СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………….3 ГЛАВА 1. ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КРЫМСКОЙ АСТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБСЕРВАТОРИИ РАН………………………………4 1.1 История возникновения и становления КрАО…………………………….4 1.2 Основные области развития КрАО…………………………………………5 ГЛАВА 2. ЗВЕЗДНЫХ ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВО ТЕЛЕСКОПОВ И КРАО: ПРИНЦИПОВ ЗТШ, РАБОТЫ АЗТ-11, К- 380………………………………………………………………………………….8 2.1 Структура и строение звездного телескопа КрАО ЗТШ………………..8 2.2 Структура и строение звездного телескопа КрАО АЗТ-11……………..9 2.3 Структура и строение звездного телескопа КрАО К-380……………..10 ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИПОВ РАБОТЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕЛЕСКОПА КРАО БСТ-2…………………………………11 3.1 Строение солнечных телескопов КрАО БСТ-2…………………………11 3.2 Основные направления и результаты исследования Солнца в КрАО РАН ………………………………………………………………………………13 ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………18 ВВЕДЕНИЕ Производственная практика была пройдена в Крымской астрофизической обсерватории РАН в период с 04.07.2022-16.07.2022. Основной целью практики заключалась в изучении структуры и основных направлений научно-исследовательской деятельности КрОА РАН. В соответствии с поставленной целью были выдвинуты следующие задачи: 1. Формирование знаний об основах методологии научных исследований, научной организации труда и управления, современном уровне достижений в избранных областях астрономии; 2. Освоение грамотного построения методики научного исследования, применения на практике профессиональных знаний и умений, полученных процессе освоения дисциплины «Основы астрономии и астрофизике»; 3. Овладеть навыками самостоятельной работы с научной литературой и научно-технической документацией, в том числе навыками работы с различными базами данных для решения научных и прикладных задач. 3 ГЛАВА 1. ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КРЫМСКОЙ АСТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБСЕРВАТОРИИ РАН 1.1 Федеральное История возникновения и становления КрАО государственное бюджетное учреждение науки «Крымская астрофизическая обсерватория РАН» (ФГБУН «КрАО РАН») организована в 1945 г. как учреждение Академии наук СССР на базе Симеизского отделения Пулковской обсерватории, основанного в 1908 г. Основная часть обсерватории расположена в пос. Научный (около 14 км от г. Бахчисарая) на высоте 600 м над уровнем моря. Здесь находится администрация, научная библиотека, опытное оптическое производство и 17 оптических телескопов, в том числе и второй по величине оптический телескоп в России - 2.6-м телескоп им. академика Г.А. Шайна, первый в Европе и до настоящего времени единственный работающий гамма-телескоп второго поколения оснащенный фотополяриметром, уникальный комплекс солнечных телескопов. Вблизи курорта Симеиз, в пос. Кацивели и на горе Кошка в пос. Голубой Залив, находится отдел радиоастрономии и геодинамики ФГБУН «КрАО РАН». Здесь расположен уникальный геодинамический полигон, состоящий из радиотелескопа РТ-22, входящего в мировую и Европейскую сеть интерферометрии спутниковых со дальномеров сверхдлинными и высокоточной базами, двух GPS-антенны, лазерных а также радиотелескопы Службы Солнца и 4 оптических телескопа. В ФГБУН «КрАО РАН» работают 78 астрономов высокой квалификации, из них 15 докторов и 30 кандидатов наук, 12 молодых 4 ученых; 65 инженеров и техников, 15 оптиков и механиков обслуживают телескопы ФГБУН «КрАО РАН». Всего в ФГБУН «КрАО РАН» работают 312 сотрудников (2017 г.). С момента создания КрАО задумывалась как институт, в котором будет проводиться широчайший круг исследований в области астрофизики. В настоящее время сотрудники обсерватории проводят всесторонние астрофизические, астрометрические и геодинамические исследования на современном научном оборудовании, в тесной кооперации с учеными других стран (США, Великобритании, Франции, Японии, Италии, Южной Кореи, Израиля и др.) в широком спектральном интервале электромагнитного излучения – от жестких гамма-квантов до метровых радиоволн – самых разных объектов Вселенной (от космического мусора и искусственных спутников Земли до внегалактических объектов). В КрАО конструируют и изготовляют уникальную астрофизическую аппаратуру как для наземных, так и для космических исследований. Опытное производство позволяет изготовлять зеркала с диаметром от 25 до 150 см. 1.2 Основные области развития КрАО Диапазон рассматриваемых задач простирается от внегалактических объектов до движения тектонических плит земной коры, а диапазон исследуемого электромагнитного излучения ─ от метровых длин волн до гамма-лучей сверхвысоких энергий. В Обсерватории находятся три национальных инструмента: второй по величине в России 2.6 метровый ЗТШ, входящий в пятерку лучших инструментов мира 22-метровый радиотелескоп РТ-22, и один из лучших солнечных телескопов – БСТ-1. Стратегические цели: 5 - сохранение и дальнейшее укрепление ведущих позиций Обсерватории в исследованиях по фундаментальным проблемам. Расширение участия Обсерватории в проблемно-ориентированных и прикладных исследованиях, в выполнении федеральных, региональных научных программ и проектов, в разработке научных прогнозов и проведении научно-технических экспертиз; - проведение широкого круга технических мероприятий, направленных на обновление приборной базы и инфраструктуры для успешного выполнения фундаментальных, поисковых, проблемно-ориентированных исследований мирового уровня; - пересмотр подходов к научной деятельности Обсерватории, следствием которого должно явится динамическое изменение научных программ, расширение международного сотрудничества; - создание на основе инструментальной базы Обсерватории Всероссийской передовой исследовательской инфраструктуры с целью совместного проведения исследований и разработок на переднем крае науки; - интеграция Обсерватории к имеющимся и строящимся в Мире инфраструктурам, совместное планирование, использование общей экспертизы, исследования и обучения, с целью уменьшения дублирования и повышения критической массы исследователей для достижения конечного результата. Исследовательская программа: В соответствии с актуальностью задач в области астрономии, астрофизики и геодинамики и возможностями проведения исследований на мировом уровне, стратегической для Обсерватории является следующая тематика научноисследовательских работ: внегалактическая астрономия, физика и эволюция звезд, физика Солнца и солнечно-земные связи, исследования межзвездной среды, малые 6 тела солнечной системы, внесолнечные планетные системы, околоземная астрономия, космическая геодезия и геодинамика, космические исследования. Развитие появившихся новых направлений: координатно-временное и навигационное инфраструктура, обеспечение РФ - обеспечивающая особо важная национальную государственная безопасность и экономическое развитие; наземнокосмическая радиоинтерферометрия в рамках космического проекта «Спектр-М»; мониторинг солнечной активности как составная часть Всемирной Службы Солнца; контроль космического пространства и исследование сближающихся с Землей астероидов оптическим и радиолокационным методами Роскосмоса; исследование экзопланет; поиск черных дыр. 7 для задач ГЛАВА 2. ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИПОВ РАБОТЫ ЗВЕЗДНЫХ ТЕЛЕСКОПОВ КРАО: ЗТШ, АЗТ-11, К-380 2.1 Структура и строение звездного телескопа ЗТШ Телескоп создан в Ленинградском Оптико-Механическом Объединении (ЛОМО) в 1960г. Интенсивные наблюдения 60-х годов позволили получить целый ряд пионерских результатов относительно физики различных переменных звезд и галактик, особенностей структуры и химического состава звездных атмосфер. ЗТШ использовался в сотрудничестве с другими организациями в работах по лазерной локации Луны (В.М. Можжерин и Н.С. Черных) и слежении за космическими аппаратами при их движении к Луне, Венере и Марсу для оперативного измерения координат космических аппаратов, необходимых для коррекции их траектории (П.П. Добронравин, В.М. Можжерин, В.К. Прокофьев и Н.С. Черных). 2.6-метровый рефлектор ЗТШ, названный в честь академика Г.А. Шайна, является основным оптическим телескопом КрАО. Телескоп был построен в 1960 году Ленинградским Оптико-Механическим Объединением (ЛОМО). Главный конструктор - Б.К. Иоаннисиани. Диаметр главного зеркала 2.6-м Фокусное расстояние главного зеркала 10 м Оптические системы: Первичный фокус (f/3.85) Первичный фокус с редуктором (f/2.6) Фокус Кассегрена (f/16) Фокус Нэсмита (f/16) Фокус куде (f/40) 8 Оборудование: Спектрограф СПЭМ в фокусе Нэсмита Спектрограф АСП-14 в фокусе куде Эшелльный спектрограф в фокусе куде (ESPL) ПЗС камера в первичном фокусе Координаты: 44°43′41″ CШ; 34°00′57″ ВД 2.2 Структура и строение звездного телескопа АЗТ-11 1.25-метровый рефлектор системы Ричи-Кретьена с фокальным расстоянием 16 м имеет два фокуса и предназначен для фотометрических и поляриметрических наблюдений. В основном фокусе установлен 5канальный фотополяриметр В. Пииролы, во вспомогательном фокусе - ПЗСфотометр. Телескоп поляриметрических используется наблюдений для фотометрических различных космических и объектов: переменных звезд различных типов, активных ядер галактик, астероидов, комет. Диаметр главного зеркала 1.25 м Фокусное расстояние 16 м Оптическая система Ричи-Кретьен (f/12.8) Оборудование Координаты Фотополяриметр В. ПЗС с редуктором фокуса 44°43′37″CШ; Характеристики 9 34°01′02″ВД Пииролы Сенсор e2v CCD230-42 Фокусирующее устройство Digital Atlas Focuser Колесо фильтров CFW-2-7, укомплектовано UBVRI фильтрами Размер кадра 2048×2048 пикселей, 10′.9×10′.9 Размер пикселей 15 мкм, 0″.32/пиксель Шум считывания (readnoise) 12.9eУсиление (gain) 1.94 Смещение (bias) 1025.3 Глубина потенциальной ямы 125194.0 e- 2.3 Структура и строение звездного телескопа К-380 Телескоп имеет диаметр зеркала 38 см, системы Кассегрена (F/13), был изготовлен в Крымской астрофизической обсерватории специально для фотометрических наблюдений. Зеркала отполированы Г.В. Борисовым. Электро-механические узлы телескопа изготовили инженеры КрАО А.Н. Абраменко, Г.А. Сивцов и Н.Н Охмат. Телескоп установлен и запущен в работу в 1998 году. В качестве приёмника излучения первоначально использовалась ПЗС-матрица SBIG ST-7, в 2012 г. установлена новая матрица Apogee Alta E47. В 2013 году на телескопе был сделан ремонт, а также обновлена система управления – появилась возможность дистанционно управлять тонким движением и настройками экспозиции телескопа. Основная задача телескопа – фотометрические исследования катаклизмических переменных звёзд и родственных объектов. 10 Диаметр главного зеркала0.38 м. Фокусное расстояние5 м. Оптическая системафокус Кассегрена (f/13). Оборудование: ПЗС-камера Apogee Alta E47 и турель с BVRI фильтрами. Координаты44°43′13″ CШ; 34°01′11″ ВД ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИПОВ РАБОТЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕЛЕСКОПА КРАО БСТ-2 3.1 Строение солнечных телескопов КрАО БСТ-1, БСТ-2 Телескоп БСТ-1 был построен в 1955 году. Реконструкция до современного вида была окончена в 1973 году. Телескоп предназначен для наблюдений Солнца с высоким пространственным разрешением - до 0.3 сек. дуги. Наверху, под куполом 25-м башни, находится целостатная пара зеркал, которая направляет солнечный пучок вниз на главное зеркало. Большой эквивалентный фокус системы позволяет получить в фокальной плоскости изображение Солнца диаметром 50 см. Диаметр большого главного зеркала 1200 мм Диаметр малого главного зеркала 1100 мм Оптические системы:Фокусы Кассегрена (f/56, f/78) Основные продольные наблюдения: скорости плазмы, магнитные поля глобальное активных магнитное поле областей, Солнца, солнечные колебания. В настоящее время телескоп и оборудование находятся на модернизации. Башенный солнечный телескоп БСТ-2 был создан в начале 70-х годов прошлого века на базе механических элементов телескопа БСТ-1, который в это время реконструировался, и новой ситалловой оптики, изготовленной в 11 КрАО. Инженерные работы велись под руководством Шевякина А. К., астрономические вопросы курировал Стешенко Н. В. Телескоп предназначен для спектральных и монохроматических наблюдений Солнца. Два главных зеркала и три системы Кассегрена позволяют получить на щели спектрографа изображение Солнца размером от 80 до 300 мм. Спектрограф оснащен двумя решётками и тремя камерами, позволяющими регистрировать спектры разной дисперсии. Приемниками информации могут служить фотопленки, фотопластинки, ФЭУ и ПЗСкамера. Такая инструментальная база позволяет решать широкий круг астрофизических задач. Основные научные интересы сотрудников, использующих наблюдения на БСТ-2, сосредоточены в области определения физических и динамических характеристик солнечных образований (вспышек, флоккулов, пятен, корональных дыр, фоновых магнитных полей). В настоящее время на телескопе проводятся следующие программы наблюдений: Ежедневные измерения максимальной напряженности магнитных полей всех солнечных пятен, наблюдаемых на диске Солнца. Получение изображений Солнца и отдельных его частей в линии HeI 1083 нм ежедневно. Получение спектров вспышек, пятен, флоккулов, корональных дыр и спокойного Солнца в спектральных областях от 390 нм до 1100 нм. Диаметр большого главного зеркала 450 мм Фокусное расстояние 12 м Диаметр малого главного зеркала 200 мм Фокусное расстояние 8 м 12 Оптические системы Фокусы Кассегрена (f/12, f/21, f/35, f/8, f/14, f/23) Оборудование Спектрограф c тремя системами регистрации спектров Технологический телескоп Для визуального наблюдения с рабочего места за состоянием участка неба вокруг Солнца и прозрачностью атмосферы 3.2 Оптические схемы БСТ-1 и БСТ-2 Оптическая схема телескопа БСТ-1 Целостатное зеркало С1 имеет размер 120 см и находится на установке, ось которой направлена на полюс мира. Вращением только одного этого зеркала достаточно компенсировать суточное движение Солнца по небу и получить стабильное изображение Солнца. Дополнительное зеркало С2 имеет размер 110 см. Оно обычно неподвижно и служит для того, чтобы направить солнечный пучок вниз. В зависимости от задач исследования пучок может направляться на разные оптические системы. Основная оптическая система (черный цвет). Пучок направляется на главное зеркало С3, которое строит изображение. Главное зеркало параболическое и имеет диаметр 90 см. От него пучок отражается на кассегреновское выпуклое зеркало С4, которое увеличивает фокус системы и направляет пучок на диагональное зеркало С6. Диагональное зеркало плоское и имеет размер 45 см. Оно выводит пучок на щель спектрографа, где находится фокус системы и где формируется изображение Солнца диаметром 50 см. В случае, когда вместо кассегреновского зеркала С3 используется зеркало С4, пучок от него (зеленый цвет) направляется в подвал телескопа, 13 где плоское зеркало С7 направляет его на щель вакуумного спектрографа. Там формируется изображение Солнца диаметром 70 см. Эти оптические системы используются для изучения процессов на поверхности Солнца путем получения спектров различных образований или наблюдением на магнитографе, где получаются карты магнитных полей, лучевых скоростей и яркости в выбранных спектральных линиях. Оптическая система спектрогелиографа. При наблюдениях на спектрогелиографе пучок (красный цвет) с дополнительного зеркала С2 направляется на главное зеркало спектрогелиографа С8, которое отражает его на кассегреновское зеркало С9. Изображение Солнца диаметром 5 см формируется на щели спектрогелиографа. Щель достаточно высокая, что позволяет пропустить полный разрез Солнца в спектрограф. Коллиматорное зеркало С10 фокусирует изображение Солнца на дифракционной решетке С12. Плоское зеркало С11 служит для направления пучка на решетку. Получаемый от решетки спектр перехватывается плоскими зеркалами С13 и С14 и направляется на камерные зеркала С15 и С16, которые фокусируют спектр на выходных щелях спектрогелиографа. Зеркала С13 и С14 установлены так, чтобы в рабочем порядке решетки на одно из них попадала красная часть спектра для наблюдений в линии Нα, а на другое - фиолетовая часть спектра для наблюдений в линии К Са II. Для сканирования изображения используется специальный механизм, который одновременно сдвигает как изображение на входной щели спектрогелиографа (при помощи призмы), так и фотокассеты, которые устанавливаются на выходных щелях. После экспозиции на фотопластинках получаются изображения всего Солнца в выбранных спектральных линиях. Получаемые спектрогелиограммы служат для изучения различных активных явлений на поверхности Солнца, их эволюции, а также для изучения вращения на различных широтах. Параллельный пучок. В этом случае пучок света (синий цвет) от дополнительного зеркала С2 направляется прямо на диагональное зеркало 14 С6, а затем на щель спектрографа. Щель освещается светом от всего Солнца и сама служит объективом для спектрографа. Эту систему используют для наблюдений Солнца как звезды. Так регистрируют общее магнитное поле Солнца и его глобальные колебания низкой степени. Целостатная установкаБСТ-1 Целостатное зеркало имеет размер 120 см и расположено на установке, ось которой направлена на полюс мира. Зеркало можно передвигать вверх и вниз по наклонной плоскости в зависимости от высоты Солнца. Вся установка также может передвигаться в направлении восток-запад для наблюдений в утреннее и вечернее время. Часовое ведение осуществляется при помощи шагового двигателя, который вращает коронную шестерню через редуктор. Дополнительное зеркало направляет пучок вниз в вертикальную трубу. Оно имеет размер 110 см. В течение дня оно почти неподвижно. Тонкое движение зеркала по одной координате во время наблюдений осуществляется системой фотогида. Целостатная система расположена на высоте 20 м. Здесь значительно меньше турбулентных потоков, чем возле земли, что улучшает качество изображения Солнца. Оптические схемы БСТ-2 Общая оптическая схема представлена на рисунке. С1 – целостатное зеркало диаметром 600 мм, С2 – дополнительное зеркало диаметром 550 мм. Луч от С2 падает нормально на главное, сферическое зеркало M диаметром 450 мм с фокусным расстоянием 12 м. Отражаясь от главного зеркала M луч направляется кверху, где его могут перехватить поочередно (путем наката и отката) плоское зеркало M1 (диаметром 220 мм) или кассегреновские зеркала M2 (диаметр 180 мм) и M3 (диаметр 140 мм, неподвижное). Комбинация главного зеркала и M1 имеет фокусное расстояние 12 м, зеркал M и M2 – 21 м, M и M3 – 35 м. При работе 15 одной из комбинаций зеркал луч падает на диагональное зеркало, отражаясь, идет горизонтально и падает на щель S спектрографа, образуя здесь изображения Солнца диаметром ~110, 200 или 320 мм соответственно тому, работает ли зеркало M1, M2 или M3 16 Если над главным зеркалом ввести сферическое зеркало M' с диаметром 200 мм и фокусным расстоянием 8 м, то при помощи плоского зеркала M1 на щели спектрографа можно получить изображение Солнца диаметром ~80 мм, при помощи M2 – 140 мм, при помощи M3 – 230 мм. Комбинация M' и M2 используется при сканировании солнечного диска в линии HeI 1083 нм. Оптическая схема спектрографа Проходя через щель, расширяющийся световой пучок падает на коллиматорное зеркало и отражается от него в виде параллельного пучка. Далее параллельный пучок падает либо на решётку-эшелле, либо на дифракционную решётку. От решётки расходятся системы монохроматических параллельных лучей и, при помощи одного из трех камерных зеркал, изображение спектра строится либо около кассетной части, либо у входной щели ФЭУ, либо на элементах ПЗС-камеры. Цифрами обозначены схемы для изображения спектра проходящего через щель светового пучка: на кассетной части (используется при измерении магнитных полей пятен); на ФЭУ (используется при сканировании солнечного диска в линии HeI1083 нм); на ПЗС-камере. 17 ЗАКЛЮЧЕНИЕ По окончании учебной практики были приобретены знания об основах методологии научных исследований, освоено грамотное методики научного исследования, а также построение практический опыт профессиональных знаний и умений, полученных процессе учебной практики. Освоен навык самостоятельной работы с научной литературой и научно-технической документацией, в том числе навыками работы с различными базами данных для решения научных и прикладных задач. В ходе прохождения учебной практики были освоены лекционные занятия по изучению структуры Крымской астрофизической обсерватории РАН, направлений и методов организации современных астрофизических исследований, инструментальной базы и основных научных достижений обсерватории. Проведены практические занятия на телескопах Отдела физики звезд и Отдела физики Солнца и солнечной системы 18
