Российские телескопы в космосе


10 января в 9:00 по московскому времени состоялся штатный сеанс связи с орбитальным телескопом «РадиоАстрон», в ходе которого российские средства наземного слежения не получили обратный отклик от спутника. После чего было проведено три нештатных сеанса связи, однако «достучаться» до спутника пока не удалось.

Космический орбитальный телескоп «РадиоАстрон» – международный космический проект с ведущим участием России, также в нем принимают участие Соединенные Штаты Америки. Телескоп был сконструирован на базе российского космического спутника «Спектр-Р» и запущен на орбиту 18 июля 2011 года с космодрома Байконур ракетой «Зенит». Этот радиотелескоп обладает рекордным угловым разрешением – до 7 микросекунд (угловое разрешение человеческого глаза, к примеру, составляет примерно 1 минуту) и занесен в Книгу рекордов Гиннесса. «РадиоАстрон» – за последнее время первая российская космическая программа, направленная на фундаментальные исследования Вселенной, а именно – космических объектов, удаленных от Солнечной системы.


е в первый год работы телескопа было получено много новых данных, в том числе первое изображение быстропеременной активной галактики 0716+714, а также измерения яркости релятивистских струй квазаров. Основными объектами для исследований «РадиоАстрона» как раз и являются квазары (мощные и далекие ядра активных галактик, практически самые яркие космические объекты в видимой Вселенной) и черные дыры, а точнее попытки найти доказательства реального существования черных дыр.

Изначально работа спутника рассчитывалась на 5 лет, однако в 2016 году было решено не останавливать исследования. То есть на данный момент срок эксплуатации телескопа превысил запланированную норму в полтора раза.

В чем особенности «РадиоАстрона»?

Непосредственно телескоп, установленный на спутнике «Спектр-Р», оснащен зеркальной антенной с диаметром в 10 м., а диаметр его центрального зеркала равен 3 м. Состоит зеркальная антенна из 27 раскрывающихся лепестков, выполненных из углепластика. Сконструировали телескоп сотрудники НПО им. С.А. Лавочкина. 

«Спектр-Р» в монтажно-испытательном корпусе площадки № 31 космодрома «Байконур». Фото: РИА Новости/ Олег Урусов

Главная особенность «РадиоАстрона» в том, что вместе с международной сетью наземных телескопов он образует интерферометр – огромный наземно-космический телескоп, благодаря чему и достигается рекордное угловое разрешение. Такая система позволяет получить снимки далеких объектов во Вселенной в тысячу раз более детальные, чем снимки известного телескопа Хаббл, принадлежащего НАТО.


Научные данные передаются в наземную обсерваторию в режиме реального времени со средней скоростью 128 Мбит/с. За один рабочий день «РадиоАстрон» производит около 100 ГБайт информации, а совместно с наземными телескопами – около 5 Тбайт. И это при том, что большую часть времени телескоп не производит наблюдений. Портал Хабр называет три основные причины такой организации работы радиоинтерфометра:

Поскольку радиоинтерфометр – это несколько совместно и одновременно работающих наземных телескопов плюс орбитальный телескоп, наземные телескопы должны специально выделять время для этих наблюдений, учитывая, что они используются и для других исследовательских программ. Более того, необходимым условием для успешного наблюдения является «правильное» расположение телескопов относительного наблюдаемого объекта: он должен находится в поле видимости не только «РадиоАстрона», но и всех задействованных наземных телескопов. Данные с «РадиоАстрона» на Земле могут принимать только две антенны. Одна из них расположена в России – в Пущинской радиоастрономической обсерватории, Московская область.
угая – радиотелескоп Green Bank Национальной радиоастрономической обсерватории в Западной Вирджинии, США. Для корректной передачи данных одна из этих антенн должна наблюдать «Спектр-Р» на протяжении всего времени его работы. Установленная на спутнике аппаратура не предполагает длительной многочасовой работы. Более того, причиной перегрева устройства может стать не только работа самого спутника, но и Солнце при определенном падении лучей. 

Также одной из «фишек» «РадиоАстрона» является экспериментальный водородный стандарт, самый точный из запущенных в космос на данный момент, – атомные часы. Однако из-за того, что первоначально срок эксплуатации спутника составлял 5 лет, количество водорода для функционирования атомных часов был также рассчитан на этот период времени. Поэтому в 2017 году водород закончился, а работа атомных часов прекратилась.

Важные открытия «РадиоАстрона»

«РадиоАстрон» проводит множество наблюдений, которые используются в большом количестве научных исследований, всего с момента запуска спутника было собрано порядка 5 петабайт (5 квадриллионов Гбайт) информации. Как наиболее важные и значимые открытия, сделанные благодаря «РадиоАстрону», Александр Плавин, научный сотрудник лаборатории внегалактической радиоастрономии Астрокосмического центра ФИАН выделил следующие:


Открытие нового эффекта рассеивания излучения в межзвездной среде, названное «субструктурой рассеяния». Из-за этого эффекта при ожидаемом «размытии» получаемого с телескопа изображения на нем также можно наблюдать и более мелкие детали. Благодаря этому открытию, ученым удалось обнаружить пульсары (маленькие нейтронные звезды около 20 км в диаметре, образовавшиеся в результате взрыва сверхновых звезд; их также называют мертвыми звездами), а также скорректировать работу других телескопов с учетом новых погрешностей. Детектирование крайне высокой яркости в квазарах. Новые данные опровергли отдельные положения существующих вокруг квазаров теорий и дополнили понимание учеными этих космических объектов. Впервые удалось исследовать внутреннюю структуру выбросов из активных галактик в полевых дисках нашей галактики, Млечного пути. Эти выбросы называют «мазерами» от английского «microwave laser». 

Чем грозит потеря управления «РадиоАстрона»?

В 2016 году «РадиоАстрон» завершил свою основную миссию, длившуюся 5 лет, и приступил к выполнению расширенной. Однако если восстановить связь со «Спектром-Р» все-таки не удастся,  программу придется прекратить, об этом сообщают РИА «Новости» со ссылкой на руководителя научной программы проекта, члена-корреспондента Российской академии наук Юрия Ковалева. «У нас не бывает ситуации, когда спутник постоянно куда-то смотрит и наблюдает. Соответственно, если спутником управлять будет нельзя, это означает завершение научной программы проекта «РадиоАстрон», – сказал он.


Источник: aif.ru

13 июля с космодрома Байконур стартовала ракета-носитель «Протон-М» с космической обсерваторией «Спектр-РГ». Эту миссию готовили с конца 1980-х годов — ученые надеются, что аппарат поможет лучше понять законы Вселенной. «Медуза» попросила астрофизика, ведущего научного сотрудника Государственного астрономического института МГУ Сергея Попова рассказать о том, почему «Спектр-РГ» так важен для мировой науки.

— «Спектр-РГ» — это орбитальная обсерватория. Зачем такие обсерватории нужны?

— Главное, для чего нужна орбитальная обсерватория, — наблюдения в диапазонах спектра, в которых земная атмосфера все полностью поглощает. «Спектр-РГ» работает с рентгеновским диапазоном, а рентгеновские лучи с поверхности Земли наблюдать просто невозможно. Поэтому до 1960-х годов, когда в космос начали отправлять первые рентгеновские детекторы, не было никаких данных об излучении астрономических объектов в рентгеновских диапазонах.


— Почему важно работать именно в рентгеновском диапазоне?

— Моя любимая аналогия: вы приходите к врачу, который вам говорит сделать рентген. Вы говорите, что только что сделали УЗИ, зачем еще и рентген? Но дело в том, что рентген показывает другое.

Допустим, вы просто посмотрели вокруг. В видимом диапазоне вы увидите только то, что видите. Если посмотрите радиодиапазон, то увидите точки вайфая в соседних комнатах, радиостанции и так далее. А в инфракрасном диапазоне обнаружите, что в офисе живет крыса, которую никто никогда не видел. Вы получите принципиально новую информацию. Сделаете важное открытие.

Так и в космосе. Если мы хотим изучать, как формируются звезды и планеты, — нужно наблюдать в инфракрасном диапазоне, так как они еще не разогрелись. Изучаем обычные звезды — используем в первую очередь обычный видимый диапазон. А если у нас, например, вещество течет на поверхность нейтронной звезды, то там оно разогревается до гигантской температуры и основную долю энергии излучает в рентгеновском диапазоне. Соответственно, если мы хотим изучать, например, черные дыры в двойных системах, то нам в первую очередь необходим рентгеновский инструмент.

— Указывают, что это первый российский телескоп с оптикой косого падения. Что это значит?

— Рентгеновские лучи плохо отражаются. С похожими ситуациями все мы сталкивались.


смотрите сверху на поверхность воды — и увидите дно. Затем посмотрите вдоль воды — вы увидите почти идеальное отражение. Мы видим, что в случае косого падения и у поверхности воды отражение лучше. А в случае рентгена вообще возможно только косое падение. Ничего не получится, если вы попробуете отразить рентгеновский луч, просто поставив источник перед зеркалом, — зеркало целиком поглотит его. Поэтому нужно запускать луч под очень косым углом, из-за этого такие телескопы получаются очень необычными — очень длинными. Без зеркал косого падения в рентгеновском диапазоне просто не сделать нормальный снимок.

— История «Спектра-РГ» началась еще в 1980-е. Почему так много времени заняла его разработка?

— Нужно сделать небольшую преамбулу — большая советская космонавтика в большой степени игнорировала астрофизические исследования. Если сравнить количество астрофизических приборов, которые наша страна вывела на орбиту до 1990 года, то мы проигрываем даже Европе, не говоря уже о США.

Но было несколько успешных проектов. Из-за того что они были — в первую очередь спутник «Гранат», — люди хотели большего. Сложились группы, которые умели и делать аппаратуру, и работать с данными. Были хорошие астрофизики, которые могли ставить задачи.

Но проект затягивался. Главная причина — кризис конца 1980-х — начала 1990-х. Как раз на это время пришлось бы ожидаемое время запуска первого варианта «Спектра-РГ». Люди пытались что-то делать, но денег не было. Потом деньги появились, но начались другие сложности. Полностью менялись начинка и оборудование, потому что кто-то входил в коллаборацию [создателей проекта], а кто-то выходил. Ставились новые научные задачи, так как старые оказывались уже решенными. Наконец, несколько лет назад сложился современный дизайн аппарата — его тоже долго согласовывали.


Долго делали рентгеновские телескопы — и [сделанный в Германии и являющийся частью обсерватории «Спектр-РГ»] eROSITA, и российский ART-XC. Были задержки по разработке спутника, на который все это устанавливается. Потом пошел длительный процесс сведения всего вместе. В последние годы один раз даже санкции повлияли — нужно было купить микросхему в Штатах, а они ее не продали. Но в итоге все довели до ума.

В целом если посмотреть на историю, то вообще сложно вспомнить аппарат, который полетел в сроки, которые четко указывали пятью годами ранее. Обычно всегда начинаются сдвиги и переносы.

— Это российско-немецкий проект. Какой вклад в его создание сделали стороны?

— Все очень четко делится. Спутник — российский, запуск — российский. На спутнике два телескопа: основной — немецкий, а сопутствующий, дополнительный, — российский.

— А полученные результаты тоже как-то будут делиться между сторонами?

— Люди всегда хихикают, когда узнают, как все будет происходить.
нные с российского телескопа будут целиком российскими — это понятно. Далее — изначально было решено, что данные с eROSITA будут делиться поровну. Вопрос был в том, как поделить поровну? Дело в том, что первые четыре года спутник делает обзор неба — крутится и сканирует все небо. Делает это восемь раз за четыре года, то есть один скан в полгода. Поэтому делить можно было по-разному. В итоге решили, что оптимальный вариант — поделить небо пополам. Есть российская половина неба, есть — немецкая. Всегда очень смешно видеть карту неба, где на одной половине немецкий флаг, а на второй — российский. Соответственно, данные за все четыре года по одной стороне будут принадлежать российской стороне, по второй — немецкой. Дальше они уже будут сами решать, с кем этими данными делиться.

Весь последний год идет разговор о том, как будут обмениваться данными российская и немецкая сторона, потому что есть небольшие источники, которые попадают на границу. Например, часть объекта может лежать на немецкой стороне, а часть — на российской. Соответственно, люди создают совместные группы и детализируют процесс обмена данными. К этому подходят очень серьезно. В открытый доступ эти данные быстро попадать не будут.

— А российский телескоп захватывает все небо?

— В конечном счете да.


— Тогда зачем на спутнике два телескопа?

— Они совершенно разные. Они работают в разных диапазонах, там разные приборы, и видят они все по-разному.

Опять же представьте, что вы сделали человеку одновременно МРТ и УЗИ. Данные по УЗИ целиком — ваши, данные по МРТ выше пояса тоже отдали вам, а данные ниже пояса — другому врачу. Вот и телескопы не дублируют друг друга. Никто не стал бы тратить большие деньги ради дубля.

— Это первый подобный российский проект?

— Если говорить о рентгеновском, то да. Но в нашей истории был один космический астрофизический проект, который известен по названию «Радиоастрон». На самом деле название спутника — «Спектр-Р». Это был первый запуск в рамках программы из четырех спутников с названием «Спектр», работающих в разных диапазонах. «Спектр-Р» — первый спутник, где работали с радиодиапазоном, «Спектр-Рентген-Гамма» («Спектр-РГ») — второй, «Спектр-Ультрафиолет» — по плану третий, и он тоже безумно долго делается. Есть очень отдаленные планы делать и четвертый «Спектр» для работы в миллиметровом инфракрасном диапазоне.

Ясно, что обзоры неба в рентгеновском диапазоне в мире раньше делались. Но в космической астрофизике для серьезных проектов есть жесткое требование: каждый следующий должен быть в десять раз лучше предыдущего по всем параметрам. Поэтому ситуация примерно следующая: двадцать лет назад вы купили ноутбук, а сейчас купили еще один. Новый ноутбук чем-то лучше? Он лучше всем, хотя стоит столько же.

— Как дела с подобными проектами в других странах? Этот проект важен для мировой науки?

— Да, это обсерватория мирового уровня. В своем классе она выполняет вот это требование — быть в десять раз лучше предыдущего в мире. Был немецкий спутник, который делал обзор неба в 1990-е годы, и с тех пор ничего подобного не было.

— Что в США с подобными проектами?

— Они не запускали рентгеновские обзорные миссии много лет. Они развиваются немного по-другому — как какая-нибудь страна может не делать трамваи, но при этом производить скоростные поезда. Американцы запускают много рентгеновских аппаратов разных типов, но они не делают рентгеновские обзоры неба.

— Когда телескопы сделают свою работу, что эти снимки дадут ученым?

— Основная задача — это обзор неба, соответственно, телескоп увидит все, что есть на небе. Это огромное количество самых разных источников [излучения], поэтому потенциально есть огромное количество задач, которые можно решать. По сути, данные будут получены по всем классам астрономических объектов, которые только существуют.

Но есть приоритетные задачи. Для eROSITA это наблюдение скоплений галактик в рентгеновском диапазоне. Скопления галактик — это самые большие структуры во Вселенной. И наблюдая их на разных расстояниях, мы видим их в разные эпохи жизни Вселенной. Скопление галактик хорошо отражает [процесс] формирования крупномасштабной структуры, а это, в свою очередь, один из столпов современной космологии.

Чуть-чуть утрируя — eROSITA сможет увидеть все скопления галактик до края Вселенной. Какое-то фантастическое число, около 100 тысяч [скоплений] галактик. Для сравнения: хорошо изучено сейчас около тысячи. Так что как минимум это важно для уточнения космологических параметров, а потенциально и для решения космологических задач. Для понимания нашей Вселенной в целом.

— Что помимо скопления галактик будет изучаться?

— Много всего. Сложно выстроить все в порядке значимости, но, например, это активные ядра галактик. Те самые сверхмассивные черные дыры в центрах галактик — по ним будет собрана очень большая база новых данных.

Уже традиционно все рентгеновские аппараты исследуют двойные системы с нейтронными звездами и черными дырами. Здесь тоже можно ожидать много интересных результатов.

У меня есть главный личный запрос к eROSITA, а может быть, и ко второму телескопу — открыть одиночные аккрецирующие нейтронные звезды, которых в нашей Галактике должно быть примерно миллиард. Они летают в межзвездной среде и могут эту среду притягивать.

[Рентген] это единственный способ увидеть и наблюдать такую нейтронную звезду. Это было понято еще в 1970 году, и было бы красиво к 50-летию впервые увидеть старые одиночные нейтронные звезды. Это очень важно для понимания того, как они живут и эволюционируют. Пока мы изучаем в основном молодые нейтронные звезды. Или старые, но в двойных системах, а у них немного по-другому устроена жизнь.

— Почему это важно?

— Нам интересна эволюция. Представьте, вы — инопланетянин, который прилетел на Землю и смотрит на маленького ребенка. Вы понятия не имеете, что с ним дальше происходит. Вы не поймете, что ребенок потом может выучить общую теорию относительности, а, например, щенок, который тоже не говорит и куда-то карабкается, — нет. Априори это понять довольно трудно, если вы инопланетянин и прилетели на пять минут. Узнать это можно, только увидев объекты предельного возраста. Про нейтронные звезды мы не знаем, как они эволюционируют, — это довольно большой кусок физики и астрофизики.

— Точно не известно, что мы получим от «Спектра-РГ»?

— Ну да. По-хорошему, выводы можно будет делать после окончания обзоров. Где-то через год будут первые данные, потом, как всегда, люди будут учиться работать с ними. Оптимистично я бы сказал, что через пару лет что-то начнет появляться, а лет через пять люди потихонечку начнут давать полные данные.

— Теоретически мы можем получить какие-то прорывные результаты?

— Если говорить без преувеличений, которые так любят СМИ, то предсказать такое в принципе невозможно. Если результат гарантирован и предсказуем, как с гравитационными волнами, то он заведомо не будет прорывом, потому что это плановая вещь. Интересные открытия всегда неожиданны. В этом и смысл делать приборы в десять раз лучше. Всегда есть большая вероятность увидеть то, что никогда не видели. То есть ответ на вопрос: может быть, а может быть, и нет.

— У нас есть пример, предшественник «Спектра-РГ» — «Спектр-Р», который запускали в 2011 году. Мы получили что-то важное от него?

— Трудно ранжировать результаты, но я бы выделил получение очень детальных изображений ярких астрономических радиоисточников. Ученые смогли рассмотреть важные детали в струях [плазмы], которые бьют из центров активных галактик, выбрасываются из окрестностей сверхмассивных черных дыр. Для понимания того, как работают активные ядра галактики, это очень важно. С Земли такой результат принципиально нельзя получить.

Я бы не сказал, что это был совсем тестовый проект, но никто и никогда до этого не делал такой проект такого масштаба. Скажем так — это пионерский проект, в котором было много вещей, которые нужно было попробовать. Проект оправдал ожидания с этой точки зрения, плюс дал много хороших научных результатов. Но каких-то прорывных не было, на мой взгляд. Но этого и не планировалось.

— Запуск «Спектра-РГ» будет полезен только с точки зрения науки? Не будет какого-то прикладного применения?

— О практическом применении чего-либо часто спрашивают неправильно. Например, учительница физкультуры говорит детям присесть 50 раз, а о они спрашивают, где это во взрослой жизни может понадобиться присесть 50 раз. Ответ: нигде и никогда не понадобится, это было бы странно. Но в приседаниях есть большой толк. Потом от кого-то можно убежать, можно кому-то двинуть ногой, и вообще поясница просто не будет болеть.

С научными исследованиями часто так же. Напрямую действие не нужно, но то, с чем оно связано, полезно. В случае рентгена есть несколько примеров. Рентгеновские сканеры, с которыми мы сталкиваемся в аэропорту или на вокзале, в 1960-х разработала фирма, которая фактически была создана для работы над первыми рентгеновскими детекторами для астрофизических исследований.

В целом длительное развитие рентгеновской астрономии привело к тому, что сейчас уже не на чертежах, а в железе существуют перспективные системы навигации спутников в Солнечной системе — они именно рентгеновские. То есть следующее поколение межпланетных станций будет бороздить просторы Солнечной системы, ориентируясь по рентгеновским источникам — используя маленькие рентгеновские телескопы на борту и все наработки, созданные в рамках исследований.

И это гораздо лучше, потому что спутник сможет определять не только свое положение, но и скорость без связи с Землей. Это очень важно. Станции будут полностью автономные и не будут тратить ресурсы на связь с Землей.

— Люди со стороны часто скептически относятся к российским космическим инициативам — ругают и критикуют тот же «Роскосмос». «Спектр-РГ» — это проект, которым можно гордиться?

— Я уже перестал видеть людей, которые ругают сами космические инициативы. Это было модно в перестроечные годы — я помню плакат, где колбаса улетает в космос, в конце 1980-х. Но вроде бы с тех пор люди поняли пользу исследований.

«Роскосмос» — принципиально другое. Аналогично — мы ругаем выборы или именно российские выборы? Мы ругаем систему законности или российскую систему законности? Это принципиально разные вещи.

Думаю, этим проектом можно гордиться, и он далеко не единственный такой у нас. Поэтому мне кажется, что сейчас в целом люди понимают: космическими исследованиями надо заниматься. Другое дело, что не надо деньги воровать, а надо дело делать. Если с этим все хорошо, то люди вроде бы понимают, что космос скорее полезен, чем вреден.

Источник: meduza.io

Время в полёте:


20.01.2020 Одна шестая часть неба от «Спектр-РГ»

16.07.2019 Наблюдение «Спектра-РГ» с Земли

26.02.2020 Новые результаты к февралю 2020 года

22.07.2019 Наблюдения космического аппарата «Спектр-РГ»

26.02.2020 «Спектр-РГ» регистрирует взрывы звезд в далеких галактиках

23.07.2019 Проведена плановая коррекция орбиты «Спектр-РГ»

28.02.2020 Туманность Андромеды глазами «Спектр-РГ»

25.07.2019 «Спектр-РГ» открывает «глаза»

05.03.2020 Составлена треть рентгеновской карты неба

25.07.2019 Первые научные данные с телескопа ART-XC

11.03.2020 Три месяца обзора неба российским телескопом ART-XC

31.07.2019 Получены первые изображения с телескопа ART-XC

01.04.2020 Рентгеновская карта половины неба от «Спектр-РГ»

05.08.2019 «Первый свет» ART-XC: «телескоп работает так, как мы ожидали»

03.04.2020 Телескоп ART-XC осмотрел полнеба

07.08.2019 Вторая коррекция траектории перелета «Спектр-РГ»

05.04.2020 ART-XC увидел пробуждение черной дыры

08.08.2019 Новое изображение от телескопа ART-XC

16.04.2020 Вокруг точки Лагранжа за 177 дней
14.08.2019 ART-XС наблюдает центр Галактики 04.05.2020 ART-XC осмотрел три четверти неба
20.08.2019 Разработки РКС обеспечивают управление обсерваторией «Спектр-РГ» 08.06.2020 ART-XC исследует возможности космической навигации по пульсарам
21.08.2019 «Спектр-РГ»продолжает наблюдать центра Галактики 11.06.2020 Телескоп ART-XC осмотрел всё небо
30.08.2019 Телескоп ART-XC продолжает наблюдения центра Галактики 11.06.2020 Рентгеновские источники первого обзора на карте неба
02.09.2019 Первое изображение с телескопа eROSITA 12.06.2020 Рентгеновская карта неба от eROSITA
10.09.2019 eROSITA получил изображение участка внегалактического неба 19.06.2020 Млечный Путь на рентгеновской карте неба
11.09.2019 ART-XC открыл рентгеновский источник 25.06.2020 ART-XC построил карту скопления галактик в Волосах Вероники
27.09.2019 Мышка в центре Галактики 28.06.2020 Ярчайшие из известных источников на рентгеновском небе
04.10.2019 Первый «учебный» месяц ART-XC 13.07.2020 eROSITA исследует сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной
21.10.2019 «Спектр-РГ» завершил этап перелёта в окрестность точки L2 13.07.2020 Результаты первого года работы обсерватории «Спектр-РГ»
24.10.2019 Обсерватория «Спектр-РГ» в точке Лагранжа в полной конфигурации и «первый свет» телескопа eROSITA 14.07.2020 ART-XC — год на орбите
11.12.2019 «Спектр-РГ» начинает сканирование неба 10.12.2020 Спектр-РГ обнаружил крупномасштабные пузыри горячего газа в гало Млечного Пути
25.12.2019 Изображения с телескопов обсерватории «Спектр-РГ» 05.01.2021 Спектр-РГ увидел событие приливного разрушения звезды черной дырой
02.01.2020 Вклад РКС в «Метеор-М» и «Спектр-РГ» 13.01.2021 Миллион рентгеновских источников на «северной» половине неба
15.01.2020 «Спектр-РГ» исследует небесную сферу  
15.01.2020 Спектр-РГ: полгода в космосе  

Обзор всего неба космической обсерваторией «Спектр-РГ» станет новым шагом в рентгеновской астрономии, история которой насчитывает более 55 лет. «Спектр-РГ» — российский проект с германским участием по созданию орбитальной обсерватории в окрестности либрационной точки L2 системы «Солнце — Земля» для исследования Вселенной в рентгеновском диапазоне электромагнитного излучения.

Проект «Спектр-РГ» предполагает создание национальной обсерватории астрофизики высоких энергий, продолжающей последовательность астрофизических спутников «Астрон» и «Гранат», разработанных в НПО Лавочкина. Аппарат строится по модульному принципу, обладает хорошими характеристиками ориентации и стабилизации, что позволяет в течение года наблюдать практически всю небесную сферу.

Проведение астрофизических исследований запланировано в течение 6,5 лет, из которых 4 года — в режиме сканирования звездного неба, а 2,5 года — в режиме точечного наблюдения объектов во Вселенной по заявкам мирового научного сообщества.

 

Ожидаемые результаты:

Обнаружение около ста тысяч массивных скоплений галактик (фактически всех подобных объектов в наблюдаемой части Вселенной), около 3 млн сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик, сотен тысяч звезд с активными коронами и аккрецирующих белых карликов, десятков тысяч звездообразующих галактик и многих других объектов, в том числе неизвестной природы, а также детальное исследование свойств горячей межзвездной и межгалактической плазмы.

 

Российские телескопы в космосе

  • изучение переменности излучения сверхмассивных черных дыр;
  • наблюдение источников со слабой рентгеновской светимостью;
  • исследование гамма-всплесков и их рентгеновских послесвечений;
  • наблюдение вспышек сверхновых звезд с исследованием их эволюции;
  • изучение черных дыр и нейтронных звезд;
  • измерение расстояний и скоростей пульсаров;
  • одновременное наблюдение в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах;
  • исследование диффузных объектов, близких галактик как в рентгеновском, так и ультрафиолетовом диапазонах;
  • локализация жесткого рентгеновского излучения от протяженных объектов;
  • исследование формы спектра активных галактических ядер.

 

Космический аппарат «Спектр-РГ» состоит из базового модуля служебных систем на основе многоцелевого служебного модуля «Навигатор», комплекса научной аппаратуры и адаптера.

Обсерватория включает два уникальных рентгеновских зеркальных телескопа: ART-XC и eROSITA, работающих по принципу рентгеновской оптики косого падения.

 

Основные характеристики:

Масса заправленного аппарата «Спектр-РГ», кг

2712,5

Масса полезной нагрузки, кг

1210

Электрическая мощность, Вт

1805

Частотный диапазон радиолинии

Х-диапазон

Скорость передачи научной информации, Кбит/с

512

Срок активного существования, лет

6,5

Российские телескопы в космосе

Программа полета:

  • 3 месяца после запуска — перелет в окрестность L2, юстировка, калибровка и тестирование телескопов, пробные астрофизические наблюдения;
  • 4 года — проведение обзора всего неба в диапазоне 0,3–11 кэВ;
  • 2,5 года — наблюдения в режиме трехосной стабилизации выбранных источников и участков небесной сферы, в том числе в более жестком энергетическом диапазоне до 30 кэВ.

Российские телескопы в космосе

Гало-орбита вокруг внешней точки Лагранжа L2 системы «Солнце — Земля» — на расстоянии 1,5 млн км от Земли. Период обращения вокруг точки L2 — около 6 месяцев, максимальное удаление от плоскости эклиптики — 400 тыс. км.

Российские телескопы в космосе

 

Точка L2 удобна для проведения обзоров, вращаясь вокруг оси, которая примерно соответствует направлению на Солнце. Аппарат «Спектр-РГ» сможет провести полный обзор небесной сферы за полгода, при этом Солнце не будет попадать в поля зрения. За 4 года ученые смогут получить данные 8 обзоров всего неба. Но при этом предстоит решить сложную задачу — поддерживать аппарат на орбите, проводя корректирующие маневры.

 

Для правильного определения расстояния до наблюдаемых рентгеновских источников и их природы необходимы наблюдения в других диапазонах, прежде всего, в оптическом.

 

Российские телескопы в космосе

 

С российской стороны наземную поддержку наблюдений обеспечивают следующие телескопы и обсерватории:

  • Большой телескоп азимутальный — специальная астрофизическая обсерватория РАН, диаметр главного зеркала — 6 м;
  • Кавказская горная обсерватория — государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ им. М.В. Ломоносова, диаметр главного зеркала — 2,5 м;
  • Российско-турецкий телескоп РТТ-150 — совместное ведение Казанского федерального университета, ИКИ РАН и Турецкой национальной обсерватории ТUG, диаметр главного зеркала — 1,5 м;
  • Телескопы АЗТ-33ИК и АЗТ-33ВМ — саянская обсерватория, Институт солнечно-земной физики СО РАН, диаметр главных зеркал — 1,6 м.

С немецкой стороны:

  • Широкоугольные телескопы в обсерватории Апачи-Пойнт и в обсерватории Лас-Кампанас, работающие по программе Слоановского цифрового обзора всего неба, диаметр — 2,5 м;
  • Телескоп имени Виктора Бланко с камерой DECam — межамериканская обсерватория Серро-Тололо, Чили, диаметр — 4 м;
  • Астрономический обзорный телескоп видимого и инфракрасного спектра — собственность Европейской южной обсерватории, расположен в Паранальской обсерватории, Чили, диаметр — 4,1 м;
  • Телескоп в обсерватории Ла-Силья, с детектором GROND, проводящим съемку одновременно в оптическом и ближнем инфракрасном диапазоне, диаметр — 2,2 м.

Источник: www.roscosmos.ru

Чем занимается обсерватория «Спектр-Рентген-Гамма»?

Благодаря нашему новому космическому аппарату, который мы запустили 13 июля 2019 года при помощи ракеты «Протон-М», у нас появилась масса новых возможностей наблюдать рентгеновское небо. Он состоит из платформы и двух телескопов. Немецкий телескоп eROSITA, научным руководителем которого является ведущий научный сотрудник Института Макса Планка внеземной физики Петер Предель, наблюдает в более мягком рентгеновском диапазоне. Российский телескоп ART-XC, который был произведен в нашем институте и Саровском ядерном центре, предназначен для наблюдения в более жестком рентгеновском диапазоне с максимумом чувствительности около 10 электрон-вольт. Научным руководителем всей миссии является академик Рашид Алиевич Слюняев.

Эти телескопы отличаются от современных рентгеновских телескопов в лучшую сторону тем, что они имеют не только очень хорошую чувствительность, но и огромное поле зрения. Это дает возможность наблюдать большие участки неба и в конце концов — все небо. Это и есть основная задача миссии — сделать обзор всего неба.

Аналогичный обзор всего неба в стандартном рентгеновском диапазоне был выполнен более 20 лет назад телескопом ROSAT — тоже германского производства. Чувствительность нашего обзора в 30, а может быть, даже в 100 раз выше, чем была чувствительность того обзора

На полтора порядка! Это огромный шаг вперед. Это можно сравнить примерно вот с чем: как будто у вас был любительский телескоп небольшого размера 20 см, и вдруг вы получили в свое распоряжение телескоп с диаметром зеркала 1–2 м. Вселенную мы видим гораздо дальше. Мы рассчитываем на то, что это будет качественный шаг вперед.

Основные задачи наших обзоров связаны с наблюдениями объектов на космологических расстояниях с космологическими исследованиями. В основном это скопление галактик, активные ядра и квазары. Мы надеемся узнать, как происходит расширение Вселенной.

«Изучая излучение газа в скоплении галактик, мы получаем новую информацию, которая говорит о том, как эволюционировала Вселенная и развивалась к сегодняшнему состоянию», — отметил Алексей Семихатов.

Зачем нужен рентген в космосе?  

Далеко не все светит в космосе в рентгене. В рентгене светят объекты, в которых вещество находится в предельных состояниях: оно достигает там огромных температур и огромных плотностей. Основные источники рентгеновского излучения, которые наиболее интересны, — это черные дыры, нейтронные звезды, белые карлики, на которые падает вещество. Этот процесс называется «аккреция», он обычно происходит в двойной системе. Объекты вращаются друг вокруг друга, и вещество перетекает на компактный объект: черную дыру или нейтронную звезду. Другими словами, маленький объект пожирает большой. И в этот момент, когда вещество падает уже близко, например, к черной дыре, оно сжимается и разогревается настолько, что основное излучение хорошо видно в рентгеновском диапазоне. Нам интересно изучать вещество в экстремальных состояниях.

Другая важная задача миссии состоит в том, что источники рентгеновского излучения на самом деле мы видим с очень больших расстояний — условно говоря, с края Вселенной. Потому что они очень яркие. Одним из основных источников по количеству рентгеновского излучения являются квазары и активные ядра галактик. Это сверхмассивные черные дыры. Они находятся в центрах галактик, на них падает еще больше вещества, они еще ярче светят, в частности, в рентгеновском диапазоне, и их видно очень далеко — буквально с края Вселенной.

Это интересно тем, что мы можем изучать космологию, то есть Вселенную как целое. Мы можем понять, как она движется, как она расширяется. Понять, что происходит вообще на таких больших расстояниях, которые сравнимы с ее размерами. Мы смотрим назад по времени, потому что фотону требуется большое время, чтобы дойти до нас с такого большого расстояния, и Вселенная там совершенно другая.

Кроме черных дыр, один из важнейших и ярких источников рентгеновского излучения — это скопление галактик. Скопление галактик — это очень интересно: светится газ, который сжат в гравитационном поле скопления. Скопление — это такое облако темной материи, яма в гравитационном потенциале. Если вы помещаете туда газ, вы должны его сильно сжать, а когда вы сжимаете газ, он нагревается. Скопление галактик состоит в основном из темной материи, также оно состоит из обычного вещества.

В нашей галактике газа, конечно, тоже много, но его меньше, чем в скоплении галактик. В небольших галактиках газ во время эволюции не задерживается, а разлетается. А вот скопления галактик настолько велики по своим размерам, что газ из них не выходит. Это словно часть Вселенной, сжатая в небольшой объем. Скопления галактик отличаются от галактик как раз тем, что они более массивные и не выпускают из себя газ. Этот газ имеет высокую температуру из-за того, что он сжат, и именно из-за этой температуры максимум излучения приходится на рентгеновский диапазон. Он очень разреженный — его плотность не достигает и одной частицы на квадратный сантиметр. При этом частицы мечутся очень быстро, как раз со скоростью движения галактик внутри этого скопления, и эта скорость соответствует рентгеновской температуре. Поскольку это плазма и ионы сталкиваются с электронами, происходит излучение в рентгеновском диапазоне.

Как устроена наша Вселенная?

Есть известная картинка, которая показывает, как расширялась Вселенная. С момента, когда рождается реликтовое излучение, фотоны летят по прямой, затем загораются первые звезды, а дальше появляются квазары. Наша Вселенная устроена таким образом, что в ней образуются сначала менее массивные объекты, а только потом более массивные. Таким образом получается, что наиболее массивные скопления галактик образовались в самое последнее время. И чувствительности наших телескопов достаточно, чтобы увидеть все наиболее массивные скопления галактик.

Наша Вселенная вообще похожа на паутинку. И узелочки в этой паутинке — это как раз и есть скопления галактик. Они содержат много материи, и ее-то как раз можно наблюдать. Все остальное наблюдать гораздо сложнее

Сейчас происходит эпоха великих космологических открытий. Самый рассвет. И мы намерены открыть все скопления галактик — это как самые большие острова во Вселенной. Скоплений галактик, которые мы увидим в телескоп, порядка 300 000. Мы намерены открыть самые массивные — их около 10 000. Число зависит от границы массы. Конечно, можно построить и более чувствительный телескоп, но, наблюдая дальше на более высоких расстояниях, мы путешествуем назад по времени, а там скопления галактик еще не образовались.

Обсерватория в точке Лагранжа

Наш космический аппарат уже достиг целевой орбиты в точке либрации Лагранжа L2 — это очень интересная орбита, наши аппараты еще на нее не летали. Это точка, которая находится на линии, соединяющей Солнце и Землю, на расстоянии от нашей планеты примерно в 1,5 млн км. Для ориентации еще можно вспомнить о том, что Луна находится на расстоянии примерно 400 000 км.

Это точка неустойчивого равновесия в системе Солнце — Земля. Если прямо в эту точку поставить какой-нибудь объект, он с нее не сойдет, а будет находится там долго и будет вращаться вместе с Землей. Но точка неустойчивая, поэтому он будет норовить оттуда выпасть. Если немножко подправлять орбиту, можно находиться около этой точки с очень небольшими энергозатратами. Топлива, которое у нас есть, хватит, чтобы удерживать там космический аппарат многие годы — десятилетиями.

Если аппарат находится в этой точке, он все время может находиться в положении, когда солнечная батарея направлена на Солнце, а антенна — на Землю. Поэтому Солнце всегда светит с одной стороны, и это дает прекрасные условия для теплового баланса внутри аппарата. Тепловой баланс — это одна из важнейших задач, которые приходится решать людям, создающим спутники.Российские телескопы в космосеКосмическим телескопам нужна стабильность температуры, и температура должна быть определенная. Радиаторы нашего аппарата направлены от Солнца, и они рассеивают тепло в космическое пространство. Мы можем регулировать тепловой баланс и очень точно поддерживать температуру на наших фотоприемниках.

Это удивительно высокотехнологичная техника, и то, что эти телескопы есть, что они работают и передают данные, — это громадное достижение всей нашей науки и космической промышленности. Раньше была советская космическая программа. И там тоже были замечательные рентгеновские телескопы — они немножко по-другому были устроены. Я помню, например, обсерваторию «Гранат» — это исследования 1990-х годов, а сама она взлетела в самом конце 1980-х. С тех пор рентгеновских телескопов на орбиту мы не запускали. Был недавно на орбите — вы наверняка слышали — радиотелескоп «Радиоастрон», который получил замечательные научные результаты. Все решения этих задач очень сильно продвигают и технологию, и технику, и, в конце концов, всю науку.

На Земле такое оборудование поставить нельзя, так как рентгеновское излучение просто не видно с Земли, оно поглощается атмосферой. Иначе бы это производило действие на человека, а всем известно, что ионизирующее излучение очень опасно. Вообще, с Земли не так уж много видно, если сравнить со всем спектром. Поэтому телескоп лучше всего запускать в космос — это обычное дело.

От обзора неба до устройства Вселенной

Мы начали делать обзор всего неба с декабря 2019 года. Телескоп крутится и каждые сутки сдвигается на шаг шириной примерно в 1°. Таким образом, за полгода мы получаем обзор всего неба. Всего мы собираемся сделать восемь таких обзоров, то есть наблюдать будем четыре года. Это позволит получить гораздо большую чувствительность: мы увидим гораздо больше фотонов, разглядим более слабые объекты, а те, что уже увидели, рассмотрим с высокой точностью.

Что мы прямо сейчас получаем со всего неба? В частности, созвездие Волос Вероники — это ближайшее массивное скопление галактик, поэтому очень яркое. Еще мы получили изображение с области пониженного поглощения в галактике — это так называемая дыра Локмана.

Несмотря на то что наш телескоп, казалось бы, делает какое-то одно наблюдение: обзор всего неба — у него огромное количество задач, и я не взялся бы их все перечислять. Лично я занимаюсь в основном скоплениями галактик, космологией, и мне хотелось бы, чтобы мы продвинулись в понимании нашей Вселенной, уточнили космологические параметры, узнали больше о темной энергии и поняли бы, как устроена наша Вселенная.

Источник: naukatv.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.