Два главных взаимосвязанных между собой аспекта современной астрофизики представляют объяснение наблюдаемых особенностей и природы космических объектов, их формирования и эволюции. С этой целью она применяет различные методы.
Метод астрофотометрии в астрофизике
Среди популярных методов астрофизики выделяют астрофотометрию. Своей главной задачей этот метод ставит проведение измерений света небесных тел, задействуя при этом визуальные, фотографические и фотоэлектрические наблюдения.
Астрофотометрия занимается световыми измерениями. Они, в свою очередь, позволяют получить основную информацию о туманностях, галактиках, звездах и многих других астрономических объектах. Первой в истории астрономии фотометрической работой стало разделение звезд, видимых невооруженным глазом, на шесть классов (звездные величины). Ее руководителем стал ученый Гиппарх во 2 в. до н. э. Глаз продолжал оставаться единственным светоприемником вплоть до середины 19 в., когда ученые создали фотопластинку.
В современном мире в качестве основных светоприемников выступают фотоэлектрические приборы, такие как:
- фотоэлектронные умножители (ФЭУ) и электронно-оптические. преобразователи (ЭОП);
- фотосопротивления и фотодиоды.
Такие светоприемники по своей эффективности могут многократно превосходить фотоэмульсию. Всё шире стали применяться специальные приборы с зарядовой связью (ПЗС). Они сочетают в себе эффективность фотоэлектроприборов и преимущества фотографии (при построении изображения).
При исследовании распределения энергии в спектрах звезд и других астрофизических объектов применяют многоцветную фотометрию. Световой поток при этом измеряется в нескольких отдельно взятых участках спектра.
Метод с использованием радиотелескопа
После того, как ученые обнаруживают космическое радиоизлучение, устройствами для его приема служат радиотелескопы разных систем. Антенны некоторых из них схожи с обычными рефлекторами. Они фиксируют радиоволны в фокусе вогнутого металлического зеркала, которое может быть решетчатым и иметь огромные размеры, достигая в диаметре десятки метров.
Рисунок 1. Радиотелескоп РТ-22. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Другие радиотелескопы по форме напоминают подвижные рамы огромных размеров с параллельным укреплением металлических стержней и спирали. Приходящие радиоволны способствуют возбуждению в них электромагнитных колебаний, после усиления поступающих в сверхчувствительную приемную радиоаппаратуру, чтобы регистрировать радиоизлучения объекта.
Существуют радиотелескопы, которые сделаны из системы удаленных друг от друга отдельных антенн (иногда такая удаленность достигает много сотен километров). Они позволяют проводить одновременные наблюдения за космическим радиоисточником. Таким методом узнается структура исследуемого радиоисточника и измеряется его угловой размер.
Метод спектрального анализа
Рисунок 2. Классификация методов спектрального анализа. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Важнейший источник информации о большинстве из небесных объектов – их излучение. Благодаря самым ценным и разнообразным сведениям о космических телах, астрофизики получают спектральный анализ их излучения. Такой метод устанавливает:
- количественный и качественный химический состав небесного светила и его температуру;
- присутствие магнитного поля;
- скорость движения по лучу зрения.
Спектральный анализ основывается на таком явлении, как дисперсия света. Если на боковую грань трехгранной призмы направляется узкий пучок белого света, то при преломлении на экране составляющие его лучи дадут радужную полоску (спектр), все цвета в котором расположены в строго определенном порядке.
Для получения спектров в астрофизике задействованы такие приборы, как спектроскоп и спектрограф. В спектроскоп спектр рассматривается, а спектрограф позволяет его фотографировать. При этом фотография такого спектра будет называться спектрограммой.
В астрофизике в настоящее время могут быть задействованы и более сложные приборы с целью спектрального анализа разновидностей излучений. Существуют определенные виды спектров небесных тел и земных источников:
- Сплошной (непрерывный). Он выглядит как радужная полоска и получается от непрозрачных раскаленных тел (нить электрической лампы, уголь) и достаточно протяженных плотных масс газа.
- Линейчатый. Он возникает от разреженных газов в случае сильного нагревания. Каждый газ будет при этом излучать свет волн строго определенной длины и давать линейчатый спектр, характерный для этого химического элемента. Определенные изменения в спектре газа могут быть спровоцированы резко изменяющимся состоянием газа или условий его свечения (при ионизации, например, или нагревании).
Линейчатый спектр поглощения появляется от пара или газа при условии нахождения за ними яркого источника, дающего непрерывный спектр. Спектр поглощения будет представлять собой непрерывный спектр, пересекаемый темными линиями непосредственно в тех самых местах, где должны располагаться яркие (присущие этому газу). Две темные линии поглощения паров натрия, например, располагаются в желтой части такого спектра.
Благодаря изучению спектров, становится возможным проведение анализа химического состава газов, поглощающих или излучающих потоки света. Количество атомов или молекул, которыми поглощается или излучается энергия, может быть определено по интенсивности линий. Чем такая линия более заметна в спектре поглощения или излучения, тем больше таких молекул (атомов) будет на пути светового луча.
Солнце и звезды окружают газовые атмосферы. Их спектры считаются спектрами поглощения. Это объясняется тем, что непрерывный спектр их видимой поверхности перерезают темные линии поглощении, возникающими в момент прохождения излучения через атмосферу звезд.
