Астрополяриметрия

Поляризация излучения астрономических источников имеет различную природу:

• Тепловое излучение, генерируемое хаотически распределёнными атомами и электронами, всегда не поляризовано.
• Циклотронное излучение космических источников, генерируемое системой электронов, вращающихся в магнитном поле, имеет круговую поляризацию.
• Синхротронное излучение электронов линейно поляризовано.

Спектральные линии атомов и молекул в магнитном поле расщепляются на несколько компонентов (эффект Зеемана), поляризованных линейно, эллиптически или по кругу в зависимости от угла между направлением напряжённости поля и лучом зрения^[5].

• Поляризация электромагнитного излучения меняется при распространении в межзвёздной среде. Неполяризованное излучение частично поляризуется из-за рассеяния на электронах, атомах, молекулах и пылинках. Межзвёздный газ пронизан магнитным полем, поэтому при распространении в нём излучения позиционный угол линейной поляризации вращается вследствие эффекта Фарадея пропорционально величине магнитного поля и концентрации частиц. По фарадеевскому вращению оценено магнитное поле Галактики (примерно 1 мкГс), поле в остатках сверхновых, а также магнитное поле некоторых радиогалактик. Развитие радиоинтерферометрии позволило измерять фарадеевским методом магнитные поля и характеристики плазмы в окрестностях активных ядер галактик^[5].

За исключением света солнечной короны и части туманностей, поляризация света небесных объектов невелика и достигает немногих процентов или вовсе долей процента. Поляризация света у газовых туманностей свидетельствует о нетепловой природе излучения, тогда как у пылевых туманностей — о рассеянии света пылевыми частицами^[4].

Поляризация света солнечной короны вызвана в основном рассеянием света Солнца на свободных электронах^[4].

Поляризация света звёзд возникает на пути распространения световых волн от звезды к наблюдателю как результат рассеяния света на несферических пылевых частицах, ориентированных межзвёздными магнитными полями Галактики, однородными в достаточно крупных масштабах. Поляризация света звёзд может возникать также в их обширных атмосферах и может быть переменна во времени^[4].

Излучение галактик в целом и их ядер поляризовано в радио- и оптическом диапазонах. У «нормальных» галактик линейная поляризация связана, скорее всего, с межзвёздной пылью. Значительной линейной поляризацией ядер (до 6 % в радиодиапазоне и 30 % в оптическом диапазоне) обладают сейфертовские галактики, квазары, лацертиды. У ряда галактик с активными ядрами наблюдается сильная (примерно до 50 %) линейная поляризация радиоизлучения компактных оптически прозрачных релятивистских струй, выброшенных из области ядра. Максимальная величина степени круговой поляризации радиоизлучения компактной релятивистской струи на миллисекундных угловых масштабах обнаружена у галактики 3C84 (около 3 %). Она объясняется, вероятно, преобразованием линейной поляризации в круговую за счёт эффекта Фарадея^[5].

Поляриметрические наблюдения ведутся во всех диапазонах длин волн — от радио- до гамма-диапазона^[5]. Поляризационные измерения осуществляют визуальными, фотографическими и электрофотометрическими средствами после того, как исследуемое излучение проходит через анализатор — двоякопреломляющий кристалл или поляроид^[4].

• Визуальный способ. Благодаря высокой разрешающей способности данный способ успешно применяется для изучения поляризации в разных участках изображения планет или комет с помощью поляриметров Феликса Савара, Бернара Лио и других. Для современной профессиональной астрономии он является малоэффективным^[5].
• Фотографический способ — для измерений поляризации в отдельных точках солнечной короны, галактических туманностей и галактик, у которых световой поток слишком слаб. При фотографическом методе получают изображения объекта при трёх углах положения анализатора с последующим измерением плотности фотографического изображения^[4].
• Электрофотометрический — главным образом для измерений поляризации света звёзд. В электрофотометрическом способе измеряют изменения светового потока при быстром вращении анализатора^[5].

Точность измерений поляризации света ярких объектов достигает сотых, а у слабых — десятых долей процента^[4].

В радиоастрономии активно применяется корреляционный метод. Приёмники радиоизлучения в силу конструктивных особенностей чувствительны только к одному компоненту поляризации потока (вертикальной или горизонтальной линейной, правой или левой круговой поляризации), поэтому ортогональные компоненты поляризации приходится регистрировать раздельно, пропуская сигнал по разным физическим каналам с разными параметрами. Для увеличения точности проводят прямые измерения поляризованной компоненты путём корреляции ортогональных поляризаций. Основные принципы поляриметрии в субмиллиметровом, инфракрасном, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах заимствованы из поляриметрии оптического и радиодиапазонов^[5].

В Солнечной системе поляриметрические измерения позволяют изучать облачный покров планет, кометы, зодиакальный свет и другие объекты. Поляризация излучения комет объясняется рассеянием солнечного света на асимметричных пылинках в голове и хвосте кометы, а также на молекулах плотной газовой оболочки, окружающей ядро кометы^[5].

С помощью поляризационных измерений мазерного излучения межзвёздных молекул изучается магнитное поле в областях звездообразования и в околозвёздных оболочках. Излучение космических мазеров обладает очень сильной (иногда до 100 %) линейной и круговой поляризацией. Когерентное радиоизлучение пульсаров чаще всего сильно поляризовано, со степенью поляризации, доходящей до 100 %^[5].

У планет и Луны поляризация света отдельных образований позволяет делать заключения о природе поверхности и наличии в атмосфере планеты рассеивающих частиц^[4].

В статье «Измерение инструментальной поляризации, вносимой катадиоптрическим объективом» (2013) исследователи А. П. Савикин и А. М. Шутов отмечают, что «многие астрономы-исследователи к настоящему времени значительно утратили интерес к астрополяриметрии»^[6].

В работе «Исследование астрономической поляризации, поляриметрические наблюдения и поляриметрия экзопланет» (2020) Абдул Кадир утверждает, что в настоящее время астрополяриметрия стала важным методом изучения большого количества разнообразных астрофизических объектов^[7].

Ведущими специалистами в области астрополяриметрии в России являются Виктор Алексеевич Домбровский^[8], Альберт Михайлович Шутов^[9][10][11] и Николай Васильевич Вощинников^[12][13].