Наблюдения наземных и космических обсерваторий дополняют друг друга и, как правило, совместно обеспечивают успех в каждой конкретной области астрономии. Ниже рассказано о некоторых достижениях, для которых внеатмосферные наблюдения были особенно важны.

Космология. Космология исследует Вселенную как целое. См. также КОСМОЛОГИЯ В АСТРОНОМИИ.

Фоновое излучение. Одним из важнейших результатов в космологии 1990-х годов стало исследование спутником COBE фонового микроволнового излучения. Его открыли в 1960-х годах и считали излучением, свободно распространяющимся по Вселенной с того времени, как вещество после Большого взрыва остыло и стало прозрачным (эпоха разделения вещества и излучения). Теория предсказывает, что распределение энергии этого реликтового излучения по длинам волн должно быть представлено кривой, описывающей излучение абсолютно черного тела. К тому же это излучение должно иметь одинаковую интенсивность во всех направлениях на небе, если не считать мелких флуктуаций в сотые доли процента, которые должны наблюдаться в тех местах, где в эпоху разделения уже образовались уплотнения вещества, ставшие в дальнейшем галактиками и скоплениями галактик. COBE впервые показал с высокой точностью, что спектр реликтового излучения действительно чернотельный в широком диапазоне длин волн и что небольшие флуктуации, по-видимому, существуют, как и предсказывает теория Большого взрыва.

Основные свойства Вселенной и шкала космических расстояний. Измеряя расстояния до объектов, чей свет добирался до нас большую часть жизни Вселенной, и применяя космологическую модель Фридмана - Робертсона - Уолкера, входящую в теорию Большого взрыва, астрономы рассчитывают измерить возраст Вселенной и среднюю плотность ее вещества. В 1960-х годах, когда разворачивалась работа, решение этой классической проблемы космологии казалось в принципе простым. Но на практике оно потребовало глубоких знаний о природе тех объектов, расстояние до которых измерялось. Сначала астрономы надеялись, что космический телескоп "Хаббл" позволит быстро решить проблему, но к середине 1990-х годов выяснилось, что для окончательного решения потребуется много дополнительной работы. Тем не менее после починки в 1993 "Хаббл" позволяет очень точно измерять расстояния до близких галактик, решая таким образом важную промежуточную задачу.

Межгалактическое вещество. Исследование поглощения света далеких квазаров (см. ниже) в газе, встречающемся по пути от квазара до Земли, стало важной областью космологии. Так, обнаружилось существование небольших облаков водорода, вероятно, находящихся в гало молодых галактик. Эти облака, принадлежащие далеким галактикам, можно наблюдать с помощью наземных телескопов, поскольку их ультрафиолетовые линии поглощения из-за красного смещения попадают в оптическую область спектра. Но менее далекие облака можно наблюдать только с орбиты; изучить их очень важно, поскольку у близких облаков легче заметить некоторые сопутствующие проявления, такие, как слабые оптические линии излучения. Поглощение в спектре далекого квазара, измеренное "Хабблом", и другого квазара, измеренное ультрафиолетовым телескопом во время полета обсерватории "Астро-2" на КК "Индевор" 2-18 марта 1995, указывает на существование межгалактического вещества, которое астрономы уже давно искали, ибо подозревали, что чистый водородо-гелиевый газ остался с эпохи Большого взрыва и сейчас равномерно заполняет Вселенную.

Квазары и активные ядра галактик. У некоторых галактик есть компактный и мощный источник излучения в самом центре - в ядре; по своей природе он отличается от звезд, звездных скоплений и туманностей, составляющих основную часть галактики. Эти источники, названные активными галактическими ядрами (АГЯ), светят нетепловым излучением в широком диапазоне энергий, а их спектр указывает, что движение газа в них происходит со скоростью в несколько процентов от скорости света. Существует много типов АГЯ, свойства которых различаются в деталях. У сейфертовских галактик АГЯ могут излучать столько же энергии, сколько вся остальная галактика. Другие АГЯ, называемые квазарами, могут быть такими мощными, что родительская галактика почти неразличима в ярком свете ее активного ядра. Наблюдения, проведенные в 1970-х годах рентгеновскими спутниками "Ариель-5", HEAO-1 и "Эйнштейн", показали, что сейфертовские галактики и квазары являются также мощными переменными рентгеновскими источниками. Наблюдения IUE позволили изучить быстро движущийся газ вблизи АГЯ, а IRAS установил, что квазары еще и яркие инфракрасные источники. Только при помощи внеатмосферных наблюдений удалось обнаружить, в каком широком диапазоне энергий излучают активные ядра галактик, и измерить распределение их энергии вдоль этого диапазона.

Рентгеновские наблюдения позволили обнаружить многие ранее не известные АГЯ. Данные IRAS указали, что инфракрасное излучение квазаров испускает теплая межзвездная пыль, окружающая ядро. Внимательное наблюдение за вариациями ультрафиолетового излучения позволило понять, что светящиеся газовые облака, окружающие активные ядра, имеют меньший размер и более сложную структуру, чем казалось вначале. На изображениях близких АГЯ, полученных "Хабблом", центральный источник окружен диском, вдоль оси которого видны конусы излучения. Изображения и спектры радиогалактики М 87, переданные "Хабблом", показали, что из вращающегося диска, как и ожидали теоретики, с большой скоростью выбрасывается струя вещества - джет. Все это укрепляет мнение, что удивительное разнообразие наблюдаемых проявлений у АГЯ и квазаров отчасти объясняется различием в углах наклона их дисков по отношению к земному наблюдателю. Квазары, у которых джет и диск повернуты прямо на наблюдателя, выглядят иначе, чем те, у которых диск виден с ребра. Это различие отчетливо проявляется в гамма-диапазоне: открытые "Комптоном" источники, по-видимому, развернуты точно на нас и поэтому особенно ярки из-за релятивистских эффектов.

Таким образом, результаты внеатмосферных наблюдений подтверждают, хотя и не доказывают пока широко распространенную теорию, что квазары и активные галактические ядра черпают энергию из аккреции вещества на гигантскую черную дыру, масса которой может в миллиарды раз превосходить массу Солнца. См. также ЧЕРНАЯ ДЫРА; КВАЗАР.

Галактики. IRAS обнаружил сверхъяркие инфракрасные галактики, испытывающие грандиозные вспышки звездообразования, какие прежде не наблюдались. Это заставило вообще по-новому взглянуть на эволюцию галактик. Полученные "Хабблом" изображения галактик с большим красным смещением демонстрируют, что несколько миллиардов лет назад многие из галактик, вероятно, все еще находились в процессе формирования.

Но все же важнейший вклад внеатмосферной астрономии во внегалактические исследования состоит в неожиданном открытии того факта, что скопления галактик заполнены разреженным газом с температурой в миллионы градусов. Этот газ излучает рентгеновские лучи, что впервые обнаружил "Ухуру". Наблюдения показали, что в некоторых скоплениях этот газ холоднее в центре, в области максимального гравитационного потенциала, куда оседают потоки остывающего газа, из которого там, возможно, формируются звезды. Последние исследования указывают, что газ в скоплениях часто неоднороден, а значит, скопления все еще не достигли равновесного состояния. Эти открытия не только помогают понять природу скоплений галактик, но прежде всего демонстрируют само их существование как самостоятельных физических объектов, что далеко не просто было сделать только на основании наземных оптических фотографий. Рентгеновский газ часто, но не всегда, концентрируется вокруг отдельной массивной галактики, расположенной в центре гравитационного потенциала скопления.

Рентгеновские спутники обнаружили также горячую межзвездную среду в отдельных эллиптических галактиках, изменив этим представление о них как о старых, застывших системах. Составленные по данным IRAS каталоги нормальных спиральных галактик позволили лучше узнать распределение в них газа и пыли, понять роль звездообразования и провести их перепись, не искаженную поглощением света в Млечном Пути. См. также ГАЛАКТИКИ.

Формирование звезд и планет. IRAS исследовал самые внутренние части областей звездообразования и обнаружил там множество новых источников. На полученных им в далеком инфракрасном диапазоне картах видны молекулярные облака и горячие уплотнения в них, где формируются массивные звезды. Молодые звезды малой массы, такие, как T Тельца, также являются инфракрасными источниками, но IRAS обнаружил еще более молодые звезды, которые пока окружены пылевыми коконами и не видны в оптике. На переданных "Хабблом" изображениях туманности Ориона у некоторых недавно сформировавшихся звезд обнаружены диски, возможно, протопланетные системы. Подобные же диски были замечены наземными телескопами у звезд, которые, по данным спутника IRAS, имеют избыточную инфракрасную светимость по сравнению с нормальными звездами того же типа. На основе этих данных была развита новая картина формирования звезд, согласно которой некоторые протозвезды окружены веществом в виде экваториального диска и выбрасывают потоки газа из полярных областей. Это совсем не похоже на прежние представления о простом сферическом коллапсе; новая теория подчеркивает важную роль момента импульса в процессе звездообразования. См. также СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА; ЗВЕЗДЫ.

Межзвездная среда. В мягком рентгеновском и далеком ультрафиолетовом диапазонах изучают близкую межзвездную среду, в которой горячий разреженный газ неравномерно перемешан с более плотным и холодным. Ультрафиолетовая спектроскопия позволяет определить химический состав и состояние ионизации межзвездного газа. IUE обнаружил высокоионизованный газ в галактическом гало; будущие исследования должны объяснить, как диск и гало Галактики обмениваются веществом.

Наблюдения в инфракрасном диапазоне дают информацию о плотном и холодном межзвездном газе, с которым связано формирование звезд. На инфракрасной карте неба доминирует полоса Млечного Пути. Однако в диапазоне 100 мкм небо покрыто инфракрасными циррусами - сетью клочковатых облаков, открытых спутником IRAS. Млечный Путь также четко выделяется при наблюдении в гамма-диапазоне; полагают, что диффузное галактическое гамма-излучение вызвано взаимодействием с космическими лучами. См. также МЕЖЗВЕЗДНОЕ ВЕЩЕСТВО
.

Нормальные звезды. Ультрафиолетовая астрономия позволила детально изучить массивные звезды, более горячие, чем Солнце, многие из которых испускают с поверхности мощный звездный ветер - потоки ионизованного газа. IUE исследовал это явление у звезд различного спектрального класса и возраста. Потеря массы играет важную роль в эволюции звезд; именно внеатмосферная астрономия дала основные наблюдательные данные в этой области. Данные IUE дополнили наблюдения спутника IRAS, обнаружившего много звезд, так интенсивно теряющих вещество, что сами они совершенно не видны за сброшенными пылевыми оболочками. IRAS обнаружил окруженные плотной пылью звезды асимптотической ветви гигантов - вероятных предков планетарных туманностей. IRAS также зарегистрировал излучение остатков этой пыли у тысячи планетарных туманностей, а IUE обнаружил, что их центральные звезды все еще выбрасывают звездный ветер.

Оказалось, что у звезд менее массивных, чем Солнце, в короне происходят мощные рентгеновские вспышки. Некоторые звезды, похожие на Солнце, гораздо сильнее его излучают в рентгеновском диапазоне, т.е. обладают активными коронами, чего трудно было ожидать по их оптическим свойствам. См. также ЗВЕЗДЫ.

Компактные объекты и остатки звезд. Когда термоядерные реакции в звезде заканчиваются, ее ядро под действием силы тяжести сжимается, а внешние слои обычно сбрасываются. Это может произойти относительно медленно и спокойно с образованием белого карлика, окруженного планетарной туманностью, но может случиться и в виде взрыва, как у сверхновых II типа, дав в результате нейтронную звезду или черную дыру.

Для изучения белых карликов, имеющих температуру поверхности порядка 100 000 К, требуются наблюдения в ультрафиолетовом и мягком рентгеновском диапазонах. Когда белый карлик находится в тесной двойной системе с нормальной звездой, ее вещество может перетекать на него, либо формируя аккреционный диск вокруг белого карлика, либо падая на его поверхность в области магнитных полюсов. Поскольку такие системы могут неожиданно увеличивать светимость во много раз, их называют катаклизмическими переменными или, когда аккрецией управляет магнитное поле, - полярами. Аккреционный диск в основном излучает ультрафиолет, а газ, падающий на компактную звезду, светится в рентгеновском диапазоне. Часто сама звезда слишком слаба, чтобы можно было заметить ее оптическое излучение. Белые карлики в двойных системах, вероятно, являются предками сверхновых I типа, взрыв которых происходит, когда белый карлик захватывает слишком много вещества, становится неустойчивым и детонирует.

Важным открытием первых рентгеновских спутников стали рентгеновские двойные звезды, у которых компактным компаньоном является нейтронная звезда или черная дыра. Их более сильное притяжение вызывает разогрев газа до более высоких температур и его интенсивное излучение в жестком рентгене. (Первым рентгеновским источником, обнаруженным за пределом Солнечной системы, был Скорпион X-1, рентгеновская двойная система.) Эти объекты делят на два класса: массивные рентгеновские двойные, где в паре с компактной звездой движется нормальная звезда спектрального класса O или B, и маломассивные рентгеновские двойные, где компаньоном является маленькая звезда класса K или M.

Массивные двойные излучают жесткий рентген и обладают сильными магнитными полями. В некоторых из них нейтронные звезды излучают пульсирующий рентгеновский поток. В других, таких, как Cyg X-1 и LMC X-3, компактным объектом является, вероятно, черная дыра. Теоретически доказано, что нейтронная звезда не может превосходить по массе Солнце более чем в три раза. Поэтому тщательно определяют массы компактных объектов в двойных системах и для дальнейшего исследования отбирают такие, как Cyg X-1, масса у которых более чем втрое превосходит солнечную.

У маломассивных двойных спектр мягче, магнитное поле слабее, и в них нет рентгеновских пульсаров. Звезда-компаньон часто не видна, поскольку над ее оптическим излучением доминирует преобразованный рентгеновский поток от аккрецирующего вещества. У некоторых из них рентгеновское излучение демонстрирует квазипериодические колебания, вызванные неустойчивостью процесса аккреции.

Эволюция рентгеновских двойных сложна, поскольку две звезды часто обмениваются столь значительной массой, что более массивный компаньон после этого становится менее массивным. Скорость эволюции звезды сильно зависит от массы (чем выше масса, тем быстрее эволюция), и у тесных двойных звезд эволюция протекает совсем не так, как у одиночных звезд или компонентов широких двойных систем.

Изолированные нейтронные звезды обычно излучают радиоволны в результате процессов в их магнитосферах; в этом случае они наблюдаются как пульсары. Недавно выяснилось, что изолированные нейтронные звезды могут быть также источниками высокоэнергичного гамма-излучения. ROSAT зарегистрировал сверхмягкие рентгеновские источники, которые также считают связанными с нейтронными звездами.

Особое внимание астрономы уделяют рентгеновскому излучению разреженного газа, окружающего места взрывов сверхновых. В этих старых остатках взрыва содержатся тяжелые элементы, образовавшиеся в процессе взрыва сверхновой. Исследования состава и физического состояния выброшенного сверхновой вещества очень важны для понимания того, как рождаются химические элементы и эволюционирует Галактика. Многие ранее неизвестные остатки сверхновых были обнаружены с помощью рентгеновских наблюдений. См. также ЧЕРНАЯ ДЫРА; НЕЙТРОННАЯ ЗВЕЗДА; НУКЛЕОСИНТЕЗ; ПУЛЬСАР; СВЕРХНОВАЯ ЗВЕЗДА; ПЕРЕМЕННЫЕ ЗВЕЗДЫ.

В число наиболее экзотических объектов, изучаемых рентгеновской астрономией, входят галактические двойные системы со сверхсветовым движением. Первая такая система, открытая "Гранатом", демонстрировала расширение со скоростью больше световой: это оптическая иллюзия, связанная с релятивистским выбросом джета, случайно направленного почти точно в сторону Земли.

ориентация летательного аппарата относительно "неподвижных" звёзд с помощью астродатчиков. Применяется, например, при астрофизических исследованиях, выполнении точных манёвров и в других случаях, когда допустимые ошибки ориентации малы и измеряются угловыми минутами или секундами.