрономічні обсерваторії

Обсерваторія (від лат. observe — спостерігаю, уважно слід­кую) — наукова установа, у якій за допомогою спеціальних ін­струментів проводять астрономічні (астрономічна обсерваторія), магнітні (магнітна обсерваторія), сейсмологічні, метеорологічні та інші спостереження, а також обробляють одержані результати.

Історія

Оскільки необхідність астрономічних спостережень для розді­лення часу і для землеробських робіт була усвідомлена ще від часів зародження людської культури, то час появи обсерваторій сягає глибокої давнини. Особистим персоналом колишніх обсерваторій були жерці і служителі релігії. Халдеї будували зіккурати чи храми- обсерваторії. У китайців як філіальні відділення математичного трибуналу з незапам’ятних часів існували обсерваторії в Пекіні, Ло- яне та інших містах. Єгипетські піраміди, судячи з орієнтування їх боків по сторонах світу, теж зводилися з метою проведення відомих астрономічних спостережень. Сліди існування колишніх обсервато­рій знайдені в Індії, Персії, Перу і Мексиці. Крім великих держав­них обсерваторій, у давнину зводилися і приватні, наприклад, вели­кою популярністю користувалася обсерваторія Евдокса в Кніду.

Головними інструментами давніх обсерваторій були: гномон для систематичних спостережень полуденних висот Сонця, соняч­ний годинник і клепсидри для вимірювання часу. Без допомоги інструментів спостерігали Місяць і його фази, планети, моменти сходу та заходу світил, проходження їх через меридіан, сонячні і місячні затемнення.

Першою обсерваторією в сучасному розумінні цього слова був знаменитий музей в Олександрії, влаштований Птолемеем II Філа­дельфійським. Ряд таких астрономів, як Арістід, Тімохаріс, Гіппарх, Аристарх, Ератосфен, Гемінус, Птолемей та інші, помітно сприяли розвитку цієї установи. Тут уперше почали використовувати інстру­менти з розділеними колами. Аристарх встановив на портику музею мідне коло в площині екватора і з його допомогою спостерігав безпо­середньо часи проходження Сонця через точки рівнодення. Гіппарх винайшов астролябію з двома взаємно перпендикулярними колами і діоптрій для спостережень. Птолемей увів квадранти і встановлю­вав їх за допомогою виска. Перехід від повних кіл до квадрантів був, по суті, кроком назад, але авторитет Птолемея утримав квадранти на обсерваторіях до часів Ремера, який довів, що за допомогою по­вних кіл спостереження отримують точніші.

Обсерваторії в Європі

Після руйнування олександрійського музею з усіма його колек­ціями та інструментами через деякий час з’явилися обсерваторії в Багдаді, Каїрі, Марате (Насредцін), Самарканді (Улугбек) та ін. Арабський вчений Гебер влаштував обсерваторію в Севільї, найдав­нішу в Європі. Від початку XVI століття саме в Європі почали зво­дитися спершу приватні, а потім і урядові обсерваторії: Регіомон- тан влаштував обсерваторію в Нюрнберзі, Вільгельм IV, ландграф Гессенський, — у Касселі (1561) та ін.

Знаменитий Тихо Брате весь свій статок, більше 100 000 крон, витратив на споруди та інструменти своєї обсерваторії на острові Гвеєн, поблизу Копенгагена. Він перший в Європі почав уживати металеві інструменти з колами, розділеними через 1'. Значною славою користувалася і приватна обсерваторія Гевелія.

Перша урядова обсерваторія в Європі була побудована в 1637- 1656 pp. у Копенгагені. До пожежі 1728 р. вона мала вежу заввиш­ки 115 датських футів і 48 футів у діаметрі. Сама обсерваторія міс­тилася на вершині вежі, куди вела гвинтова дорога. Відомо, що по цій дорозі 1716 р. Петро Великий в’їхав верхи, а Катерина І — у ка­реті, запряженій шісткою коней. Ще Ремер зауважив недоліки цієї високої вежі для встановлення приладів і винайдений ним пасаж­ний інструмент поставив у своїй приватній обсерваторії на рівні землі і далеко від проїжджої дороги.

До кінця XVIII століття в Європі діяло понад 100 обсерваторій, а до початку XX століття їх кількість сягнула 380. На початку XX століття швидко зростала кількість приватних обсерваторій, вла­штованих астрономами-аматорами; дуже багато їх було у Англії і в Сполучених Штатах, де на них жертвували цілі капітали. З та­ких обсерваторій особливо чудові Ликська поблизу Сан-Франциско і Йєркська біля Чикаго з найбільшими у світі (на той час) рефрак­торами з об’єктивами в 36 і 40 дюймів у діаметрі.

Обсерваторії в Україні

Першу в Україні астрономічну обсерваторію було заснова­но 1821 р. адміралом А. С. Грейсом. Обсерваторія була збудована у Миколаєві та мала призначення обслуговувати Чорноморський флот. Другою в Україні була обсерваторія Київського університе­ту, будівництво якої було закінчено 1845 року. Потім було відкри­то обсерваторії в Одесі (1871) та Харкові (1888), 1900 року створено обсерваторію Львівського університету. У Сімеїзі (Крим) 1908 року було організовано астрофізичний відділ Пулковської обсерваторії, який за радянських часів входив до складу Кримської астрофізич­ної обсерваторії АН СРСР. У Полтаві 1926 року було створено граві­метричну обсерваторію, основним завданням якої є вивчення рухів земних полюсів і припливів у земній корі. 1945 року в Голосієві, під Кієвом, було створено астрономічну обсерваторію АН УРСР.

Значні астрометричні роботи виконали в Україні І. Є. Кортац- ці, Б. П. Остащенко-Кудрявцев, Л. І. Семенов (Миколаїв), В. І. Фа- бріціус, М. П. Диченко (Київ), М. В. Ціммерман, Б. В. Новопа-шенний (Одеса), Г. В. Левицький, Л. О. Струве, М. М. Євдокимов (Харків), О. Я Орлов, Є. П. Федоров (Полтава). М. Ф. Хандріков був визначним організатором Київської школи теоретичної астро­номії. Важливі дослідження виконав у Києві А. О. Яковін. У галузі астрофізики значних успіхів досягли С. К. Всехсвятський (Київ), О. К. Кононович і В. П. Цесевич (Одеса), В. Г. Фесенков, М. П. Ба- рабашов (Харків), Г. М. Неуймін, Г. А. Шайн, Е. Р. Мустель(Крим), Е. В. Рибка, В. Б. Степанов, М. В. Ейгенсон (Львів) і багато інших.

Головна астрономічна обсерваторія НАНУ — заснована 17 лип­ня 1944 з ініціативи Олександра Яковича Орлова. Розташована за 12 км на південь від центра Києва в Голосіївському лісі (звідси походить її неофіційна назва — Голосіївська). Координати Обсерва­торії— 2h02m східної довготи, 50°21'9" північної широти, висота над рівнем моря — 186 м.

Кримська астрофізична обсерваторія — обсерваторія Націо­нальної академії наук України. Основна частина обсерваторії роз­ташована в Бахчисарайському районі Криму, у селищі Науковому, за 25 км від Сімферополя та 12 км від Бахчисарая, на висоті 600 м над рівнем моря. Почала свою роботу 30 червня 1945 року.

Основні напрямки наукових досліджень включають досліджен­ня активних ядер галактик і джерел космічних променів; спостере­ження космічних об’єктів методом радіоінтерферометри; будова, хімічний склад, магнетизм і нестаціонарність зір, фізика Сонця й сонячна активність; планети, малі тіла Сонячної системи й асте­роїди; глобальні рухи материків і полюсів Землі, а також розробка наземних і космічних оптичних телескопів.

У період від 1966 по 1992 рік в обсерваторії було відкрито 1285 малих планет. Станом на 26 серпня 2010 обсерваторія посідає 15-те місце серед обсерваторій світу за кількістю відкритих малих планет, хоча від 1992 року не було відкрито жодної нової малої пла­нети.

В обсерваторії з 1960 року працює один з найбільших у Європі рефлекторів, другий за величиною оптичний телескоп на території країн СНД і найбільший в Україні — Дзеркальний телескоп Шайна.

Нейтринні обсерваторії

Нейтрино завдяки слабкій взаємодії з речовиною може вихо­дити з об’єктів, непрозорих для інших видів випромінювання, і, отже, може дати важливу інформацію про процеси, що відбувають­ся всередині них.

Основні напрями досліджень у галузі нейтринної астрофізики, проведені на сьогодні:

1. Дослідження внутрішньої будови Сонця.

2. Дослідження нейтринних осциляцій, що використовує як дже­рела атмосферні нейтрино або сонячні нейтрино.

3. Пошук нейтрино з надр Землі (геонейтріно).

4. Дослідження темпу формування масивних зірок в ранні епохи по дифузному потоку нейтрино від всіх гравітаційних колапсів.

Підземні нейтрино-телескопи

Методика реєстрування заряджених частинок, народжених під час взаємодії нейтрино, найрізноманітніша — сцинтиляційні баки (Баксанський сцинтиляційний телескоп), стримірні трубки (установка MACRO), реєстрація черенковського світла у воді (уста­новки Super-Kamiokande і SNO). Енергетичний поріг установок 5-10 МеВ. Для зменшення фону від атмосферних мюонів нейтрино- телескопи розміщують у приміщеннях, екранованих від поверхні шаром ґрунту товщиною 1-2 км. Слід зазначити, що ряд установок (ІМВ, NUSEX, FREJUS, SOUDAN) створювали у 80-ті роки перш за все для пошуку розпаду протона.

Найбільшим з існуючих підземних нейтринних телескопів є водний черенковський детектор Super-Kamiokande (Японія). Де­тектор являє собою сталевий циліндричний резервуар (заввишки 41 м і діаметром 38 м), наповнений водою. Повна маса води ~ 50 тис. тонн. Внутрішній об’єм проглядають 11 тисяч фотопомножу- вачів з діаметром фотокатода 50 см, рівномірно розміщених по внутрішній поверхні резервуара. Площа, покрита фотокатодами фотопомножувачів, приблизно дорівнює 40 % всієї внутрішньої площі резервуара. Зовні резервуар оточений з усіх боків шаром води завтовшки 2, 5 м, його також переглядають фотопомножувачі. Велика кількість фотопомножувачів дозволяє отримувати деталь­ний «образ» події і розділяти події від взаємодії мюонних нейтрино з утворенням мюона та події, зумовлені взаємодією електронних нейтрино з електроном у кінцевому стані. Наявність активного за­хисту дає можливість виділяти нейтрино події не тільки знизу, тоб­то від нейтрино, що пройшли Землю, але й зверху.

Баксанська нейтринна обсерваторія (БНО) — фізична обсер­ваторія з вивчення нейтрино, розташована в Баксанській ущелині Кавказького гірського хребта. Підземні споруди обсерватори пере­бувають у двох тунелях завдовжки 3670 м під горою Андирчі. їх ек­вівалентна глибина становить від 100 до 4800 м водного еквівалента.

На початку 90-х років були розпочаті роботи зі створення ней­тринного телескопа AMANDA на Південному полюсі, на амери­канській станції Амундсен-Скотт. Південний полюс покритий, як відомо, льодом товщиною близько трьох кілометрів. Реалізація проекту стала можливою завдяки унікальній методиці створен­ня глибоких (2 км!) каналів у льоду за допомогою гарячої води. Канал замерзає приблизно через дві доби, і цього часу достатньо для монтажу гірлянди фотоприймачів. Але підняти і відремонту­вати гірлянду вже неможливо. На сьогодні AMANDA складеться з 677 фотоприймачів, розміщених на 19 стрінгах, і є найбільшим телескопом нейтрино. Розпочато роботи з розширення установки до 1 км³. Нова установка IceCube буде складатися з 4800 оптичних модулів на 80 стрінгах. Над встановленням буде розташована уста­новка ІсеТор для реєстрування широких атмосферних злив від кос­мічних променів.