Россия снова на переднем крае исследований космоса
Довольно часто от критиков российской космической программы можно слышать, вот Телескоп TESS – это да, а что Россия, просто космический извозчик, да и еще теряющий этот рынок!
Даже в худшие для отрасли времена это было не так, программа исследований космического пространства продолжалась, а сегодня наши инженеры смогли снова встать на самом острие научного космоса. Запущенная в субботу российская рентгеновская обсерватория «Спектр-РГ» уникальна по своей сути. В отличие от старых обсерваторий, типа «Чандра» - этот рентгеновский телескоп нового типа, работающий с «жестким рентгеном» - с энергией до 30 кэВ, 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.
Жесткий рентген позволяет изучать очень интересные космические объекты: черные дыры, ядра молодых галактик, квазары. 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. В рентгеновском телескопе квант рентгеновского излучения, летящий очень близко к плоскости самого зеркала, встречает на своем пути непроходимый «частокол» атомов зеркала, который в итоге отражает такой квант в точку фокуса телескопа. Эффект напоминает детскую игру с камушками - блинчики, которые отскакивают от поверхности воды, если его запустить по правильной траектории. Такая вот игра в блинчики на квантовом уровне.
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.
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. Работая вместе оба телескопа, позволят создать картину неба, которая была до этого недоступна старым рентгеновским телескопам.
В настоящее время новый телескоп только начал свой 100-дневный путь к точке Лагранжа L2. Достигнув ее он включит двигатели и застынет в точке неустойчивого равновесия - двигателями придется подрабатывать все расчетные 7.5 года службы телескопа, равновесие в точке L2 неустойчивое, и аппарату надо будет постоянно тратить драгоценное топливо для того, чтобы его сохранять.
Михеев Сергей