Ультрафиолетовая астрономия

В зависимости от того, где находится УФ-инструмент, ультрафиолетовая астрономия подразделяется на наземную и внеатмосферную^[3].

Длина волн ультрафиолетового излучения составляет от 400 нм (граница видимого спектра) до 10 нм (начинается граница рентгеновского спектра). Большая часть информации о космических объектах не доходит до поверхности Земли — атмосфера из-за присутствующих в ней молекул углекислого газа, кислорода, озона и паров воды поглощает излучение длиной менее 300 нм. Исключение составляет, так называемое, окно атмосферной прозрачности — от 300 до 380 нм. Несмотря на столь узкий диапазон, уф-спектры звезд и туманностей содержат много важных деталей, недоступные для наблюдений в видимой области. Результаты наземных астрономических исследований зависят от многих факторов, среди которых — высокие требования к техническим характеристикам средствам калибровки, а также оптики телескопов и спектрографов. Тем не менее учёные активно использует возможность получать новые данные о Вселенной, работая вблизи коротковолновой границы окна атмосферной прозрачности^[4].

Возможность изучения космических объектов, исключив влияние атмосферы, из-за непроницаемости которой теряется огромная часть информации, появилась в эпоху космических полетов. Внеатмосферная ультрафиолетовая астрономия позволяет создать наиболее точное представление о Вселенной, так как большая часть астрономических объектов и веществ, может быть изучена только методами УФ-спектроскопии. Так была получена информация о составе внешних слоёв (атмосферы) звезд и их спутников. Эти данные позволили учёным приблизиться к пониманию происходящих там процессов^[5]. Благодаря ультрафиолетовой внеатмосферной астрономии обнаружена экзосфера Меркурия, открыт эффект межзвёздного ветра, связанный с движением Солнца относительно локальной межзвёздной среды и многое другие явления^[1].

Среди преимуществ наблюдений вне атмосферы земли: отсутствие турбуленции в земной атмосфере, влияющие на четкость изображений; увеличение контраста с фоном неба (при наземных наблюдениях, даже в самом благоприятном астроклимате, ограничено наблюдение за звездами слабее 23-й звёздной величины); увеличение проникающей силы телескопа и угловой разрешающей силы наблюдений^[6].

Методы ультрафиолетовой внеатмосферной астрономии позволяют исследовать многие астрофизические объекты и процессы:

• возраст и химический состав звезд и их атмосферы,
• галактический ветер,
• галактические фонтаны (выброс),
• горячую фазу межзвездной среды,
• хромосферы,
• звездные ветры,
• массообмен и аккрецию в двойных системах,
• внутренние области аккреционных дисков,
• межзвездный и околозвездный дейтерий,
• поздние этапы эволюции звезд,
• поиск резервуаров скрытого барионного вещества^[5].

История ультрафиолетовой внеатмосферной астрономии началась в 1960-е годы. Данные о космических объектах, наблюдение за которыми было невозможно с поверхности Земли, были получены с помощью детекторов, установленных на искусственных спутниках. С тех пор на орбиту неоднократно выводились приборы, работающих в УФ-диапазоне. Наиболее значимые из них:

• С 1972 по 1981 год — Коперник (США), известный как Орбитальная астрономическая обсерватория-3 (ОАО-3). В его задачи входило исследование спектра 100 горячих звезд, расположенных в газовом облаке и вне его, определение химического состава межзвездной среды. Учёные получили серию спектральных сканирований в дальнем (90–156 нм) и ближнем (165–315) ультрафиолетовом диапазоне высокого разрешения 551 объектов.
• С 1978 по 1996 год ^[7] — International Ultraviolet Explorer (Международный ультрафиолетовый навигатор — совместное предприятие ЕКА/НАСА и Великобритании). Проведена спектрофотометрия с высоким (0,1–0,3 Å) и низким (6–7 Å) разрешением в диапазоне 115-320 нм. Проанализирован ультрафиолетовый свет звезд, который блокируется озоновым слоем Земли, но часто несет в себе штормовые сигналы космических потрясений^[8]. За 18 лет работы спутника было получено более 104 000 ультрафиолетовых спектров^[7].
• С 1983 по 1989 год — Астрон (СССР). Первая отечественная автоматическая астрофизическая обсерватория, созданная как для одновременного наблюдения неподвижных и перемещающихся источников излучения, так и отдельных исследований в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазоне волн.
• С 1992 по 2020 год — Extream Ultraviolet Explorer (EUVE; США). Первые полгода были посвящены обзору всего неба с использованием инструментов визуализации. Второй этап - точечные наблюдения, в основном, с помощью спектроскопических инструментов за белыми карликами в экстремально коротковолновой области УФ-диапазона (l<76 нм)^[9]. Собраны данные с более чем 350 уникальных астрономических целей^[10].
• С 1990 по настоящее время. Hubble Space Telescope (HST). Телескоп Хаббл предназначен для работы в УФ-области спектра от 115 нм.
• С 1999 по 2007 год — орбитальный космический телескоп Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE). За восемь лет работы FUSE провел более 6000 наблюдений почти 3000 отдельных астрономических объектов. Уникальность проекта заключалась в способности определять и диагностировать физические условия в разреженных регионах межзвездного и межгалактического пространства, которые считались пустыми^[11]. Проведено исследование космического содержания дейтерия, образовавшегося в результате Большого взрыва, содержание горячего газа в галактиках Млечный Путь и Магеллановые Облака. Ученые из разных стран имели возможность проводить свои исследования на базе обсерватории^[12].

Космическая обсерватория Спектр-УФ — международный проект, целью которого является проведение фундаментальных астрофизических исследований в ультрафиолетовом (100–320 нм) и видимом диапазонах электромагнитного спектра с высоким угловым разрешением^[13]. По своим возможностям телескоп близок, а с учётом применения новых технологий, в некоторых моментах сможет превзойти телескоп Хаббл, работающего в непрерывном режиме уже более 30 лет. Запланированный вывод на орбиту неоднократно переносился из-за недостаточного финансирования, срыва поставок оборудования испанскими партнёрами, локдауна во время пандемии Covid-2019. На данный момент дата предположительного запуска назначена с 2025^[2] на 2029 год. Об этом сообщил директор Института астрономии Российской академии наук (ИНАСАН) Михаил Сачков в рамках конференции «Ультрафиолетовая Вселенная — 2023», прошедшей в октябре 2023 года. Он также сообщил, что англо-испанские приборы в комплексе научной аппаратуры (КНА) обсерватории были успешно заменены на отечественные:

«В научной аппаратуре у нас острой проблемой были приемники излучения. С приемниками излучения мы решили вопрос, заместив предполагавшиеся ранее английско-испанские детекторы в блоке камер поля на российские^[14]».

В презентации так же было сказано, что при ритмичном финансировании необходимая научная аппаратура будет изготовлена к 2028-2029 году^[14].