Астрополяриметрия
Астрополяриме́три́я[1] (от лат. astro + лат. polaris + лат. metreo[2]) — раздел практической астрофизики[3], в котором исследуется поляризация излучения астрономических объектов[4].
Поляризация излучения космических источников несёт информацию о величине и геометрии магнитного поля, химическом составе, концентрации, форме и размерах рассеивающих излучение частиц и другую информацию[5][⇨].
Поляризация излучения астрономических объектов[править]
Поляризация излучения астрономических источников имеет различную природу:
- Тепловое излучение, генерируемое хаотически распределёнными атомами и электронами, всегда не поляризовано.
- Циклотронное излучение космических источников, генерируемое системой электронов, вращающихся в магнитном поле, имеет круговую поляризацию.
- Синхротронное излучение электронов линейно поляризовано.
Спектральные линии атомов и молекул в магнитном поле расщепляются на несколько компонентов (эффект Зеемана), поляризованных линейно, эллиптически или по кругу в зависимости от угла между направлением напряжённости поля и лучом зрения[5].
- Поляризация электромагнитного излучения меняется при распространении в межзвёздной среде. Неполяризованное излучение частично поляризуется из-за рассеяния на электронах, атомах, молекулах и пылинках. Межзвёздный газ пронизан магнитным полем, поэтому при распространении в нём излучения позиционный угол линейной поляризации вращается вследствие эффекта Фарадея пропорционально величине магнитного поля и концентрации частиц. По фарадеевскому вращению оценено магнитное поле Галактики (примерно 1 мкГс), поле в остатках сверхновых, а также магнитное поле некоторых радиогалактик. Развитие радиоинтерферометрии позволило измерять фарадеевским методом магнитные поля и характеристики плазмы в окрестностях активных ядер галактик[5].
За исключением света солнечной короны и части туманностей, поляризация света небесных объектов невелика и достигает немногих процентов или вовсе долей процента. Поляризация света у газовых туманностей свидетельствует о нетепловой природе излучения, тогда как у пылевых туманностей — о рассеянии света пылевыми частицами[4].
Поляризация света солнечной короны вызвана в основном рассеянием света Солнца на свободных электронах[4].
Поляризация света звёзд возникает на пути распространения световых волн от звезды к наблюдателю как результат рассеяния света на несферических пылевых частицах, ориентированных межзвёздными магнитными полями Галактики, однородными в достаточно крупных масштабах. Поляризация света звёзд может возникать также в их обширных атмосферах и может быть переменна во времени[4].
Поляризация галактик[править]
Излучение галактик в целом и их ядер поляризовано в радио- и оптическом диапазонах. У «нормальных» галактик линейная поляризация связана, скорее всего, с межзвёздной пылью. Значительной линейной поляризацией ядер (до 6 % в радиодиапазоне и 30 % в оптическом диапазоне) обладают сейфертовские галактики, квазары, лацертиды. У ряда галактик с активными ядрами наблюдается сильная (примерно до 50 %) линейная поляризация радиоизлучения компактных оптически прозрачных релятивистских струй, выброшенных из области ядра. Максимальная величина степени круговой поляризации радиоизлучения компактной релятивистской струи на миллисекундных угловых масштабах обнаружена у галактики 3C84 (около 3 %). Она объясняется, вероятно, преобразованием линейной поляризации в круговую за счёт эффекта Фарадея[5].
Методы исследований[править]
Поляриметрические наблюдения ведутся во всех диапазонах длин волн — от радио- до гамма-диапазона[5]. Поляризационные измерения осуществляют визуальными, фотографическими и электрофотометрическими средствами после того, как исследуемое излучение проходит через анализатор — двоякопреломляющий кристалл или поляроид[4].
- Визуальный способ. Благодаря высокой разрешающей способности данный способ успешно применяется для изучения поляризации в разных участках изображения планет или комет с помощью поляриметров Феликса Савара, Бернара Лио и других. Для современной профессиональной астрономии он является малоэффективным[5].
- Фотографический способ — для измерений поляризации в отдельных точках солнечной короны, галактических туманностей и галактик, у которых световой поток слишком слаб. При фотографическом методе получают изображения объекта при трёх углах положения анализатора с последующим измерением плотности фотографического изображения[4].
- Электрофотометрический — главным образом для измерений поляризации света звёзд. В электрофотометрическом способе измеряют изменения светового потока при быстром вращении анализатора[5].
Точность измерений поляризации света ярких объектов достигает сотых, а у слабых — десятых долей процента[4].
В радиоастрономии активно применяется корреляционный метод. Приёмники радиоизлучения в силу конструктивных особенностей чувствительны только к одному компоненту поляризации потока (вертикальной или горизонтальной линейной, правой или левой круговой поляризации), поэтому ортогональные компоненты поляризации приходится регистрировать раздельно, пропуская сигнал по разным физическим каналам с разными параметрами. Для увеличения точности проводят прямые измерения поляризованной компоненты путём корреляции ортогональных поляризаций. Основные принципы поляриметрии в субмиллиметровом, инфракрасном, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах заимствованы из поляриметрии оптического и радиодиапазонов[5].
Результаты исследований[править]
В Солнечной системе поляриметрические измерения позволяют изучать облачный покров планет, кометы, зодиакальный свет и другие объекты. Поляризация излучения комет объясняется рассеянием солнечного света на асимметричных пылинках в голове и хвосте кометы, а также на молекулах плотной газовой оболочки, окружающей ядро кометы[5].
С помощью поляризационных измерений мазерного излучения межзвёздных молекул изучается магнитное поле в областях звездообразования и в околозвёздных оболочках. Излучение космических мазеров обладает очень сильной (иногда до 100 %) линейной и круговой поляризацией. Когерентное радиоизлучение пульсаров чаще всего сильно поляризовано, со степенью поляризации, доходящей до 100 %[5].
У планет и Луны поляризация света отдельных образований позволяет делать заключения о природе поверхности и наличии в атмосфере планеты рассеивающих частиц[4].
Современное состояние[править]
В статье «Измерение инструментальной поляризации, вносимой катадиоптрическим объективом» (2013) исследователи А. П. Савикин и А. М. Шутов отмечают, что «многие астрономы-исследователи к настоящему времени значительно утратили интерес к астрополяриметрии»[6].
В работе «Исследование астрономической поляризации, поляриметрические наблюдения и поляриметрия экзопланет» (2020) Абдул Кадир утверждает, что в настоящее время астрополяриметрия стала важным методом изучения большого количества разнообразных астрофизических объектов[7].
В России[править]
Ведущими специалистами в области астрополяриметрии в России являются Виктор Алексеевич Домбровский[8], Альберт Михайлович Шутов[9][10][11] и Николай Васильевич Вощинников[12][13].
См.также[править]
Источники[править]
- ↑ Астрополяриметрия | Русский орфографический словарь | Поиск в словарях Грамоты (рус.). Проверено 13 декабря 2023.
- ↑ Астрополяриметрия // Узбекская Советская Энциклопедия. Т. 1. — Узбекская Советская Энциклопедия, 1971.
- ↑ Баранов Г. В. Современное естествознание: концепции астрономии: учебное пособие для студентов бакалавриата. — Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. — 178 с.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 Мартынов Д. Я. Астрополяриметрия // Большая Советская Энциклопедия. — Москва: Советская Энциклопедия, 1970. — Т. 2. Ангола-Барзас.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7 5,8 5,9 Ковалёв Юрий Юрьевич Астрополяриметрия (рус.) (2022-12-27). Проверено 13 декабря 2023.
- ↑ Савикин А. П., Шутов А. М. Измерение инструментальной поляризации, вносимой катадиоптрическим объективом // Оптический журнал. — 2013. — № 9. — С. 23—26.
- ↑ Yasir Abdul Qadir A Study of Astronomical Polarization, Polarimetric Observations and Polarimetry of Exoplanets : Master’s Thesis. — 2020.
- ↑ Домбровский В. А. Астрополяриметрия: Курс астрофизики и звездной астрономии. — 1973.
- ↑ Шутов А. М. Методы астрополяриметрии. — М.: КомКнига, 2006. — 232 с.
- ↑ Шутов А. М. Методы оптической астрополяриметрии. — Москва: URSS, 2006. — 227 с.
- ↑ Шутов А. М. Методы и средства оптической астрополяриметрии : диссертация … доктора технических наук: 05.11.13. — Нижний Новгород, 2002. — 285 с.
- ↑ Памяти Николая Васильевича Вощинникова // Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия. — 2018. — № 3. — С. 532—533.
- ↑ Вощинников Н. В. Астрополяриметрия. — ВВМ, 2007.
Литература[править]
- Мартынов Д. Я. Курс общей астрофизики. — М., 1965.
- Мартынов Д. Я. Курс практической астрофизики. — М., 1967.
|
Одним из источников этой статьи является статья в википроекте «Рувики» («Багопедия», «ruwiki.ru») под названием «Астрополяриметрия», находящаяся по адресу:
«https://ru.ruwiki.ru/wiki/Астрополяриметрия» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. |