Астрополяриметрия

АСТРОПОЛЯРИМЕТРИЯ, раздел астрофизики, занимающийся применением поляриметрии к излучению небесных объектов. Поляризация излучения космических источников несёт информацию о величине и геометрии магнитного поля, химическом составе, концентрации, форме и размерах рассеивающих излучение частиц и др.

Поляриметрические наблюдения ведутся во всех диапазонах длин волн - от радио- до рентгеновского. Измерения осуществляют визуальными, фотографическими и электрофотометрическими методами, после того как исследуемое излучение проходит через анализатор - двоякопреломляющий кристалл или поляроид. Визуальный метод успешно применялся для изучения поляризации излучения планет или комет. Фотографический метод применяется для измерений поляризации излучения в отдельных точках солнечной короны, галактических туманностей и галактик; электрофотометрический метод - главным образом для измерений поляризации света звёзд. При фотографическом методе измеряют плотность изображений объекта, полученных при трёх углах положения анализатора. Электрофотометрическим способом измеряют изменения светового потока при быстром вращении анализатора.

В оптических поляриметрах сигналы с ортогональными поляризациями проходят в системе один и тот же путь. 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 поляризованного компонента путём корреляции ортогональных поляризаций. Основные принципы поляриметрии в субмиллиметровом, инфракрасном, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах заимствованы из поляриметрии оптического и радиодиапазонов.

Поляризация излучения астрономических источников имеет различную природу. Тепловое излучение, генерируемое хаотически распределёнными атомами и электронами, всегда неполяризовано. 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 (Зеемана эффект), поляризованных линейно, эллиптически или по кругу в зависимости от угла между направлением напряжённости поля и лучом зрения.

Поляризация электромагнитного излучения меняется при распространении в межзвёздной среде. Неполяризованное излучение частично поляризуется из-за рассеяния на электронах, атомах, молекулах и пылинках. Межзвёздный газ представляет собой плазму с магнитным полем, поэтому при распространении в нём излучения плоскость линейной поляризации вращается вследствие эффекта Фарадея. 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.

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.

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, как правило, сильно поляризовано, со степенью поляризации, доходящей до 100%.

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 (до 50%) линейная поляризация радиоизлучения компактных релятивистских струй, выброшенных из области ядра. Это излучение имеет синхротронную природу. Максимальная величина степени круговой поляризации радиоизлучения компактной релятивистской струи на миллисекундных угловых масштабах обнаружена у галактики ЗС84 (около 3%). Она объясняется, скорее всего, преобразованием линейной поляризации в круговую за счёт эффекта Фарадея.

Лит.: Физика космоса: Маленькая энциклопедия. 2-е изд. М., 1986; Tinbergen J. Astronomical polarimetry. N. Y., 1996.

Ю. Ю. Ковалёв.

Связанные статьи