Атмосферная турбулентность

Прежде чем перейти к практическим вопросам, связанным с наблюдениями, целесообразно изучить главную причину искажения  изображения — атмосферную турбулентность.

Световые лучи подвержены шести основным типам помех при прохождении через атмосферу Земли. Это преломление, поглощение, рассеяние, дисперсия, дрожание и размывание. Каждая из помех порой портит изображение до неузнаваемости и делает его непригодным для изучения. Преломление, поглощение и рассеяние света играют, вообще говоря, менее важную роль при наблюдениях с высоким угловым разрешением. Атмосферная дисперсия — это не что иное, как дифференциальное преломление, она приводит к тому, что звезды имеют вид маленьких спектров. Это явление заметно только на больших зенитных расстояниях, и у рефракторов оно менее выражено. Его можно уменьшить, поставив желтый светофильтр. Зато дрожание и размывание в большинстве случаев ответственны за порчу изображения. Дрожание вызвано прохождением перед объективом плоских волновых фронтов, наклон которых к лучу зрения меняется случайным образом из-за медленных изменений показателя преломления атмосферы. Размывание же изображения вызвано волновым фронтом, деформированным так, что его уже нельзя считать плоским. При наблюдениях с большими апертурами дрожания изображения незаметны, так как фронт волны, деформированный быстрыми вариациями показателя преломления атмосферы, никогда не будет плоским в пределах площади объектива. При малом диаметре объектива в некоторые ночи изображения четкие, но колеблются около среднего положения, тогда как в большой инструмент изображения звезд кажутся более стабильными, но превышают размеры дифракционного диска.

Именно явление, вызывающее в совокупности дрожание и размывание изображения, называется атмосферной турбулентностью. Математически ее определяют как среднее угловое отклонение истинной траектории светового луча от его теоретического направления. Это отклонение меняется случайным образом в пределах малого телесного угла, не более нескольких секунд дуги. Данжон определил характерный размер турбулентности, дав порядок величины этого угла в функции видимости изображения. Когда угловой размер турбулентности равен пределу разрешения, дифракционное изображение сильно искажено и дифракционные кольца не видны. Когда турбулентность значительно меньше предела разрешения, например не превосходит половины предельного угла разрешения, дифракционное изображение остается хорошо видимым и инструмент работает в полную силу. Например, для телескопа с объективом 50 см, у которого разрешающая способность составляет 0,24″, критическим значением турбулентности, приводящим к заметному искажению изображения, будет 0,12″. Поскольку турбулентность редко бывает меньше 0,1″, все большие телескопы очень редко используются с теоретической разрешающей способностью.

Во время измерений важно записывать состояние качества изображения в начале ночи и в течение наблюдений. Вообще говоря, чтобы сделать полезные наблюдения, необходимо иметь изображение, у которого видны центральное пятно и дифракционные кольца. Как только турбулентность размывает дифракционный диск до неузнаваемости, проведение корректных наблюдений становится невозможным. Быстрое дрожание изображения, достаточно четкого, более предпочтительно по сравнению с его размыванием, поскольку глаз и мозг фильтруют процесс дрожания и запоминают информацию о структуре изображения пары в короткие интервалы более высокого качества изображения. Многие наблюдатели обычно оценивает качество изображения по пятибальной шкале, в которой 0 баллов соответствует сильно размытым изображениям, а 5 баллов — четким дифракционным картинам. Впрочем, качество изображения ежеминутно меняется даже в течение очень хорошей ночи. Наилучшие изображения можно ожидать на заходе Солнца, когда режим ветров приближается к ночному бризу.

Наблюдения блуждающих теней дают точные сведения о направлении ветров, их скорости и тепловых вихрях в трубе телескопа. Для этого наводят телескоп на яркую звезду и, сняв окуляр, помещают глаз вблизи фокальной плоскости телескопа. При этом можно видеть, как поле объектива быстро пересекают волны света: яркие полосы сменяются темными. (Такая картина наблюдается на дне бассейна, поверхность которого покрыта рябью.) Эти волны вызваны слоями воздуха с различным показателем преломления. Вставив окуляр и выдвинув его на несколько миллиметров, можно видеть внефокальное изображение звезды. Его структура определяется слоями воздуха, расположенными на высоте несколько километров, при этом вид внефокального изображения звезды напоминает флаг, развевающийся на ветру. С помощью такой процедуры можно убедиться в наличии высотных ветров. Если они дуют очень высоко, то мало надежды на улучшение изображения в течение ночи.

Следует различать турбулентность инструментального происхождения и атмосферную турбулентность. Первая приводит к медленным колебаниям изображения, которые можно устранить, например, открыв окна, другая приводит к устойчивому размыванию изображения, тем более значительному, чем дальше источник возмущений.

Если изображение заметно отличается от дифракционного кружка, наблюдатель испытывает трудности с проведением измерений. Биссектирование изображения нитью микрометра становится трудным, параллельность нитей также проверяется с трудом. Микрометры двойного изображения и интерферометры менее чувствительны к качеству изображения. Прекрасные ночи очень редки, и астроному при измерениях очень мешает атмосферная турбулентность, влияние которой сводится в основном к дрожанию и размыванию изображения. Отсюда следует, что качество изображения редко благоприятствует наблюдению двойных звезд. Астроном должен быть начеку и ожидать благоприятных часов. Время, проведенное в башне телескопа,— это чаще всего часы ожидания. Астроном, который старается во что бы то ни стало использовать даже посредственные изображения, рискует сделать бесполезные, непригодные для обработки наблюдения, а в случае поиска новых пар ему никогда не удастся открыть наиболее трудно обнаружимые пары, представляющие наибольший интерес.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все о космосе
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: