Галактика. У сучасних умовах розвитку вітчизняної астрофізики та космічної науки важливо мати інформацію щодо накопиченого попередніми поколіннями досвіду

У сучасних умовах розвитку вітчизняної астрофізики та космічної науки важливо мати інформацію щодо накопиченого попередніми поколіннями досвіду. Зокрема, це стосується аналізу науково-дослідної діяльності КрАО АН СРСР в області позаатмосферної астрономії та встановленні ролі окремих вчених-співробітників організації в розвиток космічних досліджень на території Кримського півострову. Значний внесок у розробку оптичної схеми фотоелектричного спектрометра, створеного для проведення спільного радянсько-французького експерименту "Галактика" та встановленого на борту високоапогейної станції «Прогноз-6» [11], вніс завідувач відділом експериментальної астрофізики В.К. Прокоф'єв. А.Б. Сєвєрний здійснював керівництво експериментом, а також брав участь у його підготовці, аналізі та інтерпретації отриманих даних. Л.В. Границький брав участь у розробці, виготовленні, калібрування спектрометра.

Супутник, який мав витягнуту орбіту з апогеєм 20 тис. км і перигеєм 500 км, був запущений 22 вересня 1977 р. Оптична вісь супутника була спрямована в антисонячний напрямок. Переорієнтація «Прогнозу-6» виконувалася кожні 3−10 днів, щоб виправити орієнтацію на орбітальний рух Землі [1, с. 87]. Науково-дослідна робота, проведена на «Прогнозі-6», мала суттєву перевагу перед вже здійсненими позаатмосферними дослідженнями: вона проводилася на значній відстані від Землі. Саме ця обставина виключила вплив різних джерел випромінювання, що змінювали показники вимірювання на низькоорбітальних супутниках і ракетах.

Спектрометр «Галактика» призначався для вимірювання ультрафіолетового випромінювання фону неба на різних галактичних широтах. Особливий інтерес представляли вимірювання, виконані в апогеї супутника поза геокороною, для темних ділянок неба на високих і середніх галактичних широтах, де вплив зірок мінімальний. Прилад представляв собою ширококутний скануючий фотометр зі смугою пропускання ~ 20 нм, кроком сканування ~ 6 нм і чутливістю в області спектра λλ 110−190 нм. Поле зору приладу відповідало 36 кв. градусам. Джерелом його розширення була точність орієнтації станції, а отже і приладу, рівна ± 2° [12, с. 27]. Оскільки орієнтація супутника зберігалася з точністю ± 2º протягом декількох днів, то виявилося можливим спостерігати одну і ту саму область неба упродовж тривалого часу. Вимірювання здійснювалися приладом протягом 4 місяців зі станції «Прогноз-6» на відстані від Землі близько 200 тис. км. Високоапогейна орбіта цієї станції дозволяла отримувати спектри з різним впливом інструментального розсіяного світла, джерелом якого виступало сильне дифузне випромінювання L_а геокорони і міжзоряного водню.

Спектрометр працював у різних режимах залежно від часу накопичення сигналу. Найчастіше проводилося декілька сеансів спостережень однієї області, максимальна кількість спектрів, отримана за один сеанс − приблизно 130 одиниць. Дані вимірювань, отримані за час експозиції приладу в 0, 32 с і 1, 28 с, представляли інтерес для визначення інтенсивності випромінювання фону неба в L_а, а також для контролю чутливості апаратури [ 1, с. 93]. Результати вимірювань, отримані за час експозиції приладу 20, 48 с, використовувалися для отримання відомостей про розподіл енергії в ультрафіолетовому спектрі фону неба

За період спостережень у межах 26 областей неба уздовж екліптики в експерименті «Галактика» з 22 вересня 1977 р. по 25 січня 1978 р. було отримано понад 4000 спектрів фону неба на різних ділянках траєкторії орбіти супутника [ 13, с. 102 ]. Досліджувались області неба, починаючи із темних областей неба в сузір'ї Риби і закінчуючи в сузір'ях Близнюки, Рак. Також вивчались яскраві області Чумацького шляху, скупчення Плеяди. Особливо слід зазначити область неба з яскравою зіркою раннього спектрального класу, достатньо важливу для калібрування.

Обробка інформації, отриманої зі спектрометра, здійснювалася в декілька етапів. Спочатку проводилась розшифровка телеметричних записів. У подальшому виконувалась первинна обробка даних: зводилася до виключення темнового струму із зареєстрованих сигналів, визначення за вимірюваннями в апогеї для кожної області неба середньої швидкості світла в залежності від довжини хвилі. Отримані дані приводилися у відповідність із абсолютним калібруванням, виконаним за яскравою зіркою Tau. Подальшим етапом був облік інструментального розсіяного світла.

Особливий інтерес для вивчення фону неба представляли дані, отримані на апогейній ділянці орбіти для темних областей неба, поза геокороною (простягається до відстані 150 тис. км від Землі), оскільки нахил великої орбіти станції «Прогноз-6» до площини екватора (65º) сприяв відсутності L_а-емісії геокорони.

У ході радянсько-французького експерименту «Галактика» (1977−1978), проведеного із задіянням високоапогейної станції «Прогноз-6», вченими КрАО АН СРСР академіком А.Б. Сєвєрним і А.М. Звєрєвою був розроблений метод визначення яскравості фону неба. Сигнал від фону неба в спектральній області λ 121,6 нм був нечітким внаслідок впливу випромінювання від крил інструментального контуру L_а і «паразитного» розсіяного світла. Незважаючи на те, що станція «Прогноз-6» упродовж декількох днів зберігала свою орієнтацію, а спектрометр вимірював яскравість однієї і тієї ж області неба, L_а-емісія геокорони по різному впливала за рахунок руху станції по орбіті. Високоапогейна орбіта "Прогнозу-6" давала можливість реєструвати серії спектрів із різним впливом випромінювання L_а і, отже, з різною добавкою від інструментального розсіяного світла в області λ> 140 нм [ 1, с. 100–102 ].

Для виділення точного сигналу фону неба необхідно було визначити величину інструментального розсіяного світла. А.Б. Сєвєрним, А.М. Звєрєвою в ході дослідження розроблено метод визначення яскравості фону неба: визначення «паразитного» сигналу від інструментального розсіяного світла L_а на підставі даних спостережень з різним впливом від світіння геокорони, розсіяного в спектрометрі. Для визначення яскравості фону неба були відібрані тільки темні області неба: Риби, Овен і Близнюки.

Аналіз даних вимірювань в зазначених областях показав, що існувала лінійна залежність між відліками N₂ і всіма іншими відліками N_λ (поза L_а) [ 12, с. 30 ]. Зазначений метод дозволив на підставі статистичної обробки даних експерименту, отриманих для одних і тих самих областей неба на різних відстанях станції «Прогноз-6» від Землі, виключити вплив розсіяного світла в приладі і тим самим виділити слабкий сигнал, що належав фону неба. Також вищеописаний метод міг використовуватись і для яскравих областей неба поблизу Чумацького Шляху після врахування впливу яскравих зірок.

За отриманими даними вчені КрАО АН СРСР визначили вплив випромінювання зірок на спостережуване ультрафіолетове світіння неба для майданчиків 6º×6º. Розрахунок зоряної складової для кожного з майданчиків неба виконувався шляхом інтегрування яскравості зірок з урахуванням їх спектральних класів по каталогу Henry Draper і згідно з розподілами енергії для 150 зірок за даними супутника ОАО-2. Для деяких областей неба були виконані обчислення для майданчиків неба 10º×10º, коли поблизу поля зору перебувала одна або кілька яскравих зірок раннього спектрального класу. Також розрахунки проведені для яскравих областей неба в галактиці Чумацький Шлях.

Дані свідчили про те, що у темних областях неба на високих і середніх галактичних широтах вплив зоряної складової дорівнював приблизно 50% від виміряного ультрафіолетового випромінювання. В яскравих областях неба на низьких галактичних широтах вплив зірок суттєво збільшувався. Уточнення зоряної складової на середніх і високих галактичних широтах за рахунок розгляду слабких зірок поля, а також облік міжзоряного почервоніння дозволили для темних областей неба визначати інтегральний внесок зірок у ультрафіолетове світіння неба з точністю ±2×10-9 эрг/см2 с Å стер. [14, с. 10].

Слід звернути увагу на ще одну деталь у проведенні експерименту. При переорієнтації супутника робота газових двигунів не викривляли дані вимірювань, як це відбувалося в експерименті на ракеті «Арієс-8». Спеціально для спостереження темних областей неба була отримана низка вимірів, які давали можливість порівнювати яскравість неба, виміряну безпосередньо перед орієнтацією, під час і одразу після неї.

В ході проведення радянсько-французького експерименту «Галактика» вчені КрАО АН СРСР академік А.Б. Сєвєрний, А.М. Звєрєва зробили вагомі наукові відкриття з астрофізики. На підставі великої кількості емпіричних даних, статистичного матеріалу про ультрафіолетове світіння неба на різних галактичних широтах співробітниками обсерваторії зроблені наступні висновки: 1) для спостережуваних високоширотних областей неба при незначній присутності пилу і низькій щільності нейтрального водню переважали високі показники рентгенівської емісії; 2) для низки напрямків на небі, в яких спостерігалася значна ультрафіолетова емісія фону, встановлений зв'язок ультрафіолетового випромінювання з радіошпурами − залишками наднових зірок [ 1, с. 155–156 ]. Сукупність цих положень привела до висновку про можливу присутність в цих областях гарячих і щільних утворень водневого газу, який був джерелом рентгенівської та ультрафіолетової емісії фону неба. Розрахунки ультрафіолетового випромінювання гарячої компоненти міжзоряного газу для різних значень температур і кількості емісії показали, що вищеописаний механізм пояснював спостережуване ультрафіолетове світіння неба на високих і середніх галактичних широтах. На низьких галактичних широтах ультрафіолетове світіння фону узгоджувалося з моделями дифузного галактичного світла.

Радянсько-французький експеримент «Галактика» був початковим етапом підготовки наступних, більш складних у методичному і технічному відношеннях, досліджень в області ультрафіолетової астрономії. У результаті експерименту вітчизняними вченими вперше отримано низку спектрів ультрафіолетового випромінювання фону неба для 20 його областей на різних галактичних широтах, що дозволяли проаналізувати просторовий розподіл ультрафіолетового світіння фону неба. Спираючись на новий емпіричний матеріал, науковці зробили висновок про неможливість пояснити отриманий спектральний розподіл ультрафіолетового випромінювання фону для деяких областей неба на високих і середніх галактичних широтах.

В рамках експерименту розроблялися і апробовувалися методи астрофізичних досліджень, вперше вивчалася апаратура для вимірювання ультрафіолетового випромінювання в різних галактичних широтах. Ґрунтуючись на результати спостережень співробітниками КрАО АН СРСР запропонований новий механізм, що пояснював ультрафіолетовий спектр фону у високоширотних областях неба емісією гарячого водневого газу. Таким чином, крім основних наукових задач, дослід «Галактика» одночасно призначався для відпрацювання нової методики космічних досліджень. У ході нього перевірялися правильність багатьох технічних рішень, можливості застосування обраних електронних елементів і світлоприйомних приладів.

3.2. Позаатмосферні дослідження астрономічних об’єктів в рамках міжнародного проекту «Спектр-УФ»