Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.gao.spb.ru/russian/lg/articl/astroclimate-pu.doc Дата изменения: Mon May 21 17:42:46 2007 Дата индексирования: Tue Oct 2 01:33:43 2012 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п

В.Л.Горшков, А.А.Попов
Астроклимат Пулковской обсерватории и техногенный фактор


Введение.

Требование к повышению точности астрономических наблюдений, разрешающей
способности телескопов, наблюдению слабых и предельно слабых небесных
объектов приводит к усилению зависимости качества работы астрономических
инструментов от целого ряда факторов как природного, так и антропогенного
происхождения.
Совокупность природных факторов, определяющих пригодность данного места
для произведения наблюдений называется астроклиматом. К этим факторам
относятся: число ясных дней и ночей с максимальной прозрачностью атмосферы,
устойчивость оптических характеристик атмосферы, степень запыленности
воздуха, яркость фона ночного неба, интенсивность атмосферной
турбулентности, от которой зависит степень дрожания и мерцания звездных
изображений.
Деятельность человека по освоению региона в непосредственной близости
от обсерватории привносит дополнительные помехи астрономическим
наблюдениям. Основными из них являются:
- фоновые засветки неба, приводящие к увеличению шумов в регистрирующей
аппаратуре телескопов и, следовательно, уменьшаюшие их проницающую силу;
- сейсмические шумы техногенного происхождения, возбуждающие
разночастотные колебания в астрономических инструментах и, таким образом,
приводящие к дрожанию изображений космических объектов, понижают точность
регистрации, обесценивают технические возможности аппаратуры;
- появление новых постоянных и переменных тепловых источников,
приводящих к нарушению рефракционной картины и трудноучитываемым эффектам
при обработке наблюдений;
- увеличение запыленности приземного и пограничного слоев атмосферы,
уменьшающее проницающую силу телескопов, изменяющее спектр регистрируемого
излучения;
- региональное изменение климата, могущее привести к сокращению дней и
ночей с максимальной прозрачностью.
- загрязнение атмосферы активными химическими веществами, приводящими к
порче прецизионных приборов, особенно их оптических частей;
- наполнение радиоэфира новыми передающими и ретрансляционными
станциями в непосредственной близости от обсерватории создает шумовой фон
как непосредственно от несущей частоты передачи, так и от ее гармоник в
виде труднофильтруемых радиопомех для приемной аппаратуры.

Влияние на астроклимат ГАО РАН техногенных факторов


Пулковская обсерватория (ныне ГАО РАН), основанная в 1839г., является
одной из старейших действующих обсерваторий мира. Место для ее
строительства выбиралось долго и тщательно, а охранная зона, установленная
вокруг обсерватории после ее открытия, способствовала сохранению
астроклимата, что наряду с первоклассным оснащением и отличными
специалистами принесло Пулковской обсерватории славу астрономической
столицы мира.
Интенсивное освоение региона, рост города, строительство крупных
объектов (расширяющийся комплекс аэропорта "Пулково", тепличное хозяйство
фирмы "Лето", южная городская свалка) уже привели к изменению физических
свойств окружающей среды, к увеличению техногенных помех, к ухудшению
астроклимата. Кроме того, неоднократные нарушения защитной охранной
трехкилометровой территории (парковой зоны) вокруг ГАО РАН (сооружение
объектов цветочного питомника в 2,5км к югу от обсерватории, создание в 1км
от обсерватории водохранилища, расширение хозяйственной деятельности
совхоза "Шушары") еще более усугубили ситуацию. Для обсерваторского
комплекса, располагающегося в Пулкове (ГАО РАН, филиал Специальной
астрофизической обсерватории РАН и сейсмостанции "Пулково" ИФЗ РАН)
возникшие проблемы могут быть сведены к следующим.
1. Фон неба является фактором шума, именно он, как и качество
изображения, принципиально ограничивает проницающую силу телескопов.
Очевидно, что космические компоненты фона неба незначительны по сравнению с
фоновыми засветками от нового комплекса аэропорта, тепличного хозяйства
фирмы "Лето", теплиц цветочного питомника, переменных источников света на
автомагистралях.
Интересное исследование провел по этому поводу с 1966 по 1976г. Уокер.
Он вел измерения световой засветки в зависимости от расстояния до
населенных пунктов в Калифорнии. В результате им получена эмпирическая
зависимость, позволяющая оценить влияние засветки от города:
яркость неба = (население)х(расстояние до города)
Определив взаимосвязь полного светового потока от города и
численности его населения,
Уокер получил значение минимального расстояния обсерватории до города, при
котором городское освещение создает добавочную яркость неба не более 10% в
зените и не более 20% на высоте 45о [1]. Ценность результатов Уокера
состоит также в том, что позволяет определить размеры угрозы роста и
экономического развития населенного района астроклимату данной
обсерватории.
В нашем случае фоновые засветки возросли за последние 10-15 лет почти в
5 раз и привели к потере двух звездных величин при фотографических
наблюдениях ( с 17-ой до 15-ой звездной величины), в 1.5 раза возросли
среднеквадратические ошибки в определении положений планет [2,3].
Необходимо отметить также, что массовое вытеснение ламп накаливания
более экономичными металло-галоидными люминесцентными лампами приводит к
"загрязнению" фона неба спектральными линиями, отсутствующими в
естественном излучении атмосферы.
2. Сейсмические шумы техногенного происхождения в районе обсерватории
обусловлены наличием Киевского шоссе, дороги на г.Пушкин, аэропорта,
железнодорожной магистрали. Эти шумы приводят к дрожанию изображений звезд
в полосе частот от 0.1 до 0.001гц и амплитудой колебания до 0.2" (отдельные
всплески до 1.0") а низкочастотная составляющая к трудноучитываемым
квазипериодическим микронаклонам наблюдательных инструментов [4].
По данным сейсмостанции "Пулково" ИФЗ РАН (ряды наблюдений за
колебаниями земной поверхности с 1906г.) уровень фоновых помех за последние
30 лет возрос в два раза. Так, в 1956г. уровень техногенных помех равнялся
0.2мкм, в 1985г. он достиг 0.4мкм при периодах колебаний порядка 1сек.
Отношение средней амплитуды помех в рабочие дни к средней амплитуде в
нерабочие дни составляет в летние месяцы 1.13, в зимние месяцы - 1.45.
Сейсмические шумы техногенного происхождения ограничивают возможности
применения современных прецизионных геодинамических, геофизических методов
наблюдений и аппаратуры.
3. Атмосфера, поглощая и рассеивая свет от небесных светил, уменьшает
их блеск и вызывает также преломление лучей - рефракцию, которая влияет на
определение положений светил на небе. Мощные искусственные источники тепла
такие, как городская свалка, котельная и тепличное хозяйство Цветочного
питомника, расположенные в 3.5км и в 1.5км к югу от обсерватории
соответственно, вызывают рефракционные искажения систематического характера
доходящие до 0.2" в зависимости от направления ветра. Свой вклад вносит и
водохранилище совхоза "Шушары". По данным наблюдений только за послевоенный
период на фотоэлектрических инструментах, регулярно наблюдающих в режиме
службы, именно по этой причине точность единичного наблюдения ухудшилась с
0.11" в 50-е годы до 0.18" в настоящее время. Cвалка является еще и
активным загрязнителем воздушного бассейна и представляет опасность для
здоровья проживающих в окрестности Пулкова.
4. Прозрачность атмосферы - наиболее корректно определяемый фактор
астроклимата. В астрономической практике в качестве величины,
характеризующей оптические свойства атмосферы, используется коэффициент
прозрачности P, т.е. процент света, приходящего после ослабления
(поглощения) в апертуру телескопа. Учет спектрально-временных характеристик
прозрачности необходим, т.к. от их величины и стабильности зависят предел
обнаружения слабых объектов и точность фотоэлектрических наблюдений.
Атмосферное ослабление обусловлено как естественными, так и
техногенными причинами. Oсновными поглощающими компонентами на пути света
от космических объектов являются озон и водяной пар. Поглощение света
крупными аэрозолями, не зависящее от длины волны, может существенно
меняться как от ночи к ночи, достигая 0.2 - 0.4 , так и в течении одной
ночи, кажущейся визуально совершенно ясной [5].
Наблюдая небесные объекты через земную атмосферу, астрономы одними из
первых столкнулись с документальными свидетельствами присутствия в ней
веществ, которых в ней быть не должно. Загрязнение атмосферы, увеличение
числа аэрозолей и, особенно, водяного пара привели к заметному уменьшению
коэффициента прозрачности. В 1928г. по исследованиям В.Б.Никонова был
получен визуальный коэффициент прозрачности Р = 0.84 [6], а более поздние
спектрофотометрические измерения в том же диапазоне длин волн уже дали
соответственно: 1956г.- 0.75, 1979г. - -0.58 [7].
5. Развитие систем радио-, телекоммуникаций, неконтролируемое, порой,
заполнение эфира передающими и ретрансляционными станциями в
непосредственной близости от обсерватории создает труднофильтруемые помехи
для работы ПЗС-камер регистрации звездных положений, работы приемной
аппаратуры спутниковых навигационных систем (ГЛОНАС, NAVSTAR),
радионавигационных станций системы LORAN-C, посредством которой
осуществляется привязка национальной шкалы атомного времени к
международным.
Радиоастрономический комплекс филиала Специальной астрофизической
обсерватории, ведущей исследование Вселенной в радиодиапазоне (часть
наблюдений ведется совместно с ГАО РАН и в режиме служб) и в настоящее
время испытывают определенные трудности от помех в диапазоне частот от 1500
до 13000МГц. С переходом на новое поколение приемников предполагается
расширение частотного диапазона: от 540 до 31000МГц.

Заключение.

Таким образом, неконтролируемое нарастающее воздействие техногенных
факторов приводит к потере точности обсерваторских наблюдений, к искажению
и нарушению однородности уникальных по продолжительности рядов
инструментальных наблюдений, которые не могут быть учтены традиционными
методами.
На протяжении уже более 150 лет на территории обсерватории продолжаются
прецизионные геодинамические, геофизические и геодезические наблюдения.
Накоплен уникальный банк ценнейших результатов исследований десятков
отечественных и зарубежных ученых и инженеров, следствием которых являлось
неоднократное установление здесь геодезических, нивелирных и
гравиметрических исходных пунктов (нуль-пунктов) регионального и
национального значения.
Тенденции в развитии науки [8] требуют расширения тематики
обсерватории, организации современного геодинамического пункта и на его
основе - фундаментальной астрономо-геодезической обсерватории и,
следовательно, проблемы защиты обсерваторского комплекса становятся еще
более актуальными.

Литература

1. И.С.Исаков. Астроклиматический аспект свечения ночного неба. В кн.:
"Астроклимат и эффективность телескопов", Л-д,"Наука",1984
2. Н.М.Бронникова, Н.А.Шахт. О точности измерений галактик и звезд
АGК3. Изв.ГАО N 204, 1987, с. 52 - 55.
3. Н.М.Бронникова и др. Точные положения Урана на 1968-1974г.г. по
фотографическим наблюдениям в Пулкове, с.23 -
- 25.
4. В.Л.Горшков, В.Г.Львов, Н.И.Немчиков. Исследование наклонности
пассажного инструмента с помощью электронного уровня. Изв.ГАО N 207, 1991,
87 - 88.
5. Г.А.Алексеева, В.Б.Новопашенный, Д.Е.Щеголев. Эффективность
применения астрономических телескопов для электроспектрофотометрических
работ в условиях различного астроклимата. В кн.: "Астроклимат и
эффективность телескопов", Л-д, "Наука",1984
6. Ш.П.Дарчия. Об астрономическом климате СССР, М., "Наука",1985
7. Г.А.Алексеева,В.В.Новиков. Спектральная прозрачность в Пулкове, АЦ,
N 1175,1981
8. Вторая Международная конференция по проблемам физической метрологии,
1996, СПб, Тезисы докладов.