Любитель астрономии обычно решает задачу от обратного. Не имея особо широких возможностей в выборе места для своей обсерватории, он может достаточно подробно изучить астроклиматические параметры в месте своего проживания и на этой основе сделать для себя немало полезных выводов.
Например, знание среднего количества ясных ночей и их распределения по месяцам года поможет вам правильно сориентироваться в выборе наблюдательных программ, в особенности — долгосрочных. Оценка спокойствия атмосферы даст вам возможность определить, телескоп какого диаметра будет работать в данных условиях наиболее эффективно. В конечном счете, это даже может сэкономить вам немало средств — согласитесь, ведь не очень логично покупать большой дорогостоящий телескоп, если окажется, что он способен работать "на полную катушку" всего лишь одну-две ночи в году! В подобной ситуации более разумной кажется покупка качественного бинокля или компактного экспедиционного инструмента.
Помимо долгосрочных проектов, знание астроклимата позволит вам решать и более оперативные задачи. Так, хорошо изучив особенности местной погоды, вы сможете точнее оценивать "перспективы" предстоящей ночи, а проверка состояния атмосферы перед наблюдениями позволит вам вовремя подкорректировать программу своей работы.
Наконец, исследования астроклимата достаточно увлекательны и могут стать ценным дополнением к вашим астрономическим наблюдениям. Даже просто сопоставив годовые графики изменения облачности, давления, направления ветра и других параметров, вы найдете для себя массу интересных и полезных сведений. Кстати, серебристые облака, наблюдение которых исторически является "обязанностью" астрономов, тоже являются не более чем атмосферными явлениями!
Текущее состояние атмосферы оказывает основное влияние на качество астрономических наблюдений. Естественно, что метеорологическая составляющая имеет доминирующее значение. Если на небе облака, то о каких наблюдениях может идти речь? Поэтому крайне важно вести систематическую регистрацию состояния облачного покрова и температуры воздуха и, если есть возможность, то и атмосферного давления, влажности, силы и направления ветра.
Облачный покров можно оценивать по следующей шкале: пасмурно, переменно, безоблачно и очень ясно. Степень деталировки может быть различной, главное — постараться выработать такую шкалу, которая была бы интуитивно понятна вам и чтобы потом не возникало проблем с выбором между соседними значениями, например, безоблачно или очень ясно. С остальными составляющими все достаточно очевидно — их названия говорят сами за себя.
Заведите себе за правило ежедневно, утром и вечером, отмечать в специальном дневнике все метеорологические параметры. Это не займет много времени, а отдача может оказаться очень большой. Проводя оценку облачного покрова в течение всего года, вы сможете определить количество ясных ночей и выявить наиболее благоприятные сезоны для своих астрономических наблюдений. А систематическое измерение давления сообщит вам о наступлении циклонов и антициклонов и позволит предсказывать погоду с точностью, зачастую не хуже специализированных метеорологических служб.
Но просто ясное небо — еще не залог успешных астрономических наблюдений. Не менее важны такие параметры, как прозрачность и спокойствие атмосферы, которое проявляется в виде мерцания, дрожания и размывания изображений.
Когда мы смотрим на звезду в телескоп, ее изображение непрерывно колеблется, размывается и меняет свою яркость. Если увеличение небольшое, мы можем заметить лишь дрожание звезды и быстрые изменения ее блеска. При большом увеличении яркая звезда должна быть видна в виде дифракционной картины — светлый центральный кружок, окруженный системой концентрических колец. Неспокойствие атмосферы нарушает целостность этой структуры, поэтому зачастую дифракционные кольца кажутся разорванными, а порой и просто исчезают.
У планет можно видеть, как их диски переливаются, меняя яркость отдельных частей. Края дисков при этом как бы текут, струятся. Изображение бывает настолько нечеткое, что иногда невозможно разобрать вообще какие-либо детали. Аналогичные эффекты можно наблюдать на Луне и Солнце. В этих случаях говорят, что изображение размывается.
Прозрачность атмосферы
Каждый наблюдатель галактик, туманностей и звездных скоплений скажет, что прозрачность воздуха — это главное. Ведь только при условии прозрачной атмосферы вы сможете увидеть наиболее тусклые объекты, которые в состоянии показать ваш телескоп.
Оценить этот параметр можно, отмечая предельно слабые звезды созвездия Малой Медведицы, видимые невооруженным глазом. Прозрачность атмосферы можно оценивать также при помощи телескопа, определяя блеск самых слабых, еще видимых в него звезд Северного Полярного Ряда. При этом важно, чтобы в течение всего периода наблюдений на телескопе устанавливалось одинаковое увеличение.
Помимо прозрачности атмосферы на видимость слабых звезд и незвездных объектов большое влияние оказывает искусственная засветка неба, особенно сильная в промышленно развитых районах. Поэтому регулярное определение предельной звездной величины, видимой в телескоп, позволит вам следить и за уровнем "светового загрязнения", которое, к сожалению, имеет только одну тенденцию — ухудшаться.
Мерцание
При наблюдениях Солнца, Луны и планет прозрачность атмосферы менее важна, чем ее спокойствие. Здесь главное, чтобы изображения в телескопе были неподвижны. Это происходит при отсутствии вертикальных токов в атмосфере и различных завихрений в ней (кстати, запыленный воздух часто бывает более спокойным чем чистый и прозрачный).
Вследствие неспокойствия атмосферы проходящие через нее световые лучи непрерывно отклоняются. Из-за этого в наш глаз поступает различное количество света, что воспринимается нами как изменение яркости или мерцание звезды. Этот эффект увеличивается по мере приближения звезды к горизонту из-за того, что световые лучи от нее проходят через большую толщу атмосферы, испытывая больше отклонений.
Большинство любителей астрономии знают, что планеты практически не мерцают. Объясняется это тем, что у планет существуют видимые диаметры, тогда как звезды кажутся нам точками. Тем не менее, при плохом качестве изображения Венера, Марс, Юпитер и Сатурн все-таки обнаруживают очень слабое мерцание, лучше заметное близоруким людям, смотрящим на небо без очков. Кроме того, Венера и Меркурий, имея фазу узкого серпа, мерцают почти так же сильно, как звезды.
Величина мерцания зависит от размера объектива телескопа и спокойствия атмосферы. Чем меньше диаметр объектива, тем сильнее заметно мерцание звезд, поэтому глаз является идеальным инструментом для этих наблюдений.
Визуальную оценку можно делать по пятибалльной шкале, в которой 5 соответствует сильному мерцанию, а 1 — его отсутствию. Многими опытными наблюдателями подмечено, что полное отсутствие мерцания звезд является верным признаком хорошего качества изображений. Телескопы в значительной мере сглаживают амплитуду мерцания, поэтому оно не является серьезной помехой при наблюдениях, особенно с крупными инструментами.
Дрожание изображений
Если размеры атмосферных неоднородностей, через которые проходят лучи света, значительно превышают диаметр объектива телескопа, то их суммарное воздействие проявляется в виде дрожания изображений звезд — случайных отклонений от их истинных положений. Само изображение при этом остается достаточно четким. Невооруженный глаз не замечает дрожания звезд, так как оно никогда не превышает нескольких секунд дуги, а разрешающая способность глаза составляет около одной минуты дуги.
При визуальных наблюдениях средняя амплитуда дрожания оценивается относительно установленной в окуляре нити. Угловым масштабом при таком измерении может служить сам диаметр дифракционного диска звезды (его величина в секундах дуги определяется, как 280/D, где D — диаметр объектива в мм). Таким образом, оценив амплитуду колебания в долях диаметра дифракционного диска, мы легко получим его величину в угловых размерах. Для типичного пункта наблюдений, расположенного на равнине, эта величина составляет 2", хотя в районах с наилучшим астроклиматом она может достигать 0.1".
Величину дрожания звезд можно определять и фотографическим способом. Подобные наблюдения производят при условии полной неподвижности инструмента, поэтому, в идеале, он должен находиться в павильоне обсерватории. Вначале телескоп с выключенным часовым механизмом наводится на звезду, находящуюся вблизи меридиана. После этого при помощи микрометрического винта труба телескопа передвигается "вперед" с таким расчетом, чтобы через некоторое время, необходимое для успокоения вибраций телескопа, звезда вновь попала в поле зрения. Примерно оценив, когда звезда попадет в поле зрения, и за сколько секунд она его пересечет, наблюдатель открывает на это время затвор фотоаппарата. В результате звезда прочертит на негативе волнистый след, отклонения которого от прямой линии и будут характеризовать величину дрожания.
Аналогичные процедуры производятся со звездами, находящимися на разных зенитных расстояниях. Таким образом можно сделать полный "разрез" неба от горизонта до зенита.
Размывание изображений
Если средний размер атмосферных неоднородностей значительно меньше диаметра объектива телескопа, то вместо дрожания изображений мы увидим их размытие. Это искажение считается еще большим "злом", чем дрожание изображений, поскольку глаз и мозг способны фильтровать процесс дрожания, запоминая тонкие детали картины. Размытие же ведет к полному нарушению тонкой структуры изображения.
Именно поэтому большие телескопы редко работают на пределе своей разрешающей способности, и зачастую телескопы меньшего диаметра дают более четкие, хотя и дрожащие изображения. А это, в свою очередь, означает, что в местах с плохим астроклиматом малый или средний инструмент может оказаться не менее, а то и более эффективным, чем телескоп с большим диаметром объектива.
Степень размытости можно оценить визуально по методу Данжона-Куде, состоящего из оценки дифракционной картины яркой звезды при помощи телескопа с диаметром не менее 100 мм. Эта шкала выглядит следующим образом:
- 7 — Полное и совершенно спокойное дифракционное изображение;
- 2 — Целые дифракционные кольца с пробегающим по ним световым бликом. Ровный, спокойный дифракционный кружок;
- 3 — Волнующееся изображение. Кольца разорваны, пульсация дифракционного кружка;
- 4 — Мелькают иногда отдельные дуги дифракционных колец. Сильно пульсирует дифракционный кружок;
- 5 — Планетарное изображение звезды в виде бурлящего пятна.
В заключение, хотелось бы напомнить о том, что наблюдение астроклимата — не самоцель, и после накопления материала его обязательно следует обработать и проанализировать. Наиболее естественным будет построение графиков изменения исследуемых параметров от времени. Если у вас есть персональный компьютер, то для этого очень удобно воспользоваться программами электронных таблиц типа Microsoft Excel, которые имеют прекрасные средства визуализации цифровой информации.
Надеюсь, что проведение подобных исследований не окажется пустой тратой времени и принесет вам немало неожиданных открытий в таком, казалось бы, простом вопросе. И возможно, для многих любителей астрономии предварительное определение прозрачности и спокойствия атмосферы станет таким же привычным делом, как юстировка телескопа или установка полярной оси.
Дополнительные методы
Если вы предпочитаете наблюдать огнедышащий диск Солнца, холодную поверхность Луны или бурлящую атмосферу Юпитера, то качество их изображений можно оценить, взяв за критерий либо резкость края, либо видимость отдельных деталей. Безусловно, приведенные ниже шкалы, хоть и являются прекрасным дополнением к приведенным в статье методикам, страдают некоторым субъективизмом, но ведь перед нами и не стояла задача выработки абсолютных критериев.
- 1. Дрожание не заметно. Грануляция и структура полутени солнечных пятен хорошо заметна;
- 2. Дрожание только на краю. Грануляция видна, полутень пятен видна, но почти без тонкой структуры;
- 3. Дрожание на краю и на диске. Грануляция еле видна, тень и полутень еще разделяются, но тонкая структура не видна;
- 4. Край диска струится и пульсирует. Тень и полутень разделяются только у больших пятен. Грануляция не видна;
- 5. Амплитуда дрожания достигает диаметра больших пятен. Тень и полутень неразличимы.
- 1. Край диска совершенно спокоен и резко очерчен. Детали на краю видны отлично;
- 2. Край диска спокоен, но слегка размыт. Детали на краю видны;
- 3. Край диска колеблете») и размыт. Детали на краю видны плохо;
- 4. Край диска сильно колеблется, струится и переливается. Детали на краю едва различаются;
- 5. Край диска чрезвычайно сильно колеблется, струится и переливается. Детали на краю не различаются.
- 1. Диск совершенно спокоен и резко очерчен. Детали на диске прекрасно видны. Различается семь полос;
- 2. Диск спокоен. Детали видны хорошо. Различается шесть полос;
- 3. Диск колеблется и размыт. Детали видны. Различается пять полос;
- 4. Диск сильно дрожит. Детали видны плохо. Различается четыре полосы;
- 5. Диск чрезвычайно сильно дрожит. Детали едва видны. Различается три полосы.
Помогаев Олег Николаевич — выпускник Московского института инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии по специальности космическая геодезия и навигация.
