«Радиоастрон»: научный штурм Вселенной Текст научной статьи по специальности «Прочие социальные науки»

ОБСЕРВАТОРИЯ

:: * '

Космическая обсерватория «Спектр-Р («Радиоастрон») была запущена в космос в 2011 году и продолжает успешно работать, превысив проектный пятилетний срок активного существования. 18 июля 2017 года станция, от которой ждут революции в астрофизике, отметила свой шестой день рождения в космосе.

Текст: Архип КАЛАШНИКОВ

еленнои

Л; "... .' *

. /•»'л ' ' , . . , . т

ОБСЕРВАТОРИЯ

Юрий КОВАЛЕВ,

старший научный сотрудник Астрокосмического центра ФИАН, руководитель научной программы «Спектр-Р»

Николай КАРДАШЕВ,

руководитель

Астрокосмического центра ФИАН, академик РАН

ТЕЛЕСКОП ИЗ КНИГИ РЕКОРДОВ ГИННЕССА

Уникальный космический астрофизический инструмент был создан российскими специалистами Астрокосмического центра ФИАН и НПО имени С. А. Лавочкина. Только за первый год работы «Спектра-Р» было проведено более 200 часов наблюдений за 29 активными ядрами галактик, девятью пульсарами и шестью источниками мазерных линий, в которых участвовали радиотелескопы России, Австралии, Великобритании, Германии, Индии, Италии, Испании, Нидерландов, Украины, США и Японии.

А началась история «Радиоаст-рона» еще в Советском Союзе. В 1980-е астрофизик Николай Кар-дашев загорелся идеей создать радиотелескоп диаметром в десятки и даже сотни тысяч километров. По замыслу ученых, «Радиоастрон» должен был работать не один, а вместе с наземными антеннами: телескоп на орбите и наземные станции одновременно наблюдают объект в космосе (например, пульсар) и объединяются в один огромный телескоп. Это и называется «космический интерферометр». Чем выше орбита спутника, тем больше диаметр такого воображаемого телескопа. Диаметр «Радиоастрона» около 350 тысяч километров. Это почти как расстояние до Луны.

- Высокое угловое разрешение позволит нам исследовать космические объекты с высочайшим уровнем детализации, который неподвластен никаким другим телескопам любого диапазона электромагнитного спектра, - говорит старший научный сотрудник Астрокосмического центра ФИАН, руководитель научной программы «Спектр-Р» Юрий Ковалев.

И все-таки главное в телескопе -его антенна. «Спектр-Р» имеет параболическую антенну диаметром 10 метров, благодаря которой он попал в Книгу рекордов Гиннесса как самый большой радиотелескоп.

Главной задачей технологов НПО имени С. А. Лавочкина было уместить десятиметровую антенну под головным обтекателем ракеты-носителя. Для этого ее сделали свернутой, состоящей из 27 лепестков, раскрывшихся на орбите подобно зонтику. Работа длилась больше 10 лет. Так долго и так сложно рождались необходимые идеи, каждая из которых теперь запатентована. В основе телескопа - угольная лента толщиной меньше миллиметра. Склеенная в десятки слоев и спеченная при определенных условиях, она превращается в броню, закрывающую каркас из алюминиевых сот.

Детали антенны должны были быть абсолютно одинаковыми. Погрешность - не больше миллиметра. Создание каждого из 27 лепестков-близнецов «Радиоастрона» отмечалось, как рождение ребенка.

РОССИЙСКИЙ РАДИОТЕЛЕСКОП ЗАГЛЯНЕТ ЕЩЕ ДАЛЬШЕ, ЧЕМ ЗНАМЕНИТЫЙ АМЕРИКАНСКИЙ оптический телескоп «ХАББЛ» - ПОЧТИ ЗА КРАЙ ВСЕЛЕННОЙ. ОСНОВНОЕ ОТЛИЧИЕ «РАДИОАСТРОНА» ОТ «ХАББЛА» В ТОМ, ЧТО ТЕ ОБЪЕКТЫ, КОТОРЫЕ «ХАББЛ» ВИДИТ КАК ТОЧКУ, ДЛЯ РАДИОАСТРОНА - ОЧЕНЬ ПРОТЯЖЕННЫЕ ОБЪЕКТЫ, И ИССЛЕДОВАТЬ ИХ МОЖНО БУДЕТ ГОРАЗДО БОЛЕЕ ДЕТАЛЬНО.

, 'л''За два дня до ■маленького1 праздника - шестилетия: ■7

работы спутника в космосе, утром 16 июля специалисты /НПО имени С.А. Лавочкина провели уникальную опера- ' -г'-цию' по «спасению» «Спектра-Р», скорректировав орбиту российского космического телескопа. При сохранении нынешней орбиты в январе 2018 года «Спектр-Р» на шесть с половиной часов вошел бы в тень Земли, из-за чего его солнечные батареи остались бы без электропитания. Ученые рисковали потерять управление спутником.

С помощью двигательной установки аппарату придали скоростной импульс в 1,5 метра в секунду. Это позволит «Спектру» через несколько месяцев сблизиться с Лучной " - основная коррекция орбиты произойдет уже под ■ ■■' - - ." ■ влиянием гравитационного поля спутника Земли. Проведенная операция оставила «Спектр-Р» на рабочей орбите, а его научная программа продлена минимум до 2019 года.

ОБСЕРВАТОРИЯ

6

лет российской космической обсерватории «спектр-р»

Космический аппарат «Спектр-Р» запущен 18 июля 2011 года

НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ:

- получение изображения центра галактики BL Lacertae с экстремальным угловым разрешением в 20 микросекунд дуги;

- обнаружение ударных волн и спирального — магнитного поля в основании джета галактики;

- открытие экстремальной яркости ядра квазара 3С273 в созвездии Девы. Квазар имеет температуру от 10 до 40 триллионов градусов,

что примерно в 10 раз выше значений, которые допускает теория;

- высокое разрешение «Радиоастрона» позволило ученым с помощью квазара

3С273 получить «рентгеновский снимок» — нашей Галактики. В изображении квазара удалось разглядеть неоднородности - яркие пятнышки, которые появились при прохождении излучения сквозь межзвездную среду Млечного Пути.

350

1 ТЫС. КМ высота апогея орбиты космического аппарата

10

М диаметр

зеркальной антенны телескопа

27

раскрывающихся лепестков

3 М диаметр центрального зеркала

щ

сигнал

Солнечные батареи

Антенна ВИРК

Передает данные на Землю Служебный модуль

«Навигатор»

Источник радиоизлучения

ЛУНА:

^[Г[/г: ' расстояние до Земли 384,4 тыс. км

Т[ГГп, период обращения 27 дней

ЯЬ //'ТЯ

! / тшшвшжш

\ \ А\ ( ((¿шшШк:

\ \ \ \\ \ V \ ( ' {Щ1г/шШ///м/////

\ \ V. %..................аесногв^

'«ИЩ веского

ч ч V . V'.1 4 ............иг>с^це - ,г

\ \ ^

Период обращения , 8 дней 7 часов

ш

^ Г. I ■■■ Г

/ I

I

/■

МОСКВА

Центр обработки данных (АКЦ ФИАН)

- СТАНЦИИ УПРАВЛЕНИЯ:-

ПУЩИНО, МОСКВА УССУРИЙСК

МЕДВЕЖЬИ ОЗЕРА Центр управления Наземные Станция слежения спутником ради°телеск°пы

Корреляторы обрабатывают Получает с борта данные наземных и косми- научные данные ческого телескопов. Строится изображение космического объекта

' т%о

• I -чо-, 1

»оу; /

Ядра галактик

Облака межзвездной

НПО имени С. А. Лавочкина

ЧТО ИЗУЧАЕТ:

с космической обсерваторией

Нейтронные звезды

Гравитационное Черные дыры поле Земли

ГРИН-БЭНК

Наземные радиотелескопы

Работают вместе Работают вместе

с коcмической обсерваторией

И многие другие объекты во Вселенной

плазмы

Борис ШУСТОВ,

член-корреспондент РАН, научный руководитель Института астрономии РАН

пп

ЛУЧШЕ, ЧЕМ «ХАББЛ»

Научные задачи «Радиоаст-рона» - самые глобальные и амбициозные. С его помощью ученые надеются проникнуть в тайны, над которыми бились предыдущие поколения астрофизиков -разгадать загадки пульсаров и квазаров, найти границы Вселенной или узнать, что их не существует, пересчитать галактики, наконец, приблизиться к пониманию природы черных дыр.

- Впервые появилась возможность получить детальное изображение, увидеть глубоко детально те объекты, которые до сих пор мы видели просто как объекты, излучающие радиосигнал, и никакой формы, никаких представлений о том, что происходит в их центральных областях, мы не имеем, - поясняет руководитель Астрокосмического центра ФИАН академик РАН Николай Кардашев.

- Мы впервые получили возможность исследовать область, где формируются одни из самых энергичных, мощных космических объектов, понять, каким образом происходит это формирование. Подойти очень близко к сверхмассивным черным дырам, объектам, масса которых настолько велика,

СРЕДИ ДРУГИХ ИНТЕРЕСНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ НАУЧНОЙ ПРОГРАММЫ - ПРОВЕРКА ПРЕДСКАЗАНИЙ ЭЙНШТЕЙНА И ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ, А ТАКЖЕ ИЗУЧЕНИЕ ЭФФЕКТА ГРАВИТАЦИОННОГО ЗАМЕДЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ. ДЕЛО В ТОМ, ЧТО В КОСМОСЕ И НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ ВРЕМЯ ТЕЧЕТ ПО-РАЗНОМУ. ДАННЫЕ О ПРИРОДЕ ВРЕМЕНИ ВАЖНЫ НЕ ТОЛЬКО ДЛЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ НАУКИ, НО И ДЛЯ ТОЧНОЙ РАБОТЫ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ.

что даже свет оттуда не может выйти. Многие до сих пор считают их загадочными, не верят... - продолжает Юрий Ковалев.

Российский радиотелескоп заглянет еще дальше, чем знаменитый американский оптический телескоп «Хаббл», - почти за край Вселенной.

- Основное отличие «Радиоаст-рона» от «Хаббла» в том, что те объекты, которые «Хаббл» видит как точку, для нас будут очень протяженными объектами, которые мы сможем исследовать гораздо более детально, - объясняет Юрий Ковалев.

Благодаря российской орбитальной обсерватории ученые впервые в истории зафиксировали магнитное поле черной дыры. Именно по магнитному полю можно определить структуру межзвездного вещества. По словам Юрия Ковалева, это информация беспрецедентной важности, потому что она используется нашими теоретиками для того, чтобы понять, как формируются быстрые выбросы горящей плазмы в далеких галактиках.

Среди других интересных направлений научной программы - проверка предсказаний Эйнштейна и общей теории относительности, а также изучение эффекта гравитационного замедления времени. Дело в том, что в космосе и на поверхности Земли время течет по-разному. Данные о природе времени важны не только для фундаментальной науки, но и для точной работы спутниковой навигации.

РЕВОЛЮЦИЯ В АСТРОФИЗИКЕ

Ученые уверены: новые космологические концепции способны произвести настоящую революцию в современной астрофизике. По мнению многих специалистов, в ближайшие 10-15 лет наше понимание Вселенной изменится. К революционным изменениям подвигают астрофизику именно такие миссии, как «Радиоастрон».

Вскоре в помощь «Радиоастро-ну» отправятся другие космиче-

-1 "

Вскоре в помощь «Радиоастрону» отправятся другие космические аппараты серии «Спектр» - «Рентген-гамма», «Миллиметрон» и «Ультрафиолет». Каждый телескоп уникален. Это инженерные воплощения смелых идей астрофизиков. В названиях орбитальных телескопов - их главная функция: видеть и принимать излучение космических тел - каждый в своем диапазоне.

I

«Рентген-гамма»

ш ж

п -я

\

ские аппараты серии «Спектр» -«Рентген-гамма», «Миллиметрон» и «Ультрафиолет». Каждый телескоп уникален. Это инженерные воплощения смелых идей астрофизиков. В названиях орбитальных телескопов - их главная функция: видеть и принимать излучение космических тел - каждый в своем диапазоне. Заглядывать в дальний космос необходимо и для того, чтобы лучше понять самих себя. Оказывается, люди во многом похожи на звезды.

- Астрофизика дала понимание, что все мы с вами - дети Галактики, или, лучше сказать, дети звезд. Все тяжелые химические элементы (тяжелее гелия и водорода), из которых мы с вами состоим, - тот же самый кислород, кальций и так далее - все это рождено в звездах, - рассказывает член-корреспондент РАН научный руководитель Института астрономии РАН Борис Шустов.

Диаметр главного зеркала «Спек-тра-УФ» - 1700 миллиметров. Это позволит собрать большой световой поток даже от очень слабых звездных величин. Астрофизики считают, что в ультрафиолетовом диапазоне сосредоточена самая богатая информация о Вселенной. Только так можно увидеть все ее краски.

- Мы говорим о диапазоне, который вообще не наблюдаем с Земли: от 300-320 нанометров и до 91 нанометра, - подчеркивает Борис Шустов.

Сегодня в НПО имени С. А. Лавочкина проходят завершающие испытания еще одной астрофизической обсерватории - «Спектра-РГ». Этот аппарат - международный. В нем два главных телескопа - российский ЛЯТ-ХС, созданный в ядерном центре в Сарове, и немецкий еЯОБГТЛ, предназначенный для исследования Вселенной в рентгеновском излучении. Телескопы буквально просканируют весь небосвод, посчитают галактики и даже заглянут в прошлое. Запуск «Рентген-гаммы» запланирован на март будущего года.

«Спектр-РГ» будет работать на удаленности от Земли в полтора миллиона километров, в точке Лагран-жа между Землей и Солнцем. Там наблюдениям не помешают атмо-

сфера и радиационные пояса Земли. Все это позволит аппарату работать непрерывно семь лет.

Обсерватория «Спектр-М» («Мил-лиметрон») будет наблюдать за чрезвычайно холодными космическими объектами, которые находятся от нас в миллиардах световых лет. Чтобы работать в космосе с таким излучением, используются новейшие технологии.

«Миллиметрон» - криогенный телескоп. Для работы ему необходимы самые низкие температуры, а поверхность лепестков, из которых будет состоять главное зеркало для приема излучения, должна быть идеально ровная. Задача «Миллиметрона» сейчас звучит фантастично: подтвердить или опровергнуть гипотезу Мультивсе-ленной.

Для этого необходимо найти специальный объект - так называемую кротовую нору, туннель между мирами.

Существует смелая гипотеза, что кротовые норы находятся внутри черных дыр.

- Для того чтобы сказать, что это действительно черная дыра, нужно изучить окрестности того объекта, который находится в середине и который пока не удается наблюдать даже с «Радиоастрона»: не хватает чувствительности и не тот диапазон. Вокруг имеется непрозрачная оболочка, которая не пропускает радиоволны. А вот на более коротких волнах, субмиллиметровых, вероятно, удастся это найти, -поясняет Николай Кардашев.

У астрофизиков сегодня все больше возможностей для изучения мироздания. Они все ближе к разгадке непонятного и неизвестного. Следующий дерзкий план -создание приборов, которые бы позволили заглянуть еще дальше -за границы Вселенной, до момента Большого взрыва.

И пока космические расстояния исключают возможность межзвездных путешествий, человечеству не обойтись без орбитальных телескопов. Их внимательный взгляд поможет ответить на вечные вопросы: как появилась Земля и человек на Земле.

ART-XC

Ту

Сегодня в Научно-производственном объединении имени С. А. Лавочкина проходят завершающие испытания еще одной астрофизической обсерватории - «Спектра-РГ». Этот аппарат - международный. В нем два главных телескопа - российский ART-ХС, созданный в ядерном центре в Сарове, и немецкий eROSITA, предназначенный для исследования Вселенной в рентгеновском излучении. Телескопы буквально просканируют весь небосвод, посчитают галактики и даже заглянут в прошлое. Запуск «Рентген-гаммы» запланирован на март будущего года.