Поиск - новости науки и техники

Доступно глазу. Уникальный телескоп обозрит все небо.

Ровно через год, в марте 2019-го, с космодрома Байконур ракета “Протон” выведет в открытый космос обсерваторию. Не такую уж и тяжелую по нынешним временам для столь мощной ракеты – всего-то 2,6 тонны. Разгонный блок направит станцию в район, находящийся примерно в полутора миллионах километров от Земли. Аппарат выйдет на галла-орбиту с периодом обращения полгода вокруг виртуальной точки Лагранжа. Место для расположения приборов выбрано, естественно, не случайно. Здесь нет сильных гравитационных возмущений, “всегда будет Солнце”, и оборудование, оснащенное солнечными панелями, не испытает проблем с энергоснабжением. К тому же здесь не ощущается тепловое воздействие Земли и не пересекаются ее радиационные пояса, что негативно сказалось бы на работе полупроводниковых рентгеновских детекторов с высоким спектральным разрешением, требующих глубокого охлаждения до минус 95 градусов Цельсия и предполагающих длительного срока службы. Им ничто не должно помешать исследовать небосвод все 24 часа в сутки – необходимое условие работы Международной астрофизической обсерватории “Спектр-Рентген-Гамма” (СРГ), совместного российско-немецкого проекта. Ведущая организация с российской стороны – Институт космических исследований РАН. О предстоящей миссии рассказывает заместитель директора ИКИ доктор физико-математических наук Михаил Павлинский.
– История этого грандиозного проекта началась еще во времена СССР, в конце 1980-х годов. Но, к сожалению, после 15 лет упорного труда работы по программе пришлось остановить. В нулевые годы развернулось сотрудничество с немецкими коллегами, и приблизительно в 2005 году было решено построить новую космическую обсерваторию – СРГ, которая позволила бы произвести обзор всего неба в рентгеновских лучах с рекордной чувствительностью, угловым и энергетическим разрешением. У немцев уже был опыт создания рентгеновского телескопа для обзора всего неба – проект ROSAT. Наша сторона взялась разработать телескоп в более жестком диапазоне энергий – уникальный “глаз”, способный обозреть все небо. Программа наблюдений обсерватории обширная. Телескопы должны обнаружить десятки тысяч скоплений галактик – самых массивных объектов во Вселенной. Открыть несколько миллионов ядер активных галактик, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры. Исследовать практически все двойные системы с нейтронными звездами и черными дырами в нашей Галактике. Зарегистрировать рентгеновское излучение от сотен тысяч активных звезд в окрестностях Солнечной системы. Изучить излучение от комет и планет Солнечной системы. Новые данные по распределению скоплений галактик во Вселенной помогут в понимании темной энергии и темной материи. 
– Наш телескоп создан впервые в мире?
– Нет, мы не являемся родоначальниками подобной техники. Первые зеркальные рентгеновские телескопы появились в США в 70-е годы прошлого века. Американцы и европейцы построили уникальные обсерватории Chandra и XMM-Newton стоимостью под миллиард евро или долларов, исследующие космос на протяжении последних 20 лет. Но никто в мире не делал аппаратуру с таким широким полем зрения, способную охватить взором все небо за разумное время и на порядок превосходящую по этому параметру существующие миссии. Это важнейшее достоинство нашей обсерватории. Впервые астрономы смогут составить наиболее подробную и полную карту неба – это приблизит их к разрешению загадок устройства нашей Вселенной. 
– Каким требованиям должна отвечать техника, чтобы решить такую глобальную задачу?
– Обратимся к простейшему примеру. Детская забава – так исхитриться бросить плоский камешек, чтобы он несколько раз отскочил от поверхности воды. Приблизительно так же ведут себя рентгеновские фотоны, отражаясь от зеркала телескопа. Но для этого его шероховатость должна составлять 4-5 ангстрем – это десятая доля нанометра, то есть в 200 000 раз тоньше человеческого волоса. Фотоны отражаются от зеркальной поверхности и фокусируются на рентгеновском детекторе, и чем их больше, тем больше информации получат астрономы. 
Суммарная геометрическая площадь зеркал, имеющих золотое или иридиевое покрытие, достигает сотни квадратных метров. Чтобы расположить их как можно компактнее, им придали форму вложенных одна в другую фигур вращения, напоминающих трубы. Первая половина трубы имеет форму параболоида, вторая – гиперболоида. Фактически система зеркал – это ловушка для фотонов. Гигантская площадь обеспечивает высочайшую эффективность рентгеновского телескопа. Его поле зрения уникально, на порядок больше, повторю, чем все ныне существующие. Фокусное расстояние отечественного прибора 2,7 метра (немецкого – 1,6 метра). Дополняя друг друга, телескопы смогут существенно расширить энергетический спектр регистрации фотонов. 
– Кто создал эту необыкновенную конструкцию?
– Больше 10 лет ИКИ сотрудничает с Российским федеральным ядерным центром (РФЯЦ) в Сарове. Там и сделали конструкцию телескопа и много чего еще, приложив гигантские усилия, чтобы достичь мирового уровня. Отмечу, что в Сарове построили четыре модели. При этом трем из них пришлось держать экзамен на Земле: таковы жесткие условия испытаний. Для каждого их вида нужна своя модель. Например, мы должны быть уверены, что космический аппарат вместе с телескопами не разрушится в течение первых 8 минут после старта, когда возникают максимальные вибрационные нагрузки. Есть и понятие резонансной частоты, когда конструкция попадает в резонанс и многочисленные болты и крепеж не в состоянии его пережить. Техника в космосе должна суметь перенести условия космического вакуума и гигантских перепадов температур. И счет им идет не на минуты и часы, а на весь отведенный срок службы. Эти испытания проводились в больших вакуумных и климатических камерах, имитирующих условия космоса. Не забудем и то обстоятельство, что на начальном этапе выведения продолжительностью несколько часов, когда еще нет электропитания на телескопы, аппаратура не должна замерзнуть и после подачи команд на включение выйти на рабочий режим. Все три модели успешно прошли испытания, и мы получили необходимую информацию, позволившую довести до ума четвертый, летный, образец, который и отправится в космос.
– Такой проект должен стоить огромных средств?
– Безусловно. Известно, что немцам строительство телескопа обошлось в 100 миллионов евро. Однако стоимость нашего телескопа ниже: мы выбрали оптимальный вариант, использовали накопленный опыт Института лазерно-физических исследований ИЛФИ-РФЯЦ, а еще нам помогли американские коллеги из космического центра им. Маршала НАСА. Им понравился наш проект, и они смогли убедить свою администрацию в необходимости присоединиться к нему и сделать для нас четыре зеркальные системы (при условии, что небольшую часть полученных данных мы впоследствии им предоставим) за их счет, то есть за счет американских налогоплательщиков, а каждая зеркальная система, замечу, оценивается примерно в миллион долларов. 
– Санкции проекту не помешали?
– История с поставкой летных зеркальных систем пришлась на известные события в марте 2014 года. После этого была некоторая пауза в отношениях, но потом здравый смысл победил, и НАСА разрешили продолжать работать с нами. Все понимают: без международного сотрудничества исследовать космос невозможно. 
– Как телескоп видит все небо? Дальше круга в 360 градусов воображения не хватает?
– Небесная сфера в системе квадратных градусов имеет размер 41 253. Формально столько раз надо перенавести телескоп на определенные точки на небосводе. Можно это делать непрерывно, совершая обзор неба в режиме сканирования. Для этого выбирается ось вращения космического аппарата, направленная на Солнце, телескопы смотрят в перпендикулярном направлении, и аппарат медленно вращается вокруг оси, делая несколько полных оборотов в сутки. Поскольку Земля каждые сутки смещается на 1 градус, то и ось вращения поворачивается на 1 градус. В результате за 180 суток мы делаем обзор всего неба при помощи телескопов с полем зрения 1 квадратный градус. За четыре года рассчитываем произвести восемь обзоров. Все это время телескопы будут ловить фотоны, а мы – определять координаты каждого – и таким образом установим источники излучения, которые затем сможем изучить. Плотность источников достигнет примерно 100 на квадратный градус. В основном это ядра активных галактик, их будет порядка 4 миллионов. Что же касается скоплений галактик, то их количество, как мы ожидаем, достигнет порядка 100 тысяч. На карту попадут все крупные скопления, которые сформировались в нашей Вселенной. Новые появятся только через несколько миллиардов лет.
Угловое разрешение телескопов позволит отличать на карте скопление галактик, которое будет выглядеть как протяженный источник от ядра активной галактики. Распределение скоплений галактик поможет понять, как формировались крупномасштабные структуры во Вселенной под воздействием темной энергии, а также природу темной материи. Телескопы смогут наблюдать объекты, которые испустили фотоны более 10 миллиардов лет назад. Это значит, что мы выйдем на край нашей Вселенной. И по ходу обзора сможем указать направление астрономам, где надо “копать”. Это крупнейший совместный проект с немецкими коллегами по изучению космоса, и мы вправе рассчитывать на небывалый результат. 
– И даже надеетесь обнаружить внеземные цивилизации?
– На мой взгляд, если они и существуют, то возможности общения с ними весьма проблематичны: сложности возникнут из-за конечности скорости света. Даже если удастся обнаружить нечто неожиданное в центре нашей Галактики, а мы находимся на ее периферии, то свет (а значит, и сигнал) будет идти около 30 тысяч лет. Сейчас мы стараемся фиксировать все сигналы, не зная толком их природы. Когда открыли пульсары, астрономы решили, что получают сигналы внеземных цивилизаций, поскольку не могли понять природу строго периодичных импульсов в радиодиапазоне. Нечто подобное может произойти и сейчас, так что не все так просто, как хотелось бы. Но сюрпризы все же возможны. 
– Не обидно затратить столько сил, времени, средств на проект, рассчитанный всего на четыре года?
– Не совсем так, четыре года отводится только на обзор всего неба, потом мы надеемся еще три года наблюдать в режиме точечных наведений наиболее интересные объекты, открытые в ходе исследований. Затем все будет зависеть от надежности аппаратуры. Конечно, будем рады, если получится больше. А пока ждем марта 2019 года, когда намечен запуск обсерватории. В нынешнем декабре планируется транспортировка собранного космического аппарата на Байконур. Так что времени осталось совсем немного. 
Записал Юрий Дризе
Фотоснимки предоставлены М.Павлинским   

Нет комментариев