Исследования в других диапазонах длин волн

Космические телескопы

 

Совершенствованию телескопов, находящихся на поверхности Земли, есть свой предел. Во-первых, мешает земная атмосфера. Даже если небо не закрыто облаками, то малейшее дуновение ветра может приводить к тому, что изображение расплывается. Это становится особенно заметно при увеличении разрешения телескопа. Поэтому бесконечно увеличивать размеры зеркала телескопа нельзя – огромные технические затраты не приведет к новым научным данным. Кроме того, зеркала телескопов размером начиная с нескольких метров начинают искажаться под действием земной силы тяжести. Поэтому нынешние десятиметровые телескопы – это уже предел.

Кроме того, свет (оптическое излучение) – это электромагнитные волны с длиной волны от 380 до 750 нанометров. Однако они составляют лишь незначительную часть всех видов электромагнитных волн, длины которым могут меняться от … (гамма-излучение) до нескольких метров (радиоволны). Однако не все они проходят через земную атмосферу. Помимо света, через атмосферу проходят лишь часть радиоволн и инфракрасных лучей, очень небольшая часть ультрафиолетовых лучей (благодаря чему мы и получаем загар на Солнце). Не проходят часть радиоволн и инфракрасных лучей, большая часть ультрафиолетовых лучей и практически все космические рентгеновские и гамма-лучи. Это хорошо для всего живого на Земле, т.к. земная атмосфера защищает нас от космической радиации. Но это же самое означает, что, оставаясь на поверхности земли, мы можем улавливать только незначительную часть информации от небесных тел.

Шкала электромагнитных излучений

Напрашивается решение – вести астрономические наблюдения из космоса (сначала – на земной орбите, а в перспективе – и , например, на поверхности Луны), где не мешают атмосфера и гравитация. Развитие «космической астрономии» идёт по двум направлениям: во-первых, размещение в космосе «обычных» оптических телескопов большого диаметра, которые позволяют увидеть намного больше, чем аналогичные телескопы на Земле, а, во-вторых, вывод в космос астрономических приборов, позволяющих наблюдать излучение от небесных тел в других длинах волн (радио-, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи).

 

История космических телескопов. Первое упоминание концепции орбитального телескопа встречается в книге Германа Оберта «Ракета в межпланетном пространстве» (нем. Die Rakete zu den Planetenraumen), изданной в 1923 году. Советский писатель-фантаст Александр Беляев описывал космические телескопы будущего в книге «Звезда КЭЦ» (1936 год).

В 1946 году американский астрофизик Лайман Спитцер опубликовал статью «Астрономические преимущества внеземной обсерватории» (англ. Astronomical advantages of an extra-terrestrial observatory). В статье отмечены два главных преимущества такого телескопа. Во-первых, его угловое разрешение будет ограничено лишь дифракцией, а не турбулентными потоками в атмосфере; в то время разрешение наземных телескопов было от 0,5 до 1,0 угловой секунды, тогда как теоретический предел разрешения по дифракции для орбитального телескопа с зеркалом 2,5 метра составляет около 0,1 секунды. Во-вторых, космический телескоп мог бы вести наблюдение в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах, в которых поглощение излучений земной атмосферой весьма значительно.

Спитцер посвятил значительную часть своей научной карьеры продвижению проекта. В 1962 году доклад, опубликованный Национальной академией наук США, рекомендовал включить разработку орбитального телескопа в космическую программу, и в 1965 году Спитцер был назначен главой комитета, в задачу которого входило определение научных задач для крупного космического телескопа.

Космическая астрономия стала развиваться после окончания Второй мировой войны. В 1946 году впервые был получен ультрафиолетовый спектр Солнца. Орбитальный телескоп для исследований Солнца был запущен Великобританией в 1962 году в рамках программы «Ариэль», а в 1966 году НАСА запустило в космос первую орбитальную обсерваторию OAO-1. Миссия не увенчалась успехом из-за отказа аккумуляторов через три дня после старта. В 1968 году была запущена OAO-2, которая производила наблюдения ультрафиолетового излучения звёзд и галактик вплоть до 1972 года, значительно превысив расчётный срок эксплуатации в 1 год.

 

Однако первым триумфальным проектом космическим телескопом, продемонстрировавшим всю силу этого метода, стал американский космический телескоп «Хаббл»

 

Телескоп «Хаббл». В 1968 году американское космическое агентство НАСА утвердило план строительства телескопа-рефлектора с зеркалом диаметром 3 м. Запуск планировался на 1972 год. Программа подчёркивала необходимость регулярных пилотируемых экспедиций для обслуживания телескопа с целью обеспечения продолжительной работы дорогостоящего прибора. Параллельно развивавшаяся программа «Спейс шаттл» давала надежды на получение соответствующих возможностей.

Впоследствии из-за финансовых трудностей и из-за скупости американских конгрессменов и капиталистов, не заинтересованных в «чистой науке», проект значительно переносился, а финансирование сокращалось. Из-за уменьшения финансирования было принято решение уменьшить диаметр зеркала с 3 до 2,4 метра, для снижения затрат и получения более компактной конструкции. Также был отменён проект телескопа с полутораметровым зеркалом, который предполагалось запустить с целью тестирования и отработки систем, и принято решение о кооперации с Европейским космическим агентством (ЕКА).

Первоначально запуск телескопа на орбиту планировался на октябрь 1986 года, но катастрофа «Челленджера» 28 января приостановила программу «Спейс шаттл» на несколько лет, и запуск пришлось отложить.

После возобновления полётов шаттлов в 1988 году запуск был окончательно назначен на 1990 год. Шаттл «Дискавери» STS-31 стартовал 24 апреля 1990 года и на следующий день вывел телескоп на расчётную орбиту. Телескоп был назван в честь основателя галактический астрономии Эдвина Хаббла

Телескоп "Хаббл"

От начала проектирования до запуска было затрачено 2,5 млрд долл. при начальном бюджете в 400 млн.

Уже в первые недели после начала работы полученные изображения продемонстрировали серьёзную проблему в оптической системе телескопа. Хотя качество изображений было лучше, чем у наземных телескопов, «Хаббл» не мог достичь заданной резкости, и разрешение снимков было значительно хуже ожидаемого. Изображения точечных источников имели радиус свыше 1,0 угловой секунды вместо фокусировки в окружность диаметром 0,1 секунды, согласно спецификации. Дефекты и прочие неполадки устранялись в ходе полётов астронавтов к телескопу Хаббла на кораблях «Спейс шаттл». Всего таких полётов было пять:

 

Полёт шаттла «Индевор» STS-61 состоялся 2—13 декабря 1993 года, работы на телескопе продолжались в течение десяти дней. Экспедиция была одной из сложнейших за всю историю, в её рамках были осуществлены пять длительных выходов в открытый космос. 31 января 1994 года НАСА объявило об успехе миссии и продемонстрировало первые снимки значительно лучшего качества.

Второе техобслуживание было произведено 11—21 февраля 1997 года в рамках миссии «Дискавери» STS-82.

Экспедиция 3A («Дискавери» STS-103) состоялась 19—27 декабря 1999 года, после того, как было принято решение о досрочном проведении части работ по программе третьего сервисного обслуживания. Это было вызвано тем, что три из шести гироскопов системы наведения вышли из строя. Четвёртый гироскоп отказал за несколько недель до полёта, сделав телескоп непригодным для наблюдений. Экспедиция заменила все шесть гироскопов, датчик точного наведения и бортовой компьютер. Новый компьютер использовал процессор Intel 80486 в специальном исполнении — с повышенной устойчивостью к радиации. Это позволило производить часть вычислений, выполнявшихся ранее на Земле, при помощи бортового комплекса.

Экспедиция 3B (четвёртая миссия) выполнена 1—12 марта 2002 года, в ходе полёта «Колумбия» STS-109. В ходе экспедиции камера съёмки тусклых объектов была заменена на усовершенствованную обзорную камеру (ACS) и восстановлено функционирование Камеры и спектрометра околоинфракрасного диапазона. Были во второй раз заменены солнечные батареи. Новые панели были на треть меньше по площади, что значительно уменьшило потери на трение в атмосфере, но при этом вырабатывали на 30 % больше энергии, благодаря чему стала возможна одновременная работа со всеми приборами, установленными на борту обсерватории. Также был заменён узел распределения энергии, что потребовало полного выключения электропитания на борту — впервые с момента запуска.

Пятое и последнее техобслуживание (SM4) было произведено 11—24 мая 2009 года, в рамках миссии «Атлантис» STS-125. Ремонт включал замену одного из трёх датчиков точного наведения, всех гироскопов, установку новых аккумуляторов, блока форматирования данных и починку теплоизоляции. Также была восстановлена работоспособность усовершенствованной обзорной камеры и регистрирующего спектрографа и были установлены новые приборы.

 

Достижения телескопа «Хаббл». За 15 лет работы на околоземной орбите «Хаббл» получил 1 млн изображений 22 тыс. небесных объектов — звёзд, туманностей, галактик, планет. Поток данных, которые он ежемесячно генерирует в процессе наблюдений, составляет около 480 ГБ. Общий их объём, накопленный за всё время работы телескопа, составляет примерно 50 терабайт. Более 3900 астрономов получили возможность использовать его для наблюдений, опубликовано около 4000 статей в научных журналах. Установлено, что, в среднем, индекс цитирования астрономических статей, основанных на данных этого телескопа, в два раза выше, чем статей, основанных на других данных. Ежегодно в списке 200 наиболее цитируемых статей не менее 10 % занимают работы, выполненные на основе материалов «Хаббла». Нулевой индекс цитирования имеют около 30 % работ по астрономии в целом и только 2 % работ, выполненных с помощью космического телескопа.

При помощи измерения расстояний до цефеид в Скоплении Девы было уточнено значение постоянной Хаббла. До наблюдений орбитального телескопа погрешность определения постоянной оценивалась в 50 %, наблюдения позволили снизить погрешность до 10 %.

«Хаббл» предоставил высококачественные изображения столкновения кометы Шумейкеров — Леви 9 с Юпитером в 1994 году.

Впервые получены карты поверхности Плутона и Эриды.

Впервые наблюдались ультрафиолетовые полярные сияния на Сатурне, Юпитере и Ганимеде.

Получены дополнительные данные о планетах вне солнечной системы, в том числе спектрометрические.

Одной из наиболее зрелищных фотографий телескопа "Хаббл" стали так называемые "столпы творения" - область звездообразования в туманности М16 в созвезии Ориона. Найдено большое количество протопланетных дисков вокруг звёзд в Туманности Ориона. Доказано, что процесс формирования планет происходит у большинства звёзд нашей Галактики.

"Столпы творения" - область образования новых звёзд в туманности Ориона

Частично подтверждена теория о сверхмассивных чёрных дырах в центрах галактик, на основе наблюдений выдвинута гипотеза, связывающая массу чёрных дыр и свойства галактики.

По результатам наблюдений квазаров получена современная космологическая модель, представляющая собой Вселенную, расширяющуюся с ускорением, заполненную тёмной энергией, и уточнён возраст Вселенной — 13,7 млрд лет.

Обнаружено наличие эквивалентов гамма-всплесков в оптическом диапазоне.

В 1995 году «Хаббл» провёл исследования участка неба (Hubble Deep Field) размером в одну тридцатимиллионную площади неба, содержащего несколько тысяч тусклых галактик. Сравнение этого участка с другим, расположенным в другой части неба (Hubble Deep Field South), подтвердило гипотезу об изотропности Вселенной.

В 2004 году был сфотографирован участок неба (Hubble Ultra Deep Field) с эффективной выдержкой около 106 секунд (11,3 суток), что позволило продолжить изучение отдалённых галактик вплоть до эпохи образования первых звёзд. Впервые были получены изображения протогалактик, первых сгустков материи, которые сформировались менее чем через миллиард лет после Большого взрыва.

В 2013 году, после изучения сделанных телескопом в 2004—2009 годах снимков, был открыт спутник Нептуна S/2004 N 1.

Любой человек или организация может подать заявку на работу с телескопом — не существует ограничений по национальной или академической принадлежности. Конкуренция за время наблюдений очень высока, обычно суммарно запрошенное время в 6—9 раз превышает реально доступное.

В течение первых нескольких лет часть времени из резерва выделялась астрономам-любителям. Их заявки рассматривались комитетом, состоящим также из наиболее видных астрономов-непрофессионалов. Основными требованиями к заявке были оригинальность исследования и несовпадение темы с поданными запросами профессиональных астрономов. В общей сложности, в период между 1990 и 1997 годом было произведено 13 наблюдений по программам, предложенным астрономами-любителями. В дальнейшем, из-за сокращения бюджета института, предоставление времени непрофессионалам было прекращено.

 

Будущие проекты космических телескопов.

Предполагалось, что после ремонтных работ, выполненных четвёртой экспедицией, «Хаббл» проработает на орбите до 2014 года, после чего его сменит космический телескоп «Джеймс Уэбб».

27 декабря 2006 года Европейское космическое агентство запустило специализированный 30-сантиметровый орбитальный космический телескоп, снимающий кривые блеска многих звёзд в момент прохождения перед ними планет. Предполагалось с его помощью обнаружить десятки планет земного типа. К марту 2010 года COROT открыл семь экзопланет и один коричневый карлик.

Рисунки из презентации "Экзопланеты"

7 марта 2009 года был запущен специализированный космический телескоп для поиска экзопланет «Кеплер» с диаметром зеркала 0,95 м, способный одновременно отслеживать 100 тыс. звёзд. Он  обращается вокруг Солнца по орбите радиусом в одну астрономическую единицу. Расчётный срок эксплуатации был определен в 3,5 года. Позднее было объявлено о продлении миссии до 2016 года, однако в мае 2013 года телескоп вышел из строя. За время своей работы «Кеплер» достоверно открыл 132 экзопланеты,  также 2740 космических объектов – кандидатов в экзопланеты.

Рисунки из презентации "Экзопланеты"

19 декабря 2013 года с космодрома Куру во Французской Гвиане, на ракете-носителе «Союз» с разгонным блоком «Фрегат» был запущен европейский космический телескоп Gaia. Он перед ним поставлены несколько задач:

1) Определить местоположение одного миллиарда звезд яркостью вплоть до +20-й звездной величины. Эта яркость в 400 тыс. раз слабее чем способен различить человеческий глаз.

2) Определить спектр и провести фотометрию этих звезд. Таким образом получится установить к какому типу звезд относятся наблюдаемые объекты, и, если повезет, найти возле них экзопланеты.

3) Измерить скорость перемещения звезд и крупных галактических структур в нашей «половине» Галактики.

4) Построить трехмерную карту нашей части Галактики.

Телескоп Gaia

 Телескоп запущен в точку L2 системы Солнце-Земля – туда, где сила притяжения Земли и Солнца компенсируется центробежной силой летящего аппарата.

Предполагается, что за время своего пятилетнего функционирования Gaia произведет 70 полных съемок всего небосвода. Это позволит картографировать расположение звезд, определить расстояние до них, оценить направление и скорость их движения. Подобное будет достигнуто при помощи эффекта параллакса.

Фактически Gaia - это два телескопа, которые смотрят по сторонам под углом 102 градуса, а внутри устроены как перископ. Система зеркал, проецирует свет звезд от двух телескопов на одну фотоматрицу. Этот космический телескоп - самый большой фотоаппарат, за пределами Земли. Его разрешение составляет 938 мегапикселей – почти в 10 раз больше, чем у телескопа «Кеплер». Предполагается, что Gaia сможет найти более 10 тыс. экзопланет, что примерно в три раза больше чем у Kepler.

Разрабатываются и проекты других космических телескопов:

PEGASE — первоначально планировалась на 2010—2012 г.г.

TESS  — одобрен. Запуск в 2017 году.

EChO — идёт теоретическая проработка проекта. В случае одобрения ЕКА запуск ориентировочно в 2022 году.

Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope (ATLAST) — запуск после 2025 года.

Разговоры о создании космического телескопа идут и в России, но пока исключительно на уровне разговоров

 

Инфракрасная астрономия

Инфракрасная астрономия — раздел астрономии и астрофизики, исследующий космические объекты, видимые в инфракрасном (ИК) излучении, под которым. При этом под инфракрасным излучением подразумевают электромагнитные волны с длиной волны от 0,74 до 2000 мкм. Инфракрасное излучение находится в диапазоне между видимым излучением, длина волны которого колеблется от 380 до 750 нанометров, и субмиллиметровым излучением. В инфракрасной (тепловой) области находится максимум излучения слабосветящегося вещества Вселенной — тусклых остывших звёзд, внесолнечных планет и гигантских молекулярных облаков. Инфракрасные лучи поглощаются земной атмосферой и практически не попадают из космоса на поверхность, что делает невозможной их регистрацию наземными телескопами. И наоборот, для инфракрасных лучей прозрачны космические пылевые облака, которые скрывают от нас много интересного, например, галактический центр.

Первой космической обсерваторией для полномасштабного изучения инфракрасного излучения в космос стал европейский телескоп «Гершель». Телескоп с зеркалом диаметром 3,5 метра — самый крупный космический телескоп, работающий в инфракрасном спектре, из когда-либо запущенных (на 2014 год). [Материалом для зеркала послужил карбид кремния — благодаря этому его вес составил лишь 300 кг при толщине 20 см (зеркало из традиционных материалов весило бы 1,5 тонны). Кроме того, физические свойства карбида кремния позволяют контролировать форму зеркала с точностью до 10 мкм. Зеркало «склеено» из 12 элементов. Излучение фокусируется на три прибора с датчиками, имеющими температуру ниже 2 K. Датчики охлаждаются жидким гелием при низком давлении, что позволяет понизить его температуру кипения до 1,4 K (по сравнению с 4,2 K при атмосферном давлении). Время работы спутника на орбите ограничено количеством гелия на его борту (2300 литров).

Телескоп "Гершель" на сборочном заводе

Телескоп предназначен для изучения инфракрасной части излучения от объектов в Солнечной системе, в Млечном пути, а также от внегалактических объектов, находящихся в миллиардах световых лет от Земли (например, новорождённых галактик). Также предполагались исследования по следующим темам:

·         формирование и развитие галактик в ранней вселенной;

·         образование звёзд и их взаимодействие с межзвёздной средой;

·         химический состав атмосфер и поверхности тел Солнечной системы, включая планеты, кометы и спутники планет.

29 апреля 2013 года, во время сеанса связи с «Гершелем» с помощью станции дальней космической связи в западной Австралии, ученые получили данные о том, что запас жидкого гелия, необходимого для охлаждения инфракрасной ПЗС-матрицы (2300 литров), который четыре года медленно испарялся, удерживая температуру камер на уровне 271 градус Цельсия ниже нуля, закончился.

Телескоп "Гершель" в космосе

Специалисты ЕКА рассматривали две возможности: отправить «Гершель» на гелиоцентрическую орбиту, где он не встретится с Землёй ещё несколько сотен лет, или разбить его о лунную поверхность. Последний вариант был бы повторением эксперимента, проведённого с аппаратом LCROSS и разгонным блоком «Центавр», которые специально разбили о лунную поверхность в районе южного полюса. В результате падения поднялся бы шлейф газа и обломков, который позволил бы получить новые данные о составе поверхности Луны в области вечной тени, и в частности, определить наличие там воды и других летучих веществ. В ноябре 2012 года планировалось начать выбирать возможные места для удара, но итоге было выбрано первое решение (перевод на гелиоцентрическую орбиту), как более дешёвое[8

17 июня 2013 года «Гершель» официально завершил свою научную миссию. Инженеры получили информацию о том, что обсерватория исчерпала большую часть своего топлива, и в 16:25 по московскому времени «Гершель» получил свою последнюю команду, после которой был выведен на орбиту вокруг Солнца, на которой он останется навсегда.

У американцев же был инфракрасный телескоп «Спитцер». Запущен НАСА 25 августа 2003 года, выведен на орбиту ракетой-носителем «Дельта-2», на время запуска был крупнейшим в мире космическим инфракрасным телескопом. Уступил этот титул обсерватории «Гершель», запущенной в 2009 году. 15 мая 2009 года на телескопе закончился запас хладагента, что означало завершение основной миссии.

Телескоп "Спитцер"

 

Ультрафиолетовая астрономия

Ультрафиолетовое излучение – это электромагнитные волны с длиной меньше, чем у видимого света, но больше, чем у рентгеновских лучей. Небольшие ультрафиолетовые телескопы «Орион» были установлены ещё на орбитальной станции «Салют-1» (1971 г.). Первым специальным космическикм аппаратом, работающим в этом диапазоне, стал советский аппарат «Астрон», запущенный 23 марта 1983 года. Был создан на базе АМС «Венера» НПО имени С. Лавочкина совместно с Крымской Астрофизической Обсерваторией (КрАО) и участием Марсельской лаборатории из Франции. Проработал 6 лет вместо запланированного года, был на то время крупнейшим космическим ультрафиолетовым телескопом.

 «Астрон» имел на борту 80-см ультрафиолетовый телескоп массой около 400 кг и комплекс рентгеновских спектрометров массой около 300 кг. Высокоапогейная орбита позволяла наблюдать за источниками излучения вне тени Земли и радиационных поясов. УФ-телескоп — двузеркальный. Зеркала сделаны из ситалла, а в конструкции трубы использовался материал инвар, чтобы свести негативное действие перепадов температур к минимуму. Установленный в фокальной плоскости телескопа ультрафиолетовый спектрометр имел три отверстия для измерения излучения трёх типов объектов: ярких звезд (центральное отверстие размером 40 мкм), слабых звёзд и внегалактических объектов (отверстие 0,4 мм), туманностей и галактического фона (отверстие 3 мм).

Были получены спектры свыше сотни звёзд различных типов, около тридцати галактик, десятков туманностей и фоновых областей нашей Галактики, а также нескольких комет. Были получены важные научные результаты в изучении нестационарных явлений (выбросы и поглощение материи, взрывы) в звёздах, явлений ключевых для понимания процесса образования газо-пылевых туманностей.

С помощью КА «Астрон» наблюдались такие явления как кома кометы Галлея с 1985 по 1986 год и вспышка сверхновой в Большом Магеллановом облаке в конце февраля 1987 года; 23 декабря 1983 года с помощью «Астрона» были выполнены наблюдения симбиотической звезды в созвездии Андромеды.

Современный международный проект - «Спектр-УФ» («Всемирная космическая обсерватория» (ВКО-УФ) (англ. World Space Observatory — Ultraviolet WSO-UV)). Обсерватория будет работать на гораздо большем удалении от Земли, чем телескоп «Хаббл» — на геосинхронной орбите с высотой около 35 тысяч километров.

Проект космической обсерватории «Спектр-УФ» был задуман ещё в начале 1990-х годов, а запуск первоначально намечался на 1997 год, однако трудности в финансировании не позволили вовремя реализовать проект. Такая задержка позволила разработчикам за это время внести ряд усовершенствований и существенно облегчить конструкцию телескопа. Запуск обсерватории запланирован на 2016 год.

Аппарат "Спектр-УФ" в цеху НПО им.Лавочкина

Космический аппарат «Спектр-УФ» будет состоять из разработанного в НПО имени С. А. Лавочкина многоцелевого служебного модуля «Навигатор», двигательной установки довыведения и УФ-телескопа Т-170М с диаметром главного зеркала 170 см в качестве полезной нагрузки. Масса нового модуля «Навигатор» почти в 3 раза меньше, чем у планировавшейся ранее универсальной платформы «Спектр». Это обстоятельство, а также некоторые мероприятия по уменьшению массы телескопа и конструкции научных инструментов привели к тому, что стало возможным осуществить запуск научного комплекса на более дешевом носителе среднего класса.

Проект возглавляется Россией, включен в Федеральную космическую программу на 2006—2015 гг. В настоящее время в работе над проектом участвуют Россия, Испания, Германия и Украина. Казахстан и Индия также проявляют интерес к участию в проекте.

Основной инструмент обсерватории — космический телескоп Т-170М с главным зеркалом диаметром 170 см. Телескоп будет оснащен спектрографами высокого и низкого разрешения, спектрографом с длинной щелью, а также камерами для построения высококачественных изображений в УФ и оптическом участках спектра.

 

Рентгеновский и гамма-диапазон. К рентгеновскому излучению относят электромагнитные волны с длиной волны от 5 пикометров[1] до 10 нанометров[2], а к гамма-излучению – с длиной волны менее 5 пикометров. Они не проникают сквозь земную атмосферу, тем не менее способны принести много полезной информации, например, о чёрных дырах, о ядрах галактик и иных экстремальных состояниях космической материи.

Одним из первых космических аппаратов, проводивших астрономические наблюдения в рентгеновском диапазоне, стал американский спутник «Ухуру» (1970 - 1973). Его название переводится с языка суахили как «свобода» - аппарат был запущен с одноимённого космодрома около берегов африканской страны Кении, получившего название в честь незадолго до того обретённого этой страной независимости от колониального ига. Основным режимом работы обсерватории было сканирование неба за счет вращения вокруг своей оси с периодом ~12 минут. В специальных случаях было возможным существенно замедлить вращение спутника — до одного оборота за ~1,4 часа. Именно такой режим был использован исследователями при наблюдениях открытых обсерваторией «Ухуру» рентгеновских пульсаров.

 

 

На советской орбитальной станции «Салют-4» (1974-1975) использовались рентгеновские телескопы «Филин» и РТ-4. Телескоп РТ-4 представлял собой параболическое зеркало диаметром 20 см) и газовый счетчик для мягких рентгеновских лучей. Рентгеновский спектрометр «Филин» представлял собой газовый счетчик общей площадью ~500 кв.см. Рабочий диапазон энергий — 0,2-10 кэВ. Спектрометр «Филин» так же был установлен вне герметичного отсека станции.

В 1978-1981 годах на орбите работала американская автоматическая космическая обсерватория HEAO-2, она же обсерватория имени Эйнштейна (1978 - 1981) — первая в мире орбитальная обсерватория с зеркалами, имеющими возможность фокусировать рентгеновские лучи. Обсерватория несла один рентгеновский телескоп (фокусирующий рентгеновские лучи за счет их отражения на скользящих углах) эффективной площадью около 400 квм на энергии 0.25 кэВ с уменьшением до ~30 кв.см на энергии 4 кэВ.

Последним по времени был европейский рентгеновский аппарат ROSAT (сокращение от нем. Rontgensatellit), названный в честь Вильгельма Рентгена. Запуск состоялся 1 июня 1990 при помощи ракеты Дельта-2 с мыса Канаверал. Обсерватория работала до 12 февраля 1999. Это был совместный астрофизическим проектом Германии, США и Англии.

Основной из планируемых аппаратов - «Спектр-РГ» («Спектр-Рентген-Гамма») — международная орбитальная астрофизическая обсерватория, предназначена для изучения Вселенной в гамма- и рентгеновском жестком диапазоне энергий (0,5—11 килоэлектронвольт, или кэВ). Концепция проекта была сформирована ещё в 1987 году совместно учёными СССР, Финляндии, ГДР, Дании, Италии и Великобритании. Предполагалось, что на обсерватории будет установлен рентгеновский телескоп с оптикой косого падения и большой площадью детекторов. В 1988 году проектирование было поручено научно-производственному объединению имени С. А. Лавочкина под координацией Института космических исследований АН СССР.

Аппарат "Спектр-РГ" в цеху НПО им.Лавочкина

На рубеже 90-х «Спектр-РГ» из-за своего высочайшего научного потенциала вышел на первое место в списке очередности программы «Спектр», хотя изначально был запланирован к запуску последним. Тем не менее, до 1997 года финансирование оставалось на чрезвычайно низком уровне - более 70% средств направлялись на программу «Марс-96». После ее неудачи приоритетным стал «Спектр-РГ». В это время запуск планировался на декабрь 1998 года.

С 1997 года финансирование значительно возросло (82 млн в 1999, 95 млн в 2000, 124 млн в 2001, 136 млн в 2002), но все равно оставалось на уровне 45-50% от общей потребности. Также перемещалась «вправо» и дата запуска (1997 > 1998, 1998 > 2000, 1999 > 2002, 2000 > 2003, 2001 > 2005, 2002 > 2006). В октябре 2001 было заявлено, что для завершения всех работ и запуска нужно еще 1,5 млрд рублей. При существующих темпах финансирования запуск был бы возможен лишь в 2012 году! В 2015 году в качестве даты запуска "Спектра-РГ" назывались 2016 или 2017 год

В 2002 году от данного проекта отпочковался т.н. «легкий вариант» с немецким телескопом «eRosita». В соответствии с Федеральной космической программой запуск КА был запланирован в 2014 году, но из-за технических ошибок в электронике рентгеновского телескопа произойдёт не ранее 2017 года. Основной задачей обсерватории является обзор всего неба в рентгеновском и гамма-диапазоне электромагнитного спектра с чувствительностью, в 40 раз превышающей чувствительность предыдущего обзора, проведённого спутником ROSAT в 90-е годы XX века., поиск скоплений галактик. Полная научная программа займет 7 лет: 4 года — широкий обзор всего неба, 3 года — точечный обзор отдельных галактик.

Кроме этого планируется изучение чёрных дыр, нейтронных звёзд, вспышек сверхновых и галактических ядер.

Предполагается, что в ходе исследования будет открыто более миллиона новых активных ядер галактик и до 100 000 новых скоплений галактик.

 

Другой проект - ГАММА-400 (Гамма-Астрономическая Многофункциональная Модульная Аппаратура) — астрономический спутник, международный проект орбитальной астрофизической обсерватории для исследования высокоэнергетического гамма-излучения в космосе.

Комплекс научной аппаратуры, установленный на космической обсерватории ГАММА-400, предназначен для получения данных, необходимых для изучения природы «тёмной материи» во Вселенной, изучения природы происхождения высокоэнергичных космических лучей, исследования космических гамма-квантов в диапазоне высоких энергий от 100 МэВ до 3 ТэВ, регистрации заряженных частиц космических лучей, а также поиска и изучения гамма-всплесков. В числе направлений исследований - поиск и исследование природы и свойств гипотетических слабовзаимодействующих массивных частиц (вимпов) и других возможных кандидатов на роль «тёмной материи». Космическая гамма-обсерватория Гамма-400 планируется к запуску в 2018—2019 гг. при помощи ракеты-носителя Протон-М и разгонного блока Бриз-М. Космический аппарат будет запущен на высокоэллиптическую орбиту с высотой апогея 300000 км и перигея — 500 км. Период обращения — 7 суток, угол наклонения орбиты- 51,8°. Предположительное время активного существования космического аппарата 7—10 лет.

13 июня 2012 года был запущен американский космический телескоп NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array), исследующий небо в рентгеновском и гамма-диапазонах. Особенно интересно то, что этот спутник был запущен не с космоднома, а с борта самолёта L-1011 'Stargazer'

Фотография Солнца в рентгеновских лучах, сделанная с телескопа NuSTAR

 

Вопросы и задания:

 

1.                  Какие бывают разновидности электромагнитных лучей?

2.                  Почему телескопы, расположенные на поверхности Земли, ограничены в своих возможностях? Как можно решить эти проблемы?

3.                  Какие страны были основными участниками проектов космических телескопов? В каких проектах лидировали СССР/Россия, а в каких – западные страны?

4.                  Диаметр зеркала телескопа «Хаббл» был в несколько раз меньше, чем у крупнейших земных телескопов. Тем не менее с его помощью можно было разглядеть значительно больше деталей на небесных телах. Почему так получилось?

5.                  Что такое «столпы творения»? Почему они так называются? Имеют ли они какое-либо отношение к «творению мира» в религиозном смысле и почему?

6.                  Можно ли установить космический телескоп на Луне? Каковы будут его преимущества и недостатки по сравнению с телескопом, находящимся в открытом космосе?

7.                  Почему в капиталистических странах проекты космических телескопов регулярно сталкиваются с нехваткой финансирования? Какие вы можете предложить способы решения этих проблем?

 



[1] Пикометр – одна трилионная доля метра

[2] Нанометр – одна миллиардная доля метра