О внеатмосферной астрономии шла речь на очередном заседании Совета РАН по космосу. Ученые подвели промежуточные итоги российской научной программы «Спектр», которая реализуется в рамках Федеральной космической программы на 2016-2025 годы, рассмотрели задачи дня сегодняшнего и озвучили прогнозы на ближайшее будущее.
Как отметил президент РАН Александр Сергеев, появление внеатмосферной астрономии стало возможным только после начала полетов в космос, когда аппаратуру для принятия галактических сигналов стали развертывать на спутниках. Ведь многие объекты и процессы во Вселенной нельзя увидеть с помощью наземных обсерваторий — необходимо выйти за пределы атмосферы, потому что она поглощает большую часть рентгеновского и гамма-излучения, регистрируемого космическими аппаратами.
До 1990-х наша страна «была на весьма конкурентных позициях», подчеркнул глава РАН, назвав некоторые удачные запуски, произведенные в СССР: «Астрон» (УФ и рентгеновский телескоп) — 1983 год, проект «Гранат» — 1989 год. В это же время по программе «Спектр» были запланированы полеты космических аппаратов (КА) «Спектр», но ввиду обстановки в стране на орбиту ничего не полетело, а вернуться к этим исследованиям удалось только спустя двадцать лет. В 2011 году была запущена космическая обсерватория «Спектр-Р», рассчитанная на пять лет, которая отработала восемь. В мае 2019 года в рамках проекта «Радиоастрон» запланирован запуск КА «Спектр-РГ», а на 2025 год — «Спектра-УФ».
О результатах, полученных с помощью КА «Спектр-Р», «от лица громадного коллектива ученых и инженеров проекта» рассказал руководитель научной программы «Радиоастрона», заведующий лабораториями в ФИАН и МФТИ, член-корреспондент Юрий Ковалев.
Ученый сообщил, что идея радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (наблюдения с высоким угловым разрешением с помощью разнесенных на большие расстояния антенн) была предложена советскими учеными более 50 лет назад и реализована в наземно-космическом интерферометре, состоящем из 10-метрового космического радиотелескопа и сети наземных радиотелескопов. КА отработал в космосе в 2,5 раза дольше гарантийного срока, но с 10 января 2019 года на связь не выходит. Роскосмос продолжает попытки установить контакт со спутником, поэтому о завершении его миссии говорить рано. Непосредственные наблюдения пока остановлены, но ведутся корреляция, обработка и анализ уже полученных данных.
Юрий Юрьевич рассказал, что максимальная база (расстояние от Земли) «Радиоастрона» составляет 350 тысяч км. В ходе проекта было достигнуто самое высокое в истории астрономии разрешение — 8 микросекунд дуги. «Покрываем в наблюдениях диапазон от одного метра до 1 см. Самая короткая длина волны — 1,3 см — позволяет реализовать экстремальное угловое разрешение», — сообщил ученый.
Станции управления КА расположены в Уссурийске и Медвежьих озерах (Московская область), станции слежения, куда совершается сброс научных данных со спутника, — в Пущино и Грин-Бэнк (США). Космический сегмент синхронизируется с наземными станциями с точностью до атомных часов.
Ю.Ковалев подчеркнул, что успех был бы невозможен без громадной, в том числе и международной, кооперации, выразив глубочайшую благодарность коллегам из НПО им. С.А.Лавочкина (они готовили служебный модуль, 10-метровую антенну, осуществляли управление полетом), НПО «Горизонт» (приемник диапазона волн 92 см), компании «Время Ч» (бортовой водородный приемник), СКБ ИРЭ (приемники 6 см и 1,35 см), австрийской CSIRO (приемник 18 см), а также из Индии, США и Европейского космического агентства. В наблюдениях на Земле участвовали до 58 крупнейших телескопов мира, включая антенны ИПА РАН и ОКБ МЭИ.
Программный коррелятор Астрокосмического центра ФИАН обработал уже почти все наблюдения проекта. За семь с половиной лет накоплены 10 петабайт данных. АКЦ, кстати, может параллельно анализировать до шести экспериментов.
Ю.Ковалев перечислил вкратце технические достижения в рамках проекта «Радиоастрон». В нем использован самый крупный космический телескоп с 10-метровым зеркалом, имеющий водородный стандарт частоты. КА способен к широкополосной передаче данных с расстояния Земля — Луна со скоростью 144 Mbps. Впервые проведены поляризационные наземно-космические измерения и использованы в исследованиях космоса самый длинный и короткий диапазоны: 92 см и 1,3 см. Телескоп позволил провести наблюдения более чем за 250 объектами. В программе приняли участие около 240 ученых из 23 стран мира.
Поражают и полученные научные результаты. КРТ позволил провести исследования ядер квазаров. Считалось, что они не могут излучать ярче определенного предела. Проверить теорию с Земли было невозможно, а наблюдения в рамках «Радиоастрона» показали, что квазары на порядок ярче, чем предполагалось теорией. Ученым удалось разобраться в механизме формирования горячих струй в галактиках, восстановить структуру их магнитного поля.
В близкой галактике М87 «Радиоастрон» обнаружил спиралевидные структуры релятивистского выброса из-за плазменных нестабильностей. В области звездообразования Цефей А впервые были открыты мельчайшие источники мазерного излучения водяного пара. Они оказались сравнимы по размерам с Солнцем. Таким образом были открыты турбулентные вихри в потоке газа с экстремально компактными ячейками от формирующейся массивной звезды с протопланетами.
Благодаря космическому телескопу удалось обнаружить и новый эффект рассеяния сигнала: радиоволны проходя через среду, работающую, как линзы, формируют множественное интерферирующее изображение объекта. Этот эффект можно использовать для восстановления параметров межзвездной среды и получения истинного изображения космического объекта, испорченного рассеянием, отметил Ю.Ковалев.
В ходе проекта удалось получить информацию с уникальным угловым разрешением о структуре 160 ядер активных галактик со сверхмассивными черными дырами или кротовыми норами в центре, 20 пульсарах (нейтронных звездах), 12 космических мазерах гидроксила (диапазон 18 см) и водяного пара (диапазон 1,35 см) в нашей галактике, 2 магамазерах около ядер галактик NGC 3079 и NGC 4258.
Следующий шаг на основе уже полученного опыта — запуск «Миллиметрона» (КА «Спектр-М»), — сообщил Юрий Юрьевич. — Аппарат будет работать и как интерферометр в миллиметровом диапазоне, и как одиночное зеркало. Среди ключевых научных задач – изучение первых звезд и галактик, первичных черных дыр, кротовых нор и многоэлементной Вселенной, физика и эволюция газопылевых областей и твердотельных объектов в Солнечной системе, нашей и других галактиках, поиск проявления жизни и внеземных цивилизаций и т.д.
В заключение докладчик отметил, что «успешный опыт коллаборации показал реальные возможности отечественной промышленности и ученых», которые «верят в успех и нового шага — «Миллиметрона».
Директор Института космических исследований РАН член-корреспондент РАН Анатолий Петрукович рассказал об эксперименте «Плазма-Ф» по исследованию и мониторингу солнечного ветра на КА «Спектр-Р», участниками которого кроме самого ИКИ РАН стали: ОКБ ААЛАМ (Киргизия), АКЦ ФИАН, НПО ИМ. С.А.Лавочкина, Карлов Университет и Институт физики атмосферы (Чехия), Институт экспериментальной физики (Словакия), Университет Фракии (Греция), CSSAR (Китай).
В рамках «Плазмы-Ф» использован приборный комплекс для мониторинга межпланетной среды и вариаций солнечного ветра, который был установлен в качестве попутной нагрузки на космическом аппарате «Спектр-Р».
Оказалось, что орбита КА очень выгодна и для изучения солнечного ветра — потока плазмы, непрерывно истекающего из солнечной короны и заполняющего межпланетное пространство, воздействующего на магнитное поле Земли и вызывающего геомагнитные бури.
Фактически 90% времени спутник проводит в солнечном ветре, — рассказал А.Петрукович. — Солнечный ветер — это плазменная лаборатория с недостижимыми на Земле параметрами, прежде всего, глубоким вакуумом — всего 5-10 частиц в кубическом сантиметре.
Среди решенных в ходе эксперимента научных задач — исследования турбулентности космической плазмы в солнечном ветре, изучение тонкой структуры ударных волн и вспышечных процессов ускорения энергичных частиц, мониторинг межпланетной среды.
Анатолий Алексеевич доложил о приборах и принципах их работы на борту КА. В составе комплекса — три научных прибора и блок сбора и хранения информации. К сожалению, с одного из них, магнитометра ММФФ, данные не поступали. После «нештатных операций со штангой на космодроме» отсутствовал сигнал с восьми датчиков, в то время как блок электроники исправно работал. Два других прибора — детектор энергичных частиц МЭП и плазменный спектрометр БМСВ — дали замечательные результаты.
Благодаря МЭП удалось повысить временное разрешение данных в 10 раз по сравнению с другими подобными экспериментами. Это позволило увидеть нюансы, например, динамику вспышечного ускорения ионов на ударной волне в солнечном ветре, — отметил докладчик.
Основной массив данных, однако, поступал с третьего прибора — БМСВ (сокращение от «быстрый монитор солнечного ветра»). Его задачей были регистрация ионов солнечного ветра, определение его скорости, температуры, концентрации, величины и направления потока. Уникальной особенностью прибора А.Петрукович назвал очень высокое временное разрешение, достигающее 32 миллисекунд. Оно позволило исследовать структуры солнечного ветра весьма малых для межпланетной среды пространственных масштабов ~10-20 км.
Даже сейчас этот рекорд не побит. Хотя с момента запуска «Спектра-Р» технология шагнула вперед, но такое временное разрешение в экспериментах последних лет до сих пор не достигнуто, — добавила коллега ученого, старший научный сотрудник ИКИ РАН Мария Рязанцева.
Таким образом, стало возможным исследовать мелкомасштабные структуры и турбулентность в космической плазме. Ученые увидели, как на больших масштабах в миллионы километров, энергия поступает в систему в виде выбросов из короны Солнца, затем передается по «ступенькам» от больших структур к меньшим, а на малых масштабах, в десятки и сотни километров, происходят ее диссипация (рассеивание) и нагрев плазмы. Именно благодаря БМСВ удалось «заглянуть внутрь» процесса диссипации энергии.
В частности, с помощью прибора БМСВ было установлено, что солнечный ветер представляет собой не сплошной поток, а, скорее, переплетение тонких «струй», которые исследователи сравнивают со струями душевой лейки.
Мы построили карту углов прихода солнечного ветра. Это распределение оказалось несимметричным, что, по всей видимости, связано со сложной структурой магнитного поля Солнца, — пояснила М.Рязанцева.
Благодаря тому что данные «Плазмы-Ф» время от времени могли поступать на Землю в режиме непосредственной передачи, они также использовались в системе прогноза космической погоды, которая с 2012 года работает на сайте ИКИ РАН.
С помощью «Плазмы-Ф» мы отработали комплекс приборов для мониторинга солнечного ветра и теперь понимаем, что важно для будущих систем наблюдения и прогноза, которые могут быть реализованы в ближайшие десять лет», — подчеркнул А.Петрукович.
Анатолий Алексеевич отметил, что по результатам проведенных исследований опубликована 41 статья WoS, из которых 16, согласно требованиям Минобрнауки, — в Q1/Q2 WoS.
Следующим шагом, который планируется сделать уже в ближайшее десятилетие, будет организация систематического мониторинга солнечного ветра для прогноза космической погоды с учетом влияния мелкомасштабных характеристик среды.
В процессе обсуждения решения совета по итогам заседания руководству РАН было предложено рассмотреть возможность награждения участников проекта «Радиоастрон» государственными наградами. Президент РАН и глава совета Александр Сергеев идею поддержал.
Следующим КА в серии «Спектр» должен стать проект «Спектр-РГ» («Спектр-Рентген-Гамма»), который представили академик Рашид Сюняев и генеральный конструктор НПО им. С.А.Лавочкина Александр Ширшаков.
«Спектр-РГ» — космическая обсерватория, предназначенная для изучения Вселенной в рентгеновском диапазоне длин волн, международный проект, который включает в себя два телескопа: eRosita, созданный в Институте внеземной физики общества имени Макса Планка (Германия), и ART-XC, разработанный в ИКИ РАН и изготовленный Всероссийским НИИ экспериментальной физики в Сарове.
Главная задача «Спектра-РГ» — провести обзор всего неба в рентгеновском диапазоне электромагнитных волн, сделать своего рода «рентгеновскую перепись» наблюдаемой Вселенной.
Р.Сюняев рассказал про научную программу проекта «Спектр-РГ», который должен стартовать в июне этого года.
Мне придется говорить больше о мечтах, а не о результатах, потому что наш аппарат еще на Земле и мы только готовимся к запуску, — заметил он.
Основным приборами обсерватории являются телескоп ART-XC с семью зеркальными модулями с оптикой косого падения. Цель выполнения опытно-конструкторских работ — создание космического комплекса с астрофизической обсерваторией в окрестности либрационной точки L2 системы Солнце — Земля для исследований астрономических объектов в рентгеновском диапазоне длин волн спектра электромагнитного излучения. Запуск КА состоится 21 июня 2019 года на космодроме Байконур, резервная дата — 12 июля. Сейчас подходят к концу последние испытания, по завершении которых будет начата упаковка аппарата.
По словам А.Ширшакова, в 2020 году планируется восстановить работу станции дальней космической связи в Евпатории. Объект понадобится для бесперебойного приема научных данных с космического телескопа «Спектр-РГ».
Научную программу проекта «Спектр-УФ», которую еще называют «российским Хабблом» и которая реализуется в рамках Федеральной космической программы на 2016-2025 годы, представил научный руководитель Института астрономии РАН член-корреспондент Борис Шустов.
Это третий проект серии «Спектр», он разрабатывается в партнерстве с коллегами из Испании. Обсерваторию планируется запустить в космос в 2025 году для изучения физико-химических свойств планетных атмосфер, физики атмосфер горячих звезд, природы активных галактических ядер, межгалактических газовых облаков. КА будет работать в ультрафиолетовом диапазоне, в котором лежат электронные переходы самых обильных в космосе молекул — Н2, СО, ОН, CS, C2 — а также работают самые сильные полосы больших молекулярных комплексов полициклических ароматических углеводородов.
По словам Б.Шустова, «Спектр-УФ» во второй половине 2020-х годов будет главной и единственной российской и международной возможностью иметь широко открытое «ультрафиолетовое окно» во Вселенную.
Ученый добавил, что определяющим условием своевременной реализации проекта «Спектр-УФ» является «ритмичное финансирование».
Андрей Субботин
Нет комментариев