Роль Кримської астрофізичної обсерваторії у розвитку космічних досліджень з вивчення Місяця

У сучасних умовах розвитку вітчизняної астрофізики та космічної науки важливо мати інформацію щодо накопиченого попередніми поколіннями досвіду. Зокрема, це стосується аналізу науково-дослідної діяльності Кримської астрофізичної обсерваторії (КрАО) в області позаатмосферної астрономії та встановленні внеску окремих вчених-співробітників організації в розвиток космічних досліджень на території Кримського півострову.

1959 р. ознаменувався для КрАО як початок проведення серії позаатмосферних експериментів, зокрема, які передбачали спостереження фону неба за допомогою ширококутних астрофотометрів, розроблених і виготовлених в лабораторіях наукової установи. Результати, отримані в кожному дослідженні, сприяли виникненню й утвердженню низки найважливіших теорій, науково-технічному прогресу в галузі науки і техніки. У серії експериментів своєю унікальністю виділявся дослід, виконаний за допомогою астрофотометрії АФ-ЗЛ на апараті “Місяцехід-2”.

Проблематика проведення досліджень поза атмосферою Землі за допомогою АФ-ЗЛ вивчалася не тільки істориками, а й фахівцями-астрофізиками. Тут необхідно згадати роботи Б. Коновалова, А.М. Звєрєвої, Р.Є. Гершберга, О.Є. Вольвача, Н.М. Степанян, М.В. Стешенко. Однак, це питання розглядалося у більшій мірі з технічного боку, ніж з історичним ухилом. Таким чином, поза дослідного поля залишається аспект встановлення внеску КрАО, окремих вчених-співробітників організації у розвиток космічних експериментів на території Кримського півострова. Дане невисвітлене в достатній мірі питання виступає метою цієї публікації.

У межах проведення досліджень на апараті “Місяцехід-2” метою вчених КрАО було вимірювання світіння неба з поверхні Місяця під час місячних дня і ночі. Перед дослідниками ставилися конкретні завдання. По-перше, для нічних вимірювань на Місяці слід було визначити світіння зодіакального світла - світла, розсіяного хмарою дрібних метеорних часточок, що заповнюють нашу планетну систему і концентруються до площини екліптики та біля Сонця, а потім з'ясувати характер його зв'язку з сонячною короною. Відсутність на Місяці атмосфери, яка на Землі розсіює і без того слабке зодіакальний світло, надавало можливість безперешкодно вивчати світіння. Для цього першочергово розраховували світіння зоряного фону тої області, в яку направлявся АФ-ЗЛ. По-друге, необхідно було з'ясувати силу ультрафіолетового випромінювання окремих зоряних полів, що проходили через поле зору АФ-ЗЛ, порівняно з тим, яке очікувалося на підставі сучасної теорії випромінювання зоряних атмосфер. Дану задачу можна було вирішити за допомогою вимірювання на АФ-ЗЛ світіння неба у видимій і ультрафіолетовій областях спектру, порівняння світінь в цих областях спектру.

До моменту проведення космічних досліджень співробітниками КрАО попередниками вже було встановлено відсутність атмосфери на Місяці, що пояснювало повну темряву місячного неба. Посилаючись на вже доведений факт, вчені КрАО припустили, що проникаюча сила астрономічних телескопів, встановлених на поверхні Місяця, повинна бути помітно більше, ніж на Землі. Це давало можливість бачити з Місяця більш далекі космічні об'єкти, ніж із Землі. Тому була поставлена прикладна задача, яка полягала у визначенні придатності умов на поверхні природного супутника Землі для можливого встановлення там астрономічних телескопів. Виявлення оптимальних умов для проведення наукової роботи на поверхні Місяця довело б доцільність створення місячних обсерваторій для спостереження різноманітних об'єктів Всесвіту, дозволило б вирішити низку питань, пов'язаних з його будовою і розвитком.

Вимірювання світіння місячного неба на апараті “Місяцехід-2” здійснювалося за допомогою модернізованого ширококутного двоканального фотометра АФ-3Л, створеного вченими КрАО Н.А. Дімовим і А.Б. Сєвєрним. В основу його конструкції покладено пристрій фотометр АФ-3, який успішно працював на низькоорбітальних штучних супутниках Землі “Космос-51” (1964) і “Космос-213” (1968). Вдосконалений прилад відрізнявся можливістю роботи в жорстких температурних умовах Місяця з урахуванням швидких і великих коливань температур під час дослідження, підвищеною точністю вимірювань за рахунок використання спеціальних бленд (насадок на об'єктив) для захисту від засвічення сторонніми джерелами світла (Сонце, Земля). У порівнянні зі значно зміненими впливом розсіяного світла результатами, отриманими за допомогою камери-спектрографа в 1972 р. на кораблі США “Аполон-16”, дані з космічного апарату “Місяцехід-2” відрізнялися репрезентативністю. Світло від джерел, розташованих під кутами більш 40° до оптичної осі фотометра, послаблялося блендами приблизно в 106 разів [2, с. 42] і практично не впливало на результати вимірювань.

Астрофотометром АФ-ЗЛ, встановленим на апараті “Місяцехід-2” вертикально і на весь період дослідження направленим до місцевого зеніту, за січень-березень 1973 р. було виміряно світіння місячного неба в районі кратера Лемоньє. При співпраці з групою управління шляхом маневрування космічним апаратом “Місяцехід-2” і маніпулюванням його кришкою, вчені КрАО провели 12 сеансів спостережень, 9 з яких - під час місячного дня в тіні панелі сонячних батарей, 2 - під час “сутінків” (при заході верхнього краю Сонця за місцевий горизонт на 1°) та 1 - “глибокої” місячної ночі [3, с. 31]. Для дослідження ультрафіолетового світіння місячного нічного неба був проведений лише один 10-хвилинний сеанс спостережень. Відомості про світіння в даній області спектра отримати не вдалося через повільне обертання програмного пристрою апарату при низьких температурах і обмеженого часу сеансів під час місячної ночі.

Особливу увагу слід приділити даним, отриманим під час сутінкового сеансу 109, нічного сеансу 216, а також сеансів 108 і 215 [2, с. 46]. Відмінною рисою сеансу 216 була наявність єдиного виміру світіння неба у V-каналі (відмітки темнового струму і радіолюмінесцентного джерела відсутні) [1, с. 12]. Під час проведення сеансів 108 і 215 при маневрах з кришкою “Місяцехід-2” було встановлено, що величина розсіяного світла від внутрішньої сторони кришки, яка є причиною “помилкового” світла, несуттєва. Експериментально це підтвердилося, коли при закритті кришки від 30° до 70-60° показники телеметрії не змінилися [1, с. 13]. Ослаблення впливу розсіяного світла Сонця від бленд АФ-ЗЛ для денних сеансів було отримано за рахунок розвороту місяцеходу до потрібного азимута і підйому його кришки на 90°. За даними, отриманими під час сеансу 109, встановлено максимальний вплив розсіяного світла, рівного 3,8*103 зірок [2, с. 49]. Ці показники в 10 разів перевищували обчислену очікувану яскравість неба у видимій області спектра.

В результаті експерименту на апараті “Місяцехід-2” було зареєстровано надлишкове світіння місячного неба у порівнянні з очікуваним упродовж місячного дня і місячної ночі в ультрафіолетовій області і особливо високе у видимій області. Таким чином, А.Б. Сєвєрним, А.М. Звєрєвою, Е.І. Терез було встановлено, що виміряна надлишкова яскравість у видимій області спектра місячного денного неба під час спостережень в тіні кришки апарата “Місяцехід-2”, а також V-яскравість місячного нічного неба після врахування випромінювання зірок і зодіакального світла виникала за рахунок світла Сонця і Землі, розсіяного блендами фотометра. Щодо виникнення надлишкової ультрафіолетової яскравості неба надано таке пояснення: вона обумовлена не розсіяним світлом Землі, а впливом сторонніх джерел світла, оскільки вплив засвічення від планети складав не більше 3% від зафіксованої яскравості неба [1, с. 13].

Яскравість місячного неба, зареєстрована дослідниками КрАО в ультрафіолетовому каналі АФ-ЗЛ, перевершувала очікувану в 2,5-16 разів. Підтвердженням можуть слугувати дані, отримані через годину після заходу Сонця під час сеансу 109: ультрафіолетова яскравість місячного “сутінкового” неба в 3, 3 рази перевершувала очікувану яскравість неба від світіння зірок, зодіакального світла і розсіяного на блендах фотометра світла Землі. Також зареєстроване ультрафіолетове світіння показало характерний хід із зенітною відстанню Сонця, який добре узгоджувався з тим, який прямував з індикатриси розсіяння місячного пилу [3, с. 32].

В ході проведення сеансів 108 і 215 (здійснювалися перед заходом Сонця) А.Б. Сєвєрним, А.М. Звєрєвою, Е.І. Терез зафіксована ультрафіолетова яскравість неба більша, ніж у сеансах після сходу Сонця. Отримані результати свідчили про сильніший прояв ефекту розсіювання після тривалої освітленості поверхні Місяця сонячним світлом.

Для підтвердження припущення щодо існування плоскопаралельного розсіюючого шару в сеансі 109 була отримана оцінка оптичної товщі розсіюючого пилового шару, яка дорівнювала 3, 6*10'6. Розрахунки показали, що для двох характерних розмірів пилинок місячного ґрунту, 10 мкм і 70 мкм, така оптична товщина могла бути обумовлена 4,5 і 0,092 частинками в стовпі з основою в 1 см відповідно [1, с. 27]. Посилаючись на дані дослідження, А.Б. Сєвєрний, А.М. Звєрєва, Е.І. Терез зробили висновок про неможливість виявлення настільки малої концентрації пилу над поверхнею Місяця при спостереженнях краю Місяця з Землі. Однак і спостереженню фону неба в ультрафіолетовому і особливо у видимому діапазонах спектру безпосередньо з поверхні Місяця перешкоджало світло Сонця і Землі, розсіяне навколомісячним пилом.

Результати досліджень нестаціонарної концентрації пилу над місячною поверхнею, отримані вітчизняними вченими, підтверджувалися даними американських науковців. Фотографії місячного неба в лінії L3, отримані з поверхні Місяця в 1972 р. на космічній станції “Аполон-16”, вказували на існування над поверхнею Місяця значно розрідженої атмосфери.

На підставі аналізу репрезентативних джерел можемо стверджувати, що проведене на другому із серії місячних дистанційно-керованих планетоходів космічному апараті “Місяцехід-2” вивчення яскравості місячного неба стало другим фундаментальним проектом у науковій роботі КрАО з позаатмосферної астрономії, а отже і з дослідження космосу. У ході експерименту А.Б. Сєвєрним, А.М. Звєрєвою, Е.І. Терез вперше на поверхні Місяця за допомогою астрофотометрії було виміряно підвищене світіння фону неба в порівнянні з очікуваним в ультрафіолетовій і видимій областях спектра. Досконаліший в технічному плані (застосування третьої відеокамери на висоті людського зросту, використання бленд), апарат дозволив здійснити фотометричне дослідження яскравості місячного неба, яке свідчило про існування пилової оболонки навколо Місяця.

Джерела та література

1. Зверева А.М. Результаты исследования яркости лунного неба, полученные с помощью астрофотометра АФ-3Л, установленного на “Луноходе-2” / А.М. Зверева, А.Б. Северный, Э.И. Терез // Изв. КрАО. - 1975. - Т. LIII. - С. 3-28.

2. Зверева А.М. Внеатмосферные исследования ультрафиолетовой светимости фона неба / А.М. Зверева: дис. канд. физ.-мат. наук: 01.03.02 / А.М. Зверева; Крымская астрофизическая обсерватория АН СССР. - Научный, 1984. - 180 с.

3. Зверева А.М. Измерения яркости лунного неба с поверхности Луны (эксперимент Крымской астрофизической обсерватории) / А.М. Зверева // Космічна наука і технологія. - 1996.- Т.2. - № 1-2. - С. 31-33.

4. Severny A.B. The Measurements of Sky Brightness on Lunokhod-2 / A.B. Severny, E.I. Terez, A.M. Zvereva // The Moon. - 1975. - Vol. 14. - P. 123-128.

Размещено на Allbest.ur