Уникальный аппарат возвращает России научное лидерство в космосе

Boris Paleev написал(а) к All в Jul 19 20:57:20 по местному времени:

Нello 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 Новости
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.

Начнём 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. Немногие 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 РАН и РФЯЦ-ВНИИЭФ, 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.

Номинальный 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.

Ну а нашу страну поздравим с успешным возвращением на самый передний край исследований самого дальнего космоса!


Текст: Алексей Анпилогов



Best regards, Boris

--- Ручка шариковая, цена 1.1.5-021027