Новости

Розмір має значення: чим російський телескоп "Радіоастрон" крутіше Hubble

  1. Принцип роботи
  2. Підготовка та запуск
  3. Наукові досягнення
  4. У гонитві за чорною дірою
  5. У далекій-далекій галактиці або хто такі квазари
  6. Управління апаратом і збір даних
  7. Пущинская радіоастрономічних обсерваторія
  8. Підводний човен
  9. Майбутнє "Радіоастрон"
  10. Як же Hubble?

В останні роки прийнято вважати, що Росія не бере участь у вивченні космосу. Нібито країна обмежилася комерційними запусками ракет і не вносить вклад в фундаментальну науку. У це легко повірити, але це не так. У 2011 році Росія запустила найбільший космічний радіотелескоп в світі - "Радіоастрон". Його знімки в тисячу разів детальніше, ніж у що став об'єктом масової культури космічного телескопа Hubble. Але про Hubble чув кожен, а про "Радіоастрон" лише світове наукове співтовариство. Кореспондент m24.ru вирішив виправити це непорозуміння, розповівши, як наш телескоп намагається розгадати таємниці Всесвіту.

Принцип роботи

"Радіоастрон" - це найбільший телескоп у космосі. Він навіть потрапив до Книги рекордів Гіннесса. Уявіть собі супутникову тарілку діаметром 10 метрів. Вона розміщена на космічному апараті "Спектр-Р". Разом вони літають навколо Землі, то опускаючись до 1000 кілометрів, то віддаляючись до Місяця.

Космічний радіотелескоп спостерігає в діапазоні довжин хвиль від 1 метра до 1 сантиметра в зв'язці з наземними телескопами. Разом вони утворюють єдиний наземно-космічний телескоп "Радіоастрон", так званий інтерферометр, - найбільший вимірювальний інструмент в історії людства. До 40 найбільших телескопів планети одночасно зі "Спектром-Р" націлені на об'єкти Всесвіту. Чим далі він знаходиться від Землі, тим точніше і детальніше спостереження завдяки принципу интерферометрии. Таким чином, у розпорядженні вчених виявився де-факто радіотелескоп розміром Земля - ​​Місяць.

В останні роки прийнято вважати, що Росія не бере участь у вивченні космосу

Фото надано Юрієм Ковальовим

Підготовка та запуск

думка експерта

Я був на першій нараді за проектом "Радіоастрон", на якому ми ознайомилися з його конструкцією. Нас зібрав генеральний директор, доповідали ідею цього телескопа.Тогда я був начальником виробництва. Раніше була традиція, що всі нові проекти обговорювалися при великому зібранні всіх фахівців.

Проблема "Спектра-Р" була в тому, що практично не було фінансування. Проект був зроблений в значній мірі на ентузіазмі. Зазвичай, щоб запустити в космос один апарат, потрібно зробити 4-5 його копій - наземних машин. На них проводять теплові випробування, міцності випробування, радіотехнічні випробування, антенні. Вперше на моїй практиці ми провели всі випробування на одному апараті. І він все пройшов. Але це були роки перебудови.

Щоб запустити в космос такий великий телескоп, застосували нестандартний підхід. 27 пелюсток антени склали як квітка, а потім розкрили в космосі і відновили необхідну поверхню телескопа - це парабаллоід обертання - з точністю до одного міліметра.

Руслан Камаєв

Провідний спеціаліст НВО ім. С.А. Лавочкіна, заслужений машинобудівник Росії


Телескоп запустили в космос 18 липня 2011 року з космодрому Байконур.

Юрій Ковальов - керівник наукової програми "Радіоастрон", член-кореспондент РАН, професор РАН, доктор фізико-математичних наук, завідувач лабораторією Фізичного інституту ім. П.Н. Лебедєва РАН.


- Пане Юрію, як ви ставитеся до потрапляння "Радіоастрон" в Книгу рекордів Гіннесса?

- Звичайно несерйозно, я вас благаю.

Але це, звичайно ж, величезний успіх НВО імені Лавочкіна, яке реалізувало космічний телескоп. Вони великі молодці.

Згідно з інформацією від Роскосмоса, на момент запуску в 2011 році програма "Радіоастрон" коштувала близько 5 мільярдів рублів.


- Тоді розкажіть, що ж досліджує "Радіоастрон".

- Чорні діри, далекі активні ядра галактик, пульсари, області зореутворення, міжзоряне середовище в нашій галактиці. Ще є важливий напрям - гравітаційні вимірювання. Треба розуміти, що ми досліджуємо астрономічні об'єкти в далекому космосі. "Радіоастрон" - не про Сонячну систему. Наприклад, спостерігати їм комети або астероїди - теж саме, що надіти окуляри для далекозорості і уткнутися впритул носом в книгу - ви нічого не розгледить.

Юрій Ковальов, фото: m24.ru/Иван Носатов

- Результати спостережень "Радіоастрон" можуть похитнути основи теоретичної фізики?

- Дивлячись що розуміти під основами. Основи шкільної фізики вони не похитнуть. Поки порушень основних законів природи ми не спостерігаємо. Якщо під основами увазі основи фізики активних галактик або основи фізики міжзоряного середовища, які моєму поколінню викладали в університеті, то без сумніву це вже сталося.

Наукові досягнення

- "Радіоастрон" відкрив новий ефект розсіювання радіохвиль на міжзоряного плазмі. Ми його назвали "Субструктура розсіювання". Відкриття багатообіцяюче. C допомогою цього ефекту ми пробуємо отримати зображення тіні від чорної діри в центрі нашої галактики. Сам ефект розсіювання вдалося відкрити, спостерігаючи за пульсарами.

Пульсар - це нейтронна зірка, яка утворилася в результаті вибуху наднової зірки. Так звана, мертва зірка, яка дуже сильно стиснулася, бо термоядерні реакції там більше не відбуваються. Пульсар дуже маленький - близько 20 кілометрів в діаметрі. Через те, що зірка стиснулася, там дуже великі магнітні поля і з магнітних полюсів вириваються яскраві промені світла.


Пульсари ми спостерігаємо в нашій галактиці. Для нас вони виглядають як розсіяні точки, немов ліхтар в тумані. Тому що радіохвилі розсіюються в міжзоряному плазмі, на міжзоряного пилу. Пророцтва вчених полягали в тому, що на великому наземно-космічному інтерферометрі пульсари ми не побачимо.

Чому? Бо чим більше интерферометр, тим тонші і більш компактні деталі об'єктів ми бачимо. А якщо у вас розмите зображення за типом пульсара, то для "Радіоастрон" його нібито не існує. Він бачить тільки компактні деталі. Реальність виявилася зовсім іншою. З'ясувалося, що існує частка випромінювання пульсара, яку ми можемо побачити при будь-якому розмірі нашого інтерферометра.

Фото надано Юрієм Ковальовим

- Що це означає?

Візуалізувати це можна, якщо на розмите, розсіяне зображення пульсара накидати маленькі цяточки. Уявіть собі тінейджера з прищами. Передбачалося, що пульсар розмитий і там немає ніяких точок, а виявилося, що на цьому зображенні точки є. Чому це важливо і цікаво? Зрозумівши, що це таке і побудувавши теорію нового ефекту розсіювання, ми можемо відновити інформацію про міжзоряне середовище:

  • визначити, де розташовані турбулентні хмари міжзоряного плазми, які розсіюють радіовипромінювання;
  • виявити характерні масштаби турбулентності хмар;
  • визначити щільність електронів в цих хмарах.

Важливість відкриття "субструктури розсіювання", яке зробив "Радіоастрон", пов'язана з тим, що з дуже великою ймовірністю цей ефект буде присутній при спостереженнях будь надмасивної чорної діри, точніше її тіні.

У гонитві за чорною дірою

Чорні діри знаходяться в центрах галактик. Гравітаційне тяжіння в цих областях настільки велике, що покинути чорні діри не можуть навіть об'єкти, які рухаються зі швидкістю світла, в тому числі кванти самого світла. Кордон цієї області називається горизонтом подій. У центрі галактики Чумацький шлях знаходиться чорна діра з масою близько 10 мільйонів мас Сонця. У центрах активних галактик - мільярди мас Сонця.


- Як же ви плануєте спостерігати чорну діру, якщо вона не випромінює світло?

- Вона чорна і побачити її, природно, не можна. Тому вчені займаються наступним. Вони намагаються побачити тінь від чорної діри, яка буде найбільш прямим свідченням, що чорні діри дійсно існують. Передбачається, що ззаду чорної діри є випромінююча область. Ви побачите тінь від чорної діри, а навколо неї такий світлий ореол.

Ви побачите тінь від чорної діри, а навколо неї такий світлий ореол

Фото: m24.ru/Иван Носатов

- У вас є успіхи в пошуках тіні від чорної діри?

- Чорні діри шукають багато, включаючи нас в проекті "Радіоастрон". Рік тому ми провели спостереження за центром нашої галактики. Теоретично там можна побачити тінь від чорної діри. Зображення центру галактики сильно розсіюється.
Ми зараз намагаємося отримати його справжнє зображення, використовуючи обговорювалася вище субструктуру. Подивимося, чи вийде у нас.

- Ви розраховуєте отримати Нобелівську премію за відкриття чорної діри?

- Не знаю, хто отримає Нобелівську премію за відкриття чорної діри, коли побачать її тінь. Та й чи отримає взагалі. Але хто б це не був, це може бути зроблено, тільки при обліку нового ефекту "субструктури розсіювання", який ми відкрили в "Радіоастрон".

У далекій-далекій галактиці або хто такі квазари

Квазари - потужні і далекі ядра активних галактик, одні з найяскравіших астрономічних об'єктів у видимому Всесвіті.


- Ще один важливий напрямок "Радіоастрон" - це дослідження квазарів. Ми вважаємо, що в центрах цих далеких галактик знаходиться дуже важка чорна діра. Навколо неї обертається диск з пилу і газу. Коли на центральну сверхмассивную чорну діру падає речовина, приблизно 1/10 його частина переробляється, прискорюється і викидається чорною дірою назовні у вигляді вузьких джетів (вириваються струмені плазми, - прим. M24.ru).
Ми перевіряли пророкування теорії випромінювання далеких квазарів. Є фізична модель, яка побудована, добре опрацьована, самоузгоджені. Вона чудово пояснювала дані спостережень десятки років.

Квазар 0836 + 710, фото надано Юрієм Ковальовим

Так ось, було пророкування моделі, що ядра цих квазарів не можуть бути яскравіше певної межі. Є тільки один нюанс. Щоб перевірити цю межу, треба було побудувати наземно-космічний інтерферометр. Тому що перевірити іншими способами, наприклад, тільки за допомогою наземних телескопів, неможливо. "Радіоастрон" перевірив це передбачення теорії і виявилося, що воно порушується, як мінімум, в 10 разів.

- І що тепер буде?

- Це чудовий результат. Наука розвивається стрибками саме коли виявляється, що результати нових наукових експериментів суперечать прогнозам теорії.

У нас є кілька пояснень цього ефекту. На жаль, у всіх цих пояснень є труднощі. Ми зараз дуже активно розмірковуємо над тим, як же потрібно поміняти, поправити теорію, що описує випромінювання далеких яскравих джетів в квазарах, щоб пояснити результат "Радіоастрон".

Управління апаратом і збір даних

Для того, щоб управляти космічним радіотелескопом "Радіоастрон" є дві станції управління далекого космічного зв'язку. Одна знаходиться в Підмосков'ї - "Ведмежі озера" з 64-метровою антеною РТ-64. Інша під Уссурійському з радіотелескопом РТ-70 з розміром дзеркала 70 метрів.

Вони використовуються не тільки для управління, а й для вимірювань параметрів орбіти космічного апарату "Спектр-Р", на якому встановлений телескоп. Швидкість, відстань - всі ці дані надходять в інститут прикладної математики, де балістична група з високою точністю відновлює інформацію про орбіті космічного апарату.

Обсерваторія в Грін-Бенк, Фото надано Юрієм Ковальовим

Є дві станції спостереження і збору наукової інформації. Одна в підмосковному Пущино з 22 метровим радіотелескопом РТ-22. Інша - це Грін-Бенк в американському штаті Західна Вірджинія. Там 43-метрова антена, яку Росія орендує у Сполучених Штатів за контрактом.

Коли апарат виходить з видимості Пущинської станції, він переходить в зону відповідальності американської. Правда є ті частини орбіти, які не покриті жодної станцією, ні інший. Це близько 10-15 відсотків часу.

- Як організована передача наукової інформації?

- Наукова інформація з борту апарату передається на Землю безпосередньо під час наукових експериментів. Йдеться про безперебійної передачі даних зі швидкістю 128 мегабіт в секунду з відстані до 350 тисяч кілометрів.
10-метровий космічний радіотелескоп "Радіоастрон" наводиться на об'єкт на небі, одночасно з цим півтораметрова антена на його борту наводиться на станцію спостереження на Землі. І в режимі реального часу наукові дані передаються на Землю.

Ми не можемо записувати дані експерименту на борт і потім передавати їх відкладено. Просто-напросто тому, що даних багато - за сеанс передається більше 50 гігабайт наукової інформації. За п'ять з половиною років проекту у нас вже накопичено понад 2,5 петабайта інформації (2500 терабайт, - прим. M24.ru) з усіх телескопів-учасників наземно-космічного інтерферометра.

Довготривале зберігання "сирих" даних організовано в двох копіях. На жорстких дисках і на магнітних стрічках. Вони зберігаються в спеціалізованих шафах і займають одну кімнату у нас в Астрокосмічного центрі Фізичного інституту імені Лебедєва РАН. Архів прокоррелірованних даних, які використовуються науковими групами для подальшого аналізу, становить кілька терабайт і знаходиться на одному з наших серверів.

Пущинская радіоастрономічних обсерваторія

Тік-так, тік-так, постукують годинник з зозулею на стіні; вони ходять і навіть показує правильний час. Тільки за відкрилась дверцятами зозулі вже немає. У сусідній кімнаті теж є годинник. Правда, вони швидше нагадують великі металеві ящики розміром з музичні колонки на дискотеках. Це одні з найбільш точних годин на Землі, так званий водневий стандарт частоти. Відхиляються на секунду один раз на мільйон років. Вітчизняна розробка.

Ми знаходимося в Пущинської радіоастрономічної обсерваторії в 100 кілометрах на південь від Москви. У будівлі, звідки йде управління одним найстаріших в Росії радіотелескопів - РТ-22. Телескоп розміром з дев'ятиповерховий будинок і 22-метровим дзеркалом, стоїть на платформі яка крутиться навколо своєї осі. Раніше ця платформа стояла на німецькому лінкорі часів другої світової, а на платформі розміщувалася бойова гармата.

"Оператор? Це рутинна робота, технічна", - ніяковіючи говорить молодий співробітник Наташа. Вона працює в обсерваторії шість років, керуючи телескопом РТ-22. Сидить за панеллю керування, а телескоп височіє перед нею прямо за вікном. Коли Наташа вводить в комп'ютер дані, 22-метрове дзеркало телескопа починає повертатися, наводитися на "Радіоастрон".

Коли Наташа вводить в комп'ютер дані, 22-метрове дзеркало телескопа починає повертатися, наводитися на Радіоастрон

Фото: m24.ru/Никита Симонов

"Запуск" Радіоастрон "був для нас таким, що запам'ятовується моментом", - пожвавлюється дівчина. - "Ми тоді все сильно хвилювалися. Стежили за параметрами на приладах, а паралельно у нас був включений телевізор. Там поглядали на старт ракети. Звичайно, ми дуже сильно зраділи, коли все пройшло добре".

"Телескоп працює не тільки за програмою" Радіоастрон ", у нього ще кілька наукових програм", - продовжує вона. - "Але в цілому для операторів великої різниці між ними немає. Закінчується одна наукова програма, ми направляємо телескоп на об'єкти іншої програми за параметрами, які нам надсилають".

У сусідній кімнаті спостерігаю сцену з фільму Матриця. Оператор телескопа Павло сидить перед монітором, на якому миготить незрозумілий набір букв і цифр. Різниця лише в кольорі зображення. Чорні символи на білому тлі - ніякої зелені. Частина цих даних означає параметри, які необхідно задати наземного телескопа РТ-22 для роботи за програмою "Радіоастрон".

"Для мене - це вже не безладний набір символів, а осмислені дані", - посміхається Павло.

Для мене - це вже не безладний набір символів, а осмислені дані, - посміхається Павло

Фото: m24.ru/Никита Симонов

Підводний човен


Телескоп почав рухатися. Застрибую на сходи і лізу нагору, під саме дзеркало. Відчуття ніби опинився в парку атракціонів, виліз на карусель. За 20 хвилин РТ-22 може обернутися навколо своєї осі. На практиці максимальний поворот йде до 180 градусів і назад, інакше можуть перетиснути дроти, по яких надходить інформація передається в будівлю управління. Цього разу платформа телескопа повернулася на кілька метрів.

Я - в серце телескопа - технічної кімнаті прямо під дзеркалом. Виконана у формі циліндра або валика, вузька - немов потрапив на підводний човен. Навколо складні прилади та обладнання з фантастичних фільмів невідомого мені призначення. Жарко ..

"Анатолій Васильович, тут як в лазні", - вигукує Павло.
"Мабуть з попередньої зміни обігрівач забули вимкнути. Так, так і є", - каже сивий чоловік з акуратною борідкою і добрими очима. Це Анатолій Васильович - серйозний вчений, кандидат наук, керівник відділу наземно-космічної радіоінтерферометрії. У Пущинської обсерваторії працює більше 35 років.

Для точності вимірювань апаратурі потрібен певний діапазон температур. Вночі було холодно, ось і включили підігрів. Анатолій Васильович відключив його.

Фото: m24.ru/Никита Симонов

Коли я опинився на оглядовому майданчику РТ-22, навколо було видно леc. Площа обсерваторії - 140 гектарів. Помаранчеве сонце хилилося до заходу і співали птахи.

"Місце для обсерваторії спочатку вибирали, щоб подалі від людей і цивілізації", - говорить Анатолій Васильович. - "За останні роки Пущино, звичайно, розрісся, але ритм життя тут залишився спокійним, неспішним. Для спостережень за космосом - найкраща обстановка".

Майбутнє "Радіоастрон"

- Пане Юрію, скільки часу залишилося "жити" "Радіоастрон"?

- Наш гарантійний срок Закінчився ще в 2014 году. Очікуваній годину життя закінчілося Минулого літа. Альо будь-який супутник працює поки ВІН технічно здатно Виконувати свою задачу и не Припін его фінансування. На сьогоднішній день у Супутник "Спектр-Р" чудова ситуация. C одного боку, він технічно здатний реалізовувати наукову програму майже в повному обсязі. А з іншого боку, триває фінансування цього проекту Роскосмосом.

Рік тому держкомісія продовжила фінансування роботи "Радіоастрон" до кінця 2018 року. Але навіть після того, як супутник завершить спостереження, міжнародні наукові групи ще довго будуть вивчати отримані дані - як це відбувається для будь-якого іншого успішного космічного телескопа.

- На зміну "Радіоастрон" прийде новий проект?

- Так, зараз готується космічний телескоп "Міллімметрон" . У нього теж буде 10-метрове дзеркало. Але, на відміну від "Радіоастрон", він буде працювати не тільки в режимі інтерферометра (в зв'язці з наземними телескопами), але і як високочутливі одиночне дзеркало.


"Мілліметрон" буде працювати на набагато більш коротких довжинах хвиль - міліметрах і субмілліметрах. Якщо у "Радіоастрон" не вийде побачити тінь чорної діри, ми очікуємо, що це зробить "Мілліметрон".

Згідно із затвердженою федеральної космічної програми, мова йде про запуск після 2025 року.

Як же Hubble?

Фотогалерея

Військові Індії під час ракетного випробування знищили космічний супутник, який знаходився на низькій навколоземній орбіті, оголосив в зверненні до нації прем'єр-міністр країни Нарендра Моді. 1 з 9

фото: НА СА

Космічний телескоп Hubble - спільний проект НАСА і Європейського космічного агентства. Був запущений в космос 24 квітня 1990 році з мису Канаверал. Розміщення телескопа в космосі дає можливість реєструвати електромагнітне випромінювання в діапазонах, в яких земна атмосфера непрозора. В першу чергу, в інфрачервоному діапазоні. Завдяки відсутності впливу атмосфери роздільна здатність телескопа в 7-10 разів більше, ніж у аналогічного телескопа, розташованого на Землі.

думка експерта

"Радіоастрон" працює в діапазоні радіохвиль, в той час як Hubble працює в ультрафіолетовому діапазоні, а також з видимим випромінюванням і в інфрачервоному діапазоні. Цим вони доповнюють один одного. Маючи дані випромінювань одного і того ж об'єкта на різних довжинах хвиль, ми можемо скласти більш повну картину його характеристик.

За 27 років роботи телескопа було вже п'ять місій по його обслуговуванню. Астронавти безпосередньо в космосі лагодили обладнання, замінювали вийшли з ладу компоненти, а деякі модернізували. В даний час Hubble знаходиться на піку свого наукового потенціалу. При цьому у нього зберігається запас за всіма критично важливих систем. Ми вважаємо, що зможемо підтримувати Hubble в хорошому стані для проривних наукових спостережень, в найближчі десять років.

Нинішній бюджет Hubble становить трохи менше 100 млн доларів на рік. Однак більшість вчених ймовірно погодяться, що телескоп виправдовує витрати своїми науковими результатами. На сьогоднішній день про відкриття Hubble опублікували понад 14 тисяч 700 рецензованих наукових публікацій.

Незабаром у Hubble з'явиться послідовник - космічний телескоп James Webb. Вчені сподіваються, що вони перетнуться за термінами. Це дозволить їм разом збирати дані про конкретний об'єкт в більш широкому діапазоні довжин хвиль, ніж окремо. James Webb бачить далі в інфрачервоному діапазоні, ніж Hubble, тому і в минуле він зможе зазирнути далі. Зокрема, James Webb буде спостерігати протопланетні диски. Його спостереження обіцяють такі ж грандіозні відкриття в багатьох областях астрономії, які раніше здійснював Hubble.

Його спостереження обіцяють такі ж грандіозні відкриття в багатьох областях астрономії, які раніше здійснював Hubble

Dewayne Washington

Відділ по зв'язках з громадськістю Центру космічних польотів Годдарда, НАСА

ПОСИЛАННЯ по темі


Носатов Іван

Пане Юрію, як ви ставитеся до потрапляння "Радіоастрон" в Книгу рекордів Гіннесса?
Чому?
Чому це важливо і цікаво?
Як же ви плануєте спостерігати чорну діру, якщо вона не випромінює світло?
Ви розраховуєте отримати Нобелівську премію за відкриття чорної діри?
І що тепер буде?
Як організована передача наукової інформації?
Оператор?
На зміну "Радіоастрон" прийде новий проект?
Як же Hubble?