< Где находится окно в недра Европы?

Чем хорош "РадиоАстрон"

Известный астроном Леонид Матвеенко сказал: "Если труба Галилея открыла человечеству Солнечную систему, то РСДБ — весь окружающий мир". PublicPost узнал, что такое РСДБ и поговорил с одним из координаторов уникального проекта "РадиоАстрон", возможно, лучшего на сегодня инструмента для наблюдения за самыми темными тайнами Вселенной.

---

Наш собеседник — Юрий Юрьевич Ковалев, доктор физико-математических наук, заведующий Лабораторией внегалактической астрономии Физического института имени Лебедева Российской академии наук, руководитель Ранней научной программы проекта "РадиоАстрон".

— Проект "РадиоАстрон" называют уникальным не только для российской, но и для мировой науки. В чем состоит его уникальность?

– При строительстве любых современных телескопов, которые требуют значительных усилий и больших денежных сумм, всегда стараются найти для него уникальную нишу, в рамках которой этот телескоп даст нам те возможности, которых раньше не было.

Надо понимать, что каждый телескоп характеризуется несколькими основными параметрами — такими, как поле обзора, чувствительность... Один из таких ключевых параметров — угловое разрешение, которое показывает возможность телескопа различить два объекта, находящиеся рядом друг с другом. Чем выше угловое разрешение, тем более близкие друг к другу объекты мы сможем увидеть как два отдельных, а не сливающихся в общее пятно. Тем лучше наши возможности изучать детали различных объектов Вселенной, наблюдать самые компактные из них, получать изображения с максимальной подробностью и четкостью.

Так вот, уникальность "РадиоАстрона" состоит в том, что его угловое разрешение в десять и более раз лучше всего, что доступно другим радиотелескопам. Дело в том, что разрешение пропорционально длине волны, в которой мы ведем наблюдение, а длина радиоволн достаточно велика, от сантиметров до метров.

Однако второй параметр, от которого зависит угловое разрешение радиотелескопа, — это его физические размеры. Строить инструменты размерами больше сотен метров технически невозможно. Поэтому еще больше 50-ти лет назад придумали использовать для наблюдений не одиночные телескопы, а системы телескопов — интерферометры. Их угловое разрешение уже намного выше.

— Видимо, совместная работа телескопов требует ювелирной синхронизации, в том числе сверхточного измерения времени?

На самом деле сложностей тут две. Первая — синхронизация работы наблюдающих телескопов — решается тем, что на каждый телескоп устанавливаются сверхточные атомные часы.

Второе — требуется записывать просто громадные объемы информации в единицу времени. В советские годы для этого пришлось разработать специальные весьма дорогие магнитные ленты, которые вращались с громадной скоростью, записывая весь этот огромный поток информации. Сегодня, благодаря развитию компьютерных технологий, такой проблемы перед нами не стоит. Мы пишем на современные жесткие диски, со скоростью порядка 4 Гбит в секунду.

В итоге мы получаем масштабную и чрезвычайно сложную систему, которая называется РСДБ — радиоинтерферометр со сверхдлинной базой и которая позволяет добиться самого высокого углового разрешения, доступного в современной астрономии. Это цифры, в десятки раз превышающие возможности, скажем, обычных оптических телескопов, даже самых ультрасовременных. И если вам требуется увидеть далекий объект и изучить его с высокой детализацией, у вас не остается выбора: надо смотреть на радиоволнах.

Это все касается обычных наземных РСДБ. Ну а если мы вынесем одно из плеч нашего интерферометра в космос, мы получим базу гораздо большей длины и увеличим разрешение еще в разы. Тут и вступает в дело проект "РадиоАстрон".

Основным его компонентом является спутник "Спектр-Р", который в 2011 году был выведен на высокоэллиптическую, сильно вытянутую орбиту, размер которой в апогее — на максимальном удалении от Земли — колеблется в пределах 300-350 тысяч километров.

— И как организована синхронизация и запись данных с такого далекого аппарата на Землю?

– Как и остальные радиотелескопы, спутник собирает исключительно большие объемы информации, записывать и хранить их на борту нет никакой возможности. Поэтому, как только 10-метровый космический телескоп наводится на интересующий нас объект, полученный сигнал тут же усиливается, переводится в цифровой формат и с помощью полутораметровой антенны транслируется на наземную станцию слежения.

Значительных энергозатрат это не требует, передающая антенна может работать в режиме 4 или 40 Вт. Даже первый режим позволяет нам передавать информацию на расстояние около 200 тысяч километров. Для питания и передающей, и всей остальной аппаратуры на борту вполне достаточно солнечных батарей спутника.

Для точной синхронизации по времени на нем установлен водородный стандарт частоты, дающий ошибки в одну секунду за миллионы лет. Это первый активный водородный стандарт частоты, успешно работающий на орбите вокруг Земли уже полтора года. Произведен он нижегородской фирмой "Время-Ч", результат работы которой вызывает заслуженное восхищение.

— А сколько наземных телескопов поддерживают работу спутника?

– Мы работаем практически со всеми радиотелескопами, которые только способны интегрироваться в РСДБ. Для разных экспериментов мы используем разные телескопы, динамически меняя структуру нашего наземно-космического интерферометра. Каждый раз выбор диктуется особенностями конкретного эксперимента.

Например, крупнейший в мире 300-метровый радиотелескоп Аресибо в Пуэрто-Рико мы подключаем, работая на длине волны порядка десятков сантиметров. По мере необходимости, например, переходя к наблюдениям на 1,3 см, мы уже используем другие телескопы, практически со всего мира: из России, Украины, Соединенных Штатов, из Европы, Китая, Японии, Австралии... Буквально на днях мы работали совместно с телескопом в ЮАР.

С одними из них мы работаем, имея особые договоренности по сотрудничеству в рамках проекта "РадиоАстрон". С другими — по индивидуальным заявкам на проведение определенных экспериментов. Общее число телескопов, с которыми мы сотрудничали за последний год, исчисляется десятками.

— Ресурс "РадиоАстрона" вы используете только самостоятельно или предоставляете для других научных групп?

– В этом смысле работа "РадиоАстрона" разделяется на три фазы. Первая — фаза испытаний, она длилась с момента запуска телескопа в июле 2011 года и до конца зимы 2012-го. Соответственно, примерно год назад началась фаза Ранней научной программы, которую ведет Астрокосмический центр ФИАН.

Третья фаза — Ключевая научная программа, в рамках которой мы уже проводим открытые конкурсы заявок и от российских, и от зарубежных ученых на использование наблюдательного времени. Первый такой конкурс прошел в сентябре прошлого года, а несколько недель назад было окончательно отобрано семь исследовательских программ, которые будут реализованы в первый год Ключевой научной программы — она стартует в июле 2013 года.

— Что же позволяет наблюдать "РадиоАстрон"?

– Вообще, поле работы радиоастрономии просто огромно. Обычно я в своих выступлениях привожу такой факт, что ею занято лишь около 10% всех астрофизиков, зато количество Нобелевских премий в этой области больше, чем у всех остальных, вместе взятых...

В ранней научной программе "РадиоАстрона" выделяются три направления. Первое, на которое мы тратим большую часть ресурсов, — это исследование квазаров. Это — далекие галактики, в центрах которых, как считается, имеются сверхмассивные черные дыры, гораздо более тяжелые, чем черная дыра в центре нашего Млечного пути, порядка миллиардов масс Солнца.

Все происходящее вокруг этих дыр очень интересно. Они подпитываются газом и пылью, которые образуют вокруг них вращающийся диск материи. При этом часть вещества выбрасывается наружу в виде узких струй, движущихся со скоростями, близкими к скорости света. Заряженные частицы в этих струях, двигаясь в магнитном поле, генерируют так называемое синхротронное излучение, и если эта струя направлена примерно на нас, мы можем отлично видеть ее на Земле даже с расстояния в миллиарды световых лет. Излучение релятивистских струй — один из основных объектов исследований для "РадиоАстрона".

Но мы с нашим огромным интерферометром можем пытаться рассмотреть и то, что происходит ближе к сверхмассивной черной дыре. В этом направлении у нас большие надежды: пару месяцев назад мы провели очень удачные эксперименты по наблюдению одной из близких к нам галактик, Девы А. Мы получили еще не все данные с зарубежных телескопов и не все обработали, но в целом уже видно, что наблюдения прошли очень качественно.

Если нам повезет, если излучение от центральных объектов сумеет пробиться сквозь экранирующие облака пыли, мы можем увидеть "тень" сверхмассивной черной дыры. Ведь горячая плазма, которая находится за ней, тоже излучает. Однако сквозь черную дыру это излучение пройти к нам не может — соответственно, мы должны увидеть ее, как сияющий бублик или полумесяц вокруг темной области.

Размер этой тени, теоретически, достаточен для того, чтобы мы могли ее разглядеть, он в несколько раз больше горизонта событий черной дыры. И если мы только сможем ее увидеть, это станет одним из самых явных и прямых свидетельств в пользу существования сверхмассивных черных дыр, подтвердив целый ряд теоретических предсказаний.

Впрочем, если излучение окажется закрытым от нас пылью, надежды еще не исчерпаны, и мы будем проводить наблюдения на более коротких длинах волн. В "РадиоАстроне" нам доступны волны длиной не короче 1,3 сантиметров, и как раз поэтому мы сейчас уже работаем над новым совместным проектом с Роскосмосом и НПО имени Лавочкина — проектом "Миллиметрон", который уже будет работать с более короткими волнами.

— Это одно направление для "РадиоАстрона", а другие?

– Второе направление — это пульсары, "мертвые" нейтронные звезды размерами порядка десятков километров, с огромной плотностью, громадными магнитными полями, быстрым вращением... Они также создают очень яркое направленное излучение.

В какие-то моменты эти "прожектора" от вращающейся нейтронной звезды могут "чиркать" по нам — и мы видим импульс. Импульсы пульсаров повторяются так четко и регулярно, что когда их открыли, поначалу сочли сигналами от инопланетян. Сегодня это — второе направление наших исследований.

Ну а третье направление — это мазеры, области нашей галактики, в которых идет активное образование новых звезд и планет. Здесь имеются насыщенные водой газовые облака, создающие условия для накачки излучения, как в гигантских естественных микроволновых "лазерах". По характеристикам этого излучения можно узнать очень много о свойствах областей активного звездообразования, об их размерах, составе и так далее.

— На сегодня с "РадиоАстроном" уже получены какие-то реальные результаты?

– Разумеется, и немало — начать можно с тех же квазаров. Нам было интересно узнать, насколько ярко излучают релятивистские струи, генерируемые в их ядрах. Теория предсказывает, что струи состоят из релятивистских электронов, и тогда порождаемое ими излучение не должно быть ярче определенного уровня.

В самом деле, наблюдения, проведенные с Земли, эти предсказания подтверждали. Однако окончательно проверить эти выкладки не может ни один наземный интерферометр, им не хватает углового разрешения. "РадиоАстрон" дал первую возможность провести такую проверку — и обнаружил, что во многих случаях релятивистские струи излучают все-таки ярче, чем это предсказывает общепринятая теория. Сейчас мы обсуждаем, чем может объясняться полученный с "РадиоАстрон" новый результат.

Еще один интересный результат получен на стыке двух других наших направлений — квазаров и пульсаров. Мы исследовали распространение их радиоволн через межзвездную среду нашей галактики.

Ведь даже в пустоте космоса нашей галактики идеального вакуума нет, в ней присутствуют заряженные частицы. Радиоволна, проходя через сгустки этой плазмы, через эти неоднородности, должна "расплываться", размываться, как свет фар сквозь туман. Теория предсказывала, что из-за этого мы на длинных радиоволнах и при больших размерах интерферометра вообще не сможем увидеть четкого радиосигнала от пульсаров и квазаров. Однако мы его увидели!

Получается, что рассеяние радиоволн на неоднородностях межзвездной плазмы происходит как-то иначе, совершенно не так, как мы предполагали. Мы делаем вывод, что современное представление о структуре межзвездной среды неточно и неполно. Так что в будущем именно данные "РадиоАстрона" станут основой для обновленной теории.

Источник: http://publicpost.ru/theme/id/3610/chem_horosh_radioastron/

 

---