Полтавська гравіметрична обсерваторія Інституту геофізики НАН України імені С.І. Субботіна
Полтавську гравіметричну обсерваторію засновано 1926 р. Ініціатор її створення і перший директор — відомий астроном, гравіметрист і геофізик Олександр Орлов, який на той час очолював Одеську астрономічну обсерваторію. Він обрав Полтаву для організації гравіметричних спостережень, тобто для вимірювання сили тяжіння з дуже високою точністю, зважаючи на особливості розміщення цього міста на поверхні Землі. Обсерваторія міститься на північній околиці Полтави в будинку, що раніше належав відомому художнику Григорію Мясоєдову.
Гравіметрична обсерваторія в Полтаві спочатку була у підпорядковуванні Української головної палати мір та ваг. У 1936—1964 рр. вона окремий науковий підрозділ Академії наук УРСР, а з 1964 р. — філіал Інституту геофізики імені С.І. Субботіна Національної академії наук України. Полтавська обсерваторія є фундаментальним гравіметричним пунктом, зв’язаним з світовою гравіметричною мережею.
Упродовж 1926—1938 років колектив обсерваторії виконав першу велику (прискорення сили тяжіння були визначені майже в 500 пунктах) роботу — створив гравіметричну карту України. Її використали для пошуку корисних копалин.
У 1930 — 1997 рр. Полтавська гравіметрична обсерваторія виконала обширне дослідження припливних деформацій Землі, що виникають завдяки гравітаційному впливу Сонця та Місяця. Мета таких досліджень, виконаних з допомогою надзвичайно чутливих та високоточних приладів, полягає у вивченні динаміки земної кори та внутрішньої будови Землі.
З 1939 р. і до тепер в обсерваторії виконують спостереження за змінами широти Полтави (для цієї мети використовують зеніт-телескопи та призмову астролябію Данжона). Їхні результати дали змогу отримати важливі фундаментальні дані про рух земних полюсів, вивчити деякі тонкі ефекти обертання Землі.
Науковці Полтавської гравіметричної обсерваторії з 1980 р. організували пошукові роботи з проблеми провісників землетрусів. Запроваджено дослідження динаміки поверхневих шарів земної поверхні з метою виявлення закономірностей її деформацій і виявлення зв’язків між геодинамічними параметрами та зовнішніми збурюючими факторами.
Полтавська гравіметрична обсерваторія виконує також радіоастрономічні спостереження небесних об’єктів різних типів (залишки наднових зір, радіогалактики, квазари та ін.). Це стало можливим, коли 1991 р. в селі Степанівка під Полтавою став до ладу радіотелескоп УРАН-2 (Український радіоінтерферометр академії наук). Водночас він та радіотелескопи УТР-2 (поблизу Харкова), УРАН-1 (Харківська обл.), УРАН-3 (Волинська обл.) і УРАН-4 (поблизу Одеси) утворюють радіоінтерферометричний комплекс з наддовгою базою.
З 2001 р. в обсерваторії виконують GPS спостереження (глобальна система визначення місцеположення). Полтавська GPS-станція входить до Української мережі станцій космічної геодезії та геодинаміки.
Нині Полтавська гравіметрична обсерваторія виконує дослідження за такими основними напрямами: вивчення обертового руху Землі й пов’язаних з ним геодинамічних явищ методами космічної геодезії та оптичної астрометрії; вивчення динаміки земної кори й сили тяжіння на основі геодезичних та геофізичних спостережень; геофізичні дослідження з проблеми прогнозу землетрусів; вивчення джерел космічного радіовипромінювання у декаметровому діапазоні радіохвиль.
У Полтавській гравіметричні обсерваторії працювали відомі українські науковці Олександр Орлов, Євген Федоров, Зінаїда Аксентьєва, Юрій Гулак, Микола Попов, Василь Баленко та інші.
За інф. з сайту Обсерваторії
(Докладніше про ПГО)
ПОЛТАВСЬКА ГРАВІМЕТРИЧНА ОБСЕРВАТОРІЯ
В.Г. БУЛАЦЕН,
канд. техн. наук,
Полтавська гравіметрична обсерваторія
А.І. БРАЖЕНКО
Полтавська гравіметрична обсерваторія
І.О. ДИЧКО,
канд. фіз.-матем. наук,
Полтавський військовий інститут зв'язку
М.Ф. ТИЩУК
Полтавська гравіметрична обсерваторія
На північній околиці Полтави, де натиск міста зупинено заповідним полем Полтавського бою, розташована Полтавська гравіметрична обсерваторія. Раніше тут була садиба відомого російського художника-передвижника Г.Г. М’ясоєдова (1834— 1911). У старому запустілому саду ще й досі можна бачити залишки давніх алей — дуже поріділі ряди каштанів і горіхових дерев, спрямовані вниз по схилу до колишнього ставу. А біля воріт височить віковічний дуб — свідок перебування в садибі В.В. Докучаєва, І.О. Буніна, В.Г. Короленка, М.І. Вавилова.
Обсерваторію заснував 1926 року відомий учений у галузі астрономії і геофізики, член Української академії наук з 1919 р., член-кореспондент АН СРСР з 1927 р., дійсний член АН УРСР з 1939 р., академік О. Я. Орлов (1880—1954). З 1964 р. вона є філіалом Інституту геофізики ім. С. І. Субботіна Національної академії наук України. У назві «гравіметрична» відображено один з головних напрямків наукових досліджень обсерваторії — вивчення сили тяжіння. Крім суто наукового значення гравіметричні вимірювання мають також практичний аспект. На час заснування обсерваторії серед спеціалістів уже панувала думка, що гравіметричні вимірювання можуть стати ефективним засобом для розвідки корисних копалин. А питання щодо вивчення і використання запасів мінеральних ресурсів країни було тоді досить актуальним.
Зазвичай для визначення сили тяжіння використовують величину прискорення вільного падіння g, середнє значення якого на Землі становить 980 см/с2. Проте ще з часів Ньютона відомо, що прискорення вільного падіння на полюсах більше, ніж на екваторі. Пізніше було знайдено, що ця різниця становить близько 5 см/с2. Знаючи закон, за яким сила тяжіння збільшується від екватора до полюсів, можна обчислити значення прискорення gдля будь-якої географічної широти. Але привимірюваннях з досить високою точністю (наприклад, до 0.001 см/с2) виміряні значення не завжди відповідають обчисленим. Це пояснюється, головним чином, неоднорідністю густини приповерхневих шарів Землі, а тому стає зрозумілою роль гравіметрії в геолого-розвідувальних роботах. У місцях додатних аномалій сили тяжіння (значення прискорення g більше від обчисленого) можливі поклади важких порід, зокрема металевих руд, а при від'ємних значеннях аномалії ймовірними є поклади легких копалин, наприклад, нафти або газу. Для вимірювання сили тяжіння з такою високою точністю користуються спеціальними приладами — маятниками чи гравіметрами.
ГРАВІМЕТРИЧНА КАРТА УКРАЇНИ
Перше завдання, що його поставив засновник обсерваторії перед її колективом, полягало у створенні гравіметричної карти України. У більшості випадків для високоточного вимірювання сили тяжіння використовується метод відносних спостережень, за яким визначають не саму величину g, а її різницю з прийнятим (еталонним) значенням цієї величини в контрольному пункті, де її не раз і ретельно вимірювали. Такі спостереження називаються гравіметричними зв’язками.
Для створення гравіметричної карти України перш за все треба було одержати еталонне значення прискорення gдля Полтавської обсерваторії. З цією метою там визначили силу тяжіння відносно гравіметричних пунктів СРСР, які раніше були зіставлені з пунктом у Потсдамі (Німеччина) — центром європейських гравіметричних вимірювань, а також здійснили прямий гравіметричний зв’язок з Потсдамом. Для безпосереднього гравіметричного картографування території України О. Я. Орлов уперше запропонував метод ділянкового знімання (часто використовують термін площадкова зйомка) на відміну від спостережень профілями, що їх використовували раніше.
До 1938 року невеликий на той час колектив Полтавської обсерваторії виконав величезний обсяг робіт з гравіметричного знімання України. Ось як описує це активний учасник тієї кампанії, потім директор обсерваторії З.М. Аксентьєва (1900—1969): «Гравіметричні визначення маятниковим методом — справа надзвичайно трудомістка. Вони потребували від спостерігачів невтомної праці і витривалості... Спостереження за коливанням маятників усіх по черзі з метою визначення їхніх періодів проводились безперервно по 12 годин підряд за програмою, розрахованою на одну, дві і більше діб. Крім маятників на звичайному селянському возі від пункту до пункту перевозили годинники, хронометри і велику кількість допоміжних приладів... Ґрунтовою дорогою, а то і по бездоріжжю пара коней тягнула добрячий віз, доверху навантажений ящиками, закритими брезентом і дбайливо пов'язаними мотузками. Два пасажири, зручно вмостившись попереду, тримали на руках великі ящики, а третій сидів ззаду спиною до них. Поряд з возом поважно крокував, помахуючи батогом, кучер-селянин. Цей дещо оригінальний транспорт можна було зустріти з 1926 до 1938 року під Києвом і Сумами, під Одесою і Миколаєвом, у Донбасі і в Криворіжжі, а також у глухих, віддалених від залізниці, куточках України».
У результаті численних експедицій, проведених у ті часи, прискорення сили тяжіння було визначене майже в 500 пунктах на площі понад 600 тис. км. Гравіметрична карта України була створена і передана геологічним організаціям для практичного використання й дальшої деталізації.
ПРИПЛИВИ У ТВЕРДОМУ ТІЛІ ЗЕМЛІ
Сучасні високоточні гравіметри в стаціонарних умовах можуть реєструвати зміну сили прискорення g з точністю до 10-9 g. Припливні зміни сили тяжіння (отже, і зміни величини g) в сотні разів перевищують цю точність, а тому їх можна впевнено вимірювати.
Відомо, що припливної дії Місяця та Сонця зазнає не лише вода в океанах і морях, але і тверда частина Землі: двічі на добу поверхня планети підіймається і опускається, деформуючись, подібно до пружини. Величина такої деформації в наших широтах сягає 40 см. Цей рух відбувається повільно: від максимуму до мінімуму за 6 годин, тому він непомітний без спеціальних приладів — гравіметрів, деформографів і нахиломірів (горизонтальних маятників). Згадані прилади настільки чутливі, що під час припливів реєструють віддалення точки спостереження від центра Землі з точністю до 6 мм (одна мільярдна радіуса Землі), нахили — до однієї десятитисячної секунди дуги (під таким кутом видно волосину товщиною 1 мкм на відстані 10 км), горизонтальні і вертикальні деформації — до 0.01 мкм. Але внаслідок великої чутливості прилади реагують ще на багато збурень, пов'язаних з температурою середовища, тиском атмосфери, рухом транспорту і навіть присутністю і переміщенням людей. Тому прилади для реєстрації припливів треба розміщувати в глибоких підвалах і шахтах. «На Україні підхожим місцем для таких спостережень виявилася Полтава. Тут є глибокі льохи, побудову яких відносять ще до XVIII століття. Було вигідно саме в них поставити горизонтальні маятники, оскільки досліди показали, що в нових підвалах, де не встановилася ще мулярська кладка стін і фундаменту, де навколо від перекопування порушена стійкість ґрунту, спостереження з такими чутливими приладами, як горизонтальні маятники, інколи зовсім неможливі» (О. Я. Орлов).
У 1950-х роках, уже після смерті О. Я. Орлова, його учні і послідовники почали спостереження припливних деформацій Землі в глибоких шахтах Донбасу і Криворіжжя, а також у спеціально збудованих шурфах на території України. Завдяки накопиченню великої кількості спостережень, які, крім Полтавської обсерваторії, проводять ще кілька зарубіжних установ, вдалось уточнити показники, що характеризують глобальні пружні параметри Землі і деякі особливості її внутрішньої будови. З теоретичних міркувань, якщо всередині Землі є розплавлене ядро або принаймні його зовнішня оболонка, величина припливів на деяких частотах має збурюватися під дією такого ядра. Дійсно, полтавські спостереження припливів, виконані зі сучасною точністю, підтвердили теоретичні розрахунки.
За останні роки співробітники Полтавської обсерваторії, використовуючи свій багатий досвід і унікальну апаратуру, вирішують також прикладні проблеми. Так, довгий час велися спостереження за повільними деформаціями земної поверхні над шахтними виробками в Донбасі з метою прогнозу обвалів і проводилися дослідження, пов’язані з прогнозом землетрусів.
ЗМІННІСТЬ ШИРОТ І РУХ ЗЕМНИХ ПОЛЮСІВ
«Було також інше досить вагоме міркування на користь того, щоб організувати гравіметричні спостереження саме в Полтаві. Річ у тім, що про твердість Землі і про ступінь її піддатливості можна судити не лише з місячно-сонячних змін сили тяжіння, але також і за тим періодом, з яким змінюється широта місця. Полтава була особливо зручною для широтних спостережень, бо на її паралелі в зеніті кульмінували дві яскраві зенітні зорі: а Персея і ηВеликої Ведмедиці, доступні для спостережень вдень і вночі (за допомогою телескопа, звичайно (прим. авторів). Таким чином, у Полтаві було легко і зручно об'єднати два види спостережень: широтні і гравіметричні, які взаємно доповнювали одне одного». Так писав свого часу О. Я. Орлов про причини, що стали вирішальними при виборі місця для нової обсерваторії. Саме тут реалізувалася унікальна можливість об'єднати геофізичні спостереження припливних деформацій Землі та астрономічні спостереження двох яскравих зір. За відхиленнями цих зір від зеніту можна дійти висновку про зміну широти місця спостереження і рух земних полюсів.
У 1939 р. в Полтавській обсерваторії почалися спостереження зенітних зір а Персея і η Великої Ведмедиці. Ці роботи виконуються і досі. Аналіз унікальних і тривалих спостережень зенітних зір дав змогу одержати цікаві дані про особливості обертального руху Землі. Так, теоретично було передбачено коливання в русі полюса, а значить, і в зміні широти, з періодом, близьким до зоряної доби (23h 56т), які викликаються резонансним впливом розплавленого ядра. Саме такі коливання в згаданих рядах спостережень виявив М. А. Попов (1910—1985), який понад 30 років проводив спостереження і виконав ретельний аналіз отриманого матеріалу. Отже, наявність у Землі розплавленого ядра підтвердилась ще одним незалежним аргументом. До відкриття згаданого вище резонансного впливу розплавленого ядра на земні припливи свідчення про це були одержані лише за сейсмічними даними.
НОВІ МЕТОДИ У ВИРІШЕННІ НАУКОВИХ ПРОБЛЕМ
За останні роки істотно розширилася тематика наукових досліджень обсерваторії, окрім того, традиційні за тематикою проблеми стали вирішуватися з використанням нових сучасних методів. До них належить лазерна локація супутників Землі та глобальна система визначення місцеположення (ГСВМ). Згадані методи забезпечують точність, на кілька порядків вищу від точності, що її дають оптичні телескопи та астролябії. Зауважимо, що вимірювання з найсучаснішою апаратурою такого призначення забезпечують точність для координат полюса на рівні 0.0001" (3 мм на поверхні Землі), для часу — 0.00001 с.
У 1994 р. на спостережній базі обсерваторії у с. Степанівка почала функціонувати в експериментальному режимі станція ЛД-2к для лазерної локації штучних супутників Землі. Цей лазерний далекомір належить до перших поколінь таких приладів з порівняно невисокою точністю. Тому зараз проводять його модернізацію.
Для реалізації ГСВМ в обсерваторії створено мережу з чотирьох спостережних пунктів. У жовтні 1999 року на цих пунктах Головне управління геодезії, картографії та кадастру України здійснило першу кампанію з високоточного визначення їхніх координат. Це дасть змогу внести згадані пункти до ГСВМ-мереж державного та міжнародного рівнів, прив’язати астрономічні інструменти обсерваторії до відповідних систем координат.
З використанням в астрометричній практиці нових технологій вимірювань потреба в традиційних оптичних методах спостережень не відпала, бо останні дають змогу отримати інформацію про зміни напрямку сили тяжіння, яку неможливо одержати новими технічними засобами. У зв’язку з цим в обсерваторії розроблено концепцію комплексних астрономічних, геодезичних та геофізичних спостережень в одному пункті для досліджень з геодинаміки. Згідно з нею, на спостережній базі в Степанівці створюється комплексна станція, де планується проводити спостереження лазерно-локаційні, астрооптичні, гравіметричні, нахиломірні, висотомірні та ГСВМ.
РАДІОАСТРОНОМІЯ
Бурхливий розвиток радіоастрономії почався після Другої світової війни з використання радіолокаторів для зондування космічних тіл. З початком космічної ери, який пов'язують зі запуском першого штучного супутника Землі в 1957 р., з’явилася можливість проводити спостереження в ширшому діапазоні електромагнітних хвиль. Це значно розширило обсяг інформації про стан речовини й фізичні явища в різних куточках Всесвіту, причому в таких масштабах, що той період стали вважати другою великою революцією в астрономії (перша революція почалася з теорії М. Коперника).
Радіоастрономічні спостереження в Полтавській гравіметричній обсерваторії стали можливими після спорудження у с. Степанівка під Полтавою радіотелескопа УРАН-2 (Український радіоінтерферометр Академії наук). Цю циклопічну споруду за масштабами можна порівняти хіба що з прискорювачами елементарних частинок. За досягнення в роботі зі створення радіотелескопа УРАН-2 працівники Полтавської обсерваторії В.Г. Булацен та А.І. Браженко удостоєні Державної премії України в галузі науки і техніки.
Антена радіотелескопа УРАН-2 є багатоелементною ґраткою. Вона має ефективну площу 27 000 м2, на якій розташовано 512 окремих антенних елементів, об'єднаних в єдину систему. У свою чергу, радіотелескоп УРАН-2 є складовою частиною радіоінтерферометричного комплексу з наддовгою базою, який складається з п'яти антенних систем: УТР-2 (с. Волохів Яр поблизу Харкова, Радіоастрономічний інститут НАН України), УРАН-1 (м. Зміїв Харківської обл., Радіоастрономічний інститут НАН України), УРАН-3 (м. Шацьк Волинської обл., Фізико-механічний інститут НАН України), УРАН-4 (поблизу Одеси, Радіоастрономічний інститут НАН України). За розмірами антена УРАН-2 посідає друге місце у світі після українського декаметрового телескопа УТР-2. В інтерферометричному режимі вона має роздільну здатність 4" та чутливість близько 8 Ян. Така енергія у 100 млн разів менша від енергії писку комара, яку сприймає людське вухо з віддалі 2 м.
Регулярні спостереження радіовипромінювання квазарів на телескопах УРАН-2 та УТР-2 в інтерферометричному режимі дали змогу виявити, що кутова структура квазарів і радіогалактик у декаметровому діапазоні істотно відрізняється від структури на коротших хвилях. На відміну від дециметрових і сантиметрових хвиль, де основне радіовипромінювання квазарів забезпечується, як правило, компактними (сумірними з 1") деталями, в декаметровому діапазоні більша частина загального потоку випромінювання припадає на видовжені структури і компоненти, сумірні з кількома секундами дуги.
На закінчення зауважимо, що перспективи наукових досліджень Полтавської гравіметричної обсерваторії, визначені О. Я. Орловим при її заснуванні три чверті століття тому, і досі можна вважати актуальними. Про високу оцінку результатів, одержаних в обсерваторії, свідчить, зокрема, визнання наукових заслуг таких відомих учених, як член-кореспондент АН УРСР З. М. Аксентьєва (1900—1969), академік АН УРСР Є. П. Федоров (1909—1986), академік НАН України Я. С. Яцків, які в різні часи працювали тут. Продовжуючи справу попередніх поколінь науковців, використовуючи сучасні наукові досягнення, опановуючи нові напрямки у вивченні Землі і Всесвіту, невеликий колектив Полтавської гравіметричної обсерваторії переборює сучасні негаразди і прагне провадити наукову роботу на рівні світових стандартів.
Підготувала Л.М. Свачій.
Джерело: «Астрономічний календар» за 2001 р. Київ. 2000. С. 193—198.
