Первый взгляд на поверхность звезды

Если верить учебникам, поверхность звезды - за исключением ближайшей к нам звезды, Солнца, - увидеть невозможно. Приводимые аргументы как будто неуязвимы: дифракция накладывает определенный предел на угловой размер разрешаемого диска, в то же время атмосферные турбулентности не позволяют даже приблизиться к этому пределу. Однако астрономы из Китт-Пикской национальной обсерватории США нашли выход. Как утверждается, данный снимок представляет собой реконструированное с помощью компьютера изображение звездного диска, выполненное в условных цветах.

Это звезда Бетельгейзе, или Альфа Ориона, удаленная от нас на расстояние 500 св. лет - одна из самых ярких и крупных, хотя и не ближайших звезд. Бетельгейзе относится к классу красных гигантов, и ее угловой диаметр больше, чем у любой из других, более близких к нам звезд. Поэтому Бетельгейзе была выбрана как вполне подходящий объект для изучения методом так называемой интерферометрии гранулированного шума (спекл-интерферометрии), впервые примененным Антуаном Лабейри [154] в 70-х годах. Этот метод позволяет выделять полезную информацию на фоне шумов, создаваемых атмосферными флуктуациями.

Существует много разновидностей интерферометров: классический интерферометр Майкельсона, амплитудные интерферометры, звездные интерферометры, интерферометры гранулированного шума, но все они основаны на одном и том же принципе. Два пучка света от одного и того же источника, но имеющие некоторую разность хода, интерферируют между собой и создают интерференционную картину, позволяющую получить информацию, которую невозможно извлечь из каждого пучка в отдельности. В данном случае разность хода возникает на ячейках атмосферной турбулентности, типичный размер которых составляет 10-25 см; благодаря этому лучи от одной и той же звезды попадают на различные участки зеркала (или линзы) телескопа в разных фазах. Однако интерференционная картина, наблюдаемая в окуляре телескопа, постоянно меняется, так что ни глаз, ни фотографическая пластинка, собирающая падающий свет в течение продолжительного времени, не могут ее различить.

Иное дело, если бы "турбулентный диск" (изображение звезды, обусловленное оптической нестабильностью земной атмосферы, которое впервые описал королевский астроном Джордж Эри) удалось зафиксировать в узкой спектральной полосе за несколько сотых долей секунды.

Тогда по интерференционной картине можно было бы восстановить детали, не различимые обычным путем. Работая на 4-метровом телескопе Китт-Пикской обсерватории, Роджер Линде, Пит Уорден и Джек Харвей делали с очень короткой экспозицией сильно увеличенные изображения Бетельгейзе в монохроматическом свете. Для этой цели использовалась камера с моторным приводом, снабженная электронно-оптическим усилителем. Затем снимки преобразовывались в цифровой код, обрабатывались компьютером и сводились в окончательное изображение. Метод интерференции гранулированного шума обычно используется для измерения угловых диаметров звезд и для разрешения близких двойных звезд (см. Улов, извлеченный из пятнистого шума). На этот раз, однако, данный метод применили для получения изображения звездного диска.

27 марта 1974 г. Китт-Пикская национальная обсерватория, шт. Аризона, США Р. Линде, П. Уорден, Дж. Харвей Электронно-оптический усилитель изображения фирмы RCA с двумя узкополосными фильтрами; фотоаппарат с моторным приводом; 4-метровый телескоп Мейелла; изображение восстановлено компьютером в условном цвете 'Кодак Трай-Икс'. 0,008 с (20 экспозиций с каждым фильтром). Университетская ассоциация астрономических исследований [161, 186,.295]

В установке использовались два узкополосных зеленых фильтра: один, с максимумом пропускания на 5100 А (область, где в атмосфере почти полностью отсутствует поглощение), служил для исследований звездной поверхности, а другой, с максимумом на 5180 А (область сильного атмосферного поглощения), - для учета атмосферных эффектов. Полученные через каждый из этих фильтров снимки обрабатывались по отдельности, после чего "вычитались" один из другого.

Кажется, на поверхности Бетельгейзе действительно удалось выявить определенную структуру, однако не следует спешить с окончательными выводами. В своей статье астрономы из Китт-Пикской обсерватории осмотрительно замечают: "Мы не можем быть абсолютно уверены в том, что те структуры, которые видны на восстановленном изображении, на самом деле соответствуют реальной поверхности звезды". Позднее Уорден совместно со Сьюзен Уилкерсон опубликовал результаты нового исследования, которое подтвердило результаты предыдущих измерений углового диаметра звезды и факт уменьшения яркости к периферии диска (то же самое наблюдается и у Солнца), но не выявило структуры поверхности. Другая группа исследователей получила изображение Бетельгейзе, сравнимое с первым восстановленным снимком. В лучшем случае более или менее достоверными можно считать лишь самые крупные детали изображения (размером порядка трети диаметра диска); более мелкие детали, скорее всего, являются артефактами обработки изображения. В целом, однако, наблюдаемые перепады яркости отражают, вероятно, температурные градиенты, обусловленные крупномасштабной конвекцией.