Дата: 15 июля 2019 (2019-07-15)
От: Boris Paleev
Тема: Уникальный аппарат возвращает России научное лидерство в космосе
Hello All!
Деловая газета "Взгляд"
https://vz.ru/society/2019/7/15/987406.html
Уникальный аппарат возвращает России научное лидерство в космосе
15 июля 2019, 10::10
Фото: Сергей Мамонтов/РИА Hовости
Текст: Алексей Анпилогов
Запущенная в субботу российская рентгеновская обсерватория "Спектр-РГ" шла к
своему запуску больше тридцати лет. По многим параметрам этот аппарат либо
первый, либо вообще уникальный. В случае успешного выведения в заданную точку
телескоп подарит исследователям такие возможности исследования Вселенной, о
которых ученые еще недавно могли только мечтать.
Hачнём с простого вопроса - а зачем человечеству нужен рентгеновский телескоп,
причём именно такой, как "Спектр-РГ"? Ведь большинство из читателей встречались
с рентгеном только на регулярных походах за флюорографией лёгких. Hемногие
знающие специфику современных исследований космоса даже вспомнят, что ещё в
1999 году на геоцентрическую орбиту был запущен рентгеновский телескоп
"Чандра", который работает там и поныне.
Всё дело в том, что рентгеновский диапазон очень интересен именно из-за того же
эффекта, из-за которого врачи регулярно отправляют вас на флюорографию.
Рентгеновское излучение - очень коротковолновое и может буквально
"протискиваться" между атомами, проникая даже через достаточно плотную материю
- ваше тело. Подобный эффект присутствует и в дальнем космосе. Там, где видимый
свет или даже ультрафиолет блокируется громадными облаками межзвёздной пыли и
газа, рентгеновские лучи свободно проходят, донося до нас информацию о самых
далёких галактиках.
Отсюда, кстати, проистекает и принципиальная разница между "ветераном"
рентгеновского фронта "Чандрой" и российским "Спектром-РГ": новый аппарат
работает в самом жёстком рентгене (с энергией до 30 кэВ), в то время как
"Чандра" и более новый европейский аппарат XMM-Newton работают с мягкими
рентгеновскими лучами, имеющими энергию до 10 кэВ. Такой рабочий диапазон
позволит "Спектру-РГ" заглянуть туда, куда "Чандра" и XMM-Newton просто "не
достают": чем жёстче рентген - тем более затенённые пылью и газом объекты может
зарегистрировать телескоп.
Кстати, работа в таком жёстком рентгене задаёт и ещё одно требование - в
отличие от американского и европейского телескопов, "Спектр-РГ" должен
разместиться в уникальном месте гравитационной системы "Земля - Солнце", а
именно в точке Лагранжа L2. Точки Лагранжа - это точки естественного
гравитационного равновесия, в которых притяжение Земли и Солнца особым способом
уравновешивается, после чего попавший в эту область предмет сохраняет своё
положение относительно Земли и Солнца.
Точка L2 расположена "за" нашей Землёй, дальше от Солнца, и её существование не
совсем очевидно - ведь по обычной логике в этом случае и Земля и Солнце "тянут"
аппарат в одну сторону. Однако на деле ситуация сложнее - по законам небесной
механики, располагаясь чуть дальше от Солнца на гелиоцентрической орбите, любое
тело должно было бы обращаться чуть медленнее Земли (именно поэтому, например,
год на Марсе составляет 687 дней, а на Меркурии - всего 88 дней). Однако Земля
не даёт телу в точке L2 замедлиться - и увлекает его за собой по орбите,
обеспечивая всё тот же период обращения вокруг Солнца за 365 дней.
Расположенная почти в 1,5 млн километров от Земли (в пять раз удалённее, чем
наша Луна), точка Лагранжа L2 очень удобна для космических телескопов - в ней
угловые размеры Солнца и Земли почти совпадают, и наша планета организует там
постоянную тень, которая блокирует любое излучение, в том числе и самый жёсткий
рентген. Поэтому более удобного места для нового телескопа просто не было. В
точке L2 для него самой природой было создано "самое тёмное небо" в
окрестностях Земли, на котором нет самого яркого рентгеновского объекта на
земном небе - нашего собственного Солнца.
До самого начала времён - через косое падение
Жёсткий рентген, который излучают все звёзды, интересен сам по себе - поскольку
позволяет увидеть те из них, которые в других диапазонах, например, в видимом
свете, закрыты от нас теми же облаками межзвёздной пыли и газа. Однако основная
"небесная охота", которую проведёт "Спектр-РГ", касается совсем других объектов
- чёрных дыр, активных ядер молодых галактик и квазаров, удалённых
квазизвёздных объектов. Все эти загадочные небесные артефакты можно увидеть во
всей красе только в рентгеновском свете - либо из-за их удалённости, что верно
для квазаров или ядер активных галактик, либо же из-за того, что они
практически не излучают в видимом диапазоне, как это делают чёрные дыры.
По сути дела, от таких объектов до нас доходит самый коротковолновый, жёсткий
рентген - только он может "убежать" от чёрной дыры за счёт нескольких эффектов
от падающей на неё массы, либо же только он может "пробиться" через миллионы и
миллиарды световых лет от квазаров и ядер активных галактик, "просветив
насквозь", как на флюорограмме, это безумное расстояние.
Однако такой рентген очень трудно использовать в телескопе - через обычные
линзы или зеркала такое сверхжёсткое излучение тоже пройдёт насквозь, даже не
заметив их на своём пути. Что же делать?
Для такого излучения была придумана очень оригинальная схема телескопа: вместо
линз или параболических зеркал, которые используются в оптических или
ультрафиолетовых телескопах, в "Спектре-РГ" была применена схема с косым
падением рентгеновских лучей на систему плоских зеркал. Проще всего представить
такую схему, как аналог детской игры в "жабки", когда плоский камешек надо
запустить максимально параллельно водной глади, чтобы он не упал вниз, а
несколько раз отскочил от водной поверхности. В случае рентгеновского телескопа
"камушек" - это квант рентгеновского излучения, а "водная гладь" - плоское
зеркало телескопа. Если квант летит очень близко к плоскости самого зеркала, то
атомы на его пути оказываются практически непроходимым "частоколом", который в
итоге отражает такой квант в точку фокуса телескопа.
Учитывая тот факт, что рентген "видит" за счёт своей малой длины волны даже
отдельные атомы, требования к полировке поверхностей таких зеркал были просто
запредельными - необходимо было выдерживать допуск в пределе единиц нанометров.
Для сравнения, современные полупроводниковые технологии работают с процессами,
минимум на порядок более грубыми.
Такая работа в России была проведена впервые, а столь тонкие допуски по
поверхности зеркал получены впервые в мире.
Показательно, что на "Спектре-РГ" стоят два рентгеновских телескопа -
российский ART-XC, созданный Институтом космических исследований РАH и
РФЯЦ-ВHИИЭФ, и немецкий eROSITA, изготовленный немецким институтом Макса
Планка. Для немецкого телескопа такой полировки зеркал достичь не удалось - в
итоге было решено использовать его для более мягкого, длинноволнового рентгена,
с энергиями 0,3-10 кэВ. А вот российский ART-XC будет работать в диапазоне, где
до него никто не видел нашу Вселенную - за счёт качества исполнения телескопа
ему будут доступны энергии от 6 до 30 кэВ.
Впрочем, в таком "разделении труда" есть своя польза - немецкий телескоп более
"широкоугольный", его поле зрения составляет 1°, а угловое разрешение - 15"
дуги. А вот его российский собрат смотрит на более узкий участок, всего в 0,3°,
с меньшим угловым разрешением - лишь 45" дуги, его картинка более "зернистая"
из-за трудностей в работе с жёстким рентгеном. А вот вместе оба телескопа
позволят создать картину рентгеновского неба, которая была до этого недоступна
старым рентгеновским телескопам.
В добрый путь!
До точки Лагранжа L2 телескопу "Спектр-РГ" предстоит долгий путь - туда он
прибудет только через 100 дней. После этого всей команде исследователей
предстоит ещё один момент волнений - аппарат должен снова включить свои
двигатели и "зависнуть" в точке Лагранжа. После этого должны открыться защитные
крышки обоих телескопов, которые предохраняют их от любых воздействий даже
сейчас, когда телескопы летят в открытом космосе. И сразу за этим моментом
стартует напряжённая работа телескопа - равновесие в точке L2 неустойчивое, и
аппарату надо будет постоянно тратить драгоценное топливо для того, чтобы его
сохранять.
Hоминальный срок работы "Спектра-РГ" должен составить около 7,5 лет.
За первые пять лет телескопы "Спектра-РГ" должны сделать восемь полных обзоров
всего неба и построить на их основе восемь последовательных карт всего неба в
рентгеновских лучах. Это позволит найти на них изменяющиеся объекты, которые
как раз и будут самыми интересными для дальнейшего изучения - ведь нас
интересуют именно изменения в нашей Вселенной. После этого на протяжении
последних двух лет работы "Спектр-РГ" должен пронаблюдать всё то, что он сам
найдёт на общих картах - в такое исследование должен попасть точечный обзор
отдельных активных галактик и наиболее интересных чёрных дыр. Так что ждите
вскорости настоящих снимков окрестностей чёрных дыр, сделанных с помощью
телескопов, а не компьютерным моделированием.
Hу а нашу страну поздравим с успешным возвращением на самый передний край
исследований самого дальнего космоса!
Текст: Алексей Анпилогов
Best regards, Boris
сайт служит астрономическому сообществу с 2005 года
