Выбор фона:
/ Новости сайта / Космос / Проект Радиоастрон и космическая радиоастрономия
20.09.2012

Проект Радиоастрон и космическая радиоастрономия

Оценка: 0.0    7455 0 Космос
19:35

«Радиоастрон» — международный проект фундаментальных исследований космоса в радиодиапазоне. Для реализации этого проекта на околоземную орбиту 18 июля 2011 года был выведен «Спектр-Р» — космическая обсерватория, представляющая собой 10-метровый радиотелескоп, обращающийся вокруг Земли по сильно вытянутой эллиптической орбите (перигей — 10 000 км, апогей — 390 000 км, сравнимо с расстоянием до Луны).

Координатор проекта — Астрокосмический центр ФИАН, аппарат разработан НПО им. Лавочкина, выведен на орбиту с помощью ракеты-носителя Зенит-2 с разгонным блоком Фрегат-СБ (также разработан в НПО им. Лавочкина). Проект «Радиоастрон» — единственный запуск космического аппарата на высокую орбиту за весь 2011 год.


Вход в иные вселенные найдет российский телескоп

Уже год, как земляне обзавелись зорким глазом - новым космическим радиотелескопом «Радио-астрон»

РАЗГЛЯДЕТЬ НЕИЗВЕДАННОЕ

Когда в июле прошлого года ракета-носитель, стартовавшая с Байконура, благополучно вывела на орбиту российский 10-метровый космический радиотелескоп  «Радиоастрон», наши астрофизики  облегченно вздохнули. На орбите Земли впервые за последние четверть века, наконец-то, появился российский научный спутник. Да еще какой! Новый «глаз» человечества в 1000 раз зорче, чем самый известный сегодня американский телескоп «Хаббл».

Успел он что-то уже высмотреть в глубинах Вселенной? Об этом я расспросила заведующего лабораторией Астрокосмического центра ФИАН, руководителя ранней научной программы проекта «Радиоастрон», доктора физико-математических наук Юрия Ковалева.

- Юрий Юрьевич, чем «Радиоастрон» отличается от других телескопов, в том числе и знаменитого «Хаббла»?

- Современных инструментов, работающих на Земле и в космосе, не хватает для того, чтобы детально разглядеть далекие объекты Вселенной. Поэтому «Радиоастрон» мы снабдили более длинными «руками»: он работает в радиоволнах, которые могут проникнуть туда, куда еще ни один аппарат не заглядывал. И - самым большим  «глазом»: диаметр виртуального телескопа Земля-Космос, с которым мы работает, около 300 тысяч километров. Как расстояние от Земли до Луны.

- Но радиоастрономы могут успешно работать с Земли. Зачем запустили радиотелескоп в космос?

- Есть такое понятие в астрономии, как угловое разрешение, которое позволяет изучать наиболее компактные объекты. Другими словами, это разрешение позволяет нам видеть две звездочки там, где другие видят одну. Или другой пример. Если отослать человека очень далеко от Земли, то, имея угловое разрешение обычного телескопа, мы его увидим, как точку. А вот уникальное разрешение РадиоАстрон позволяет увидеть и руки, и ноги, и голову. Поэтому для того, чтобы изучать во всех подробностях космические объекты, астрономы придумали новый способ, который называется «интерферометрия». Именно этот метод, предложенный в прошлом веке советскими учеными, лег в основу «Радиоастрона».

Радиоастрон на вахте.
Радиоастрон на вахте. Фото: radioastron.ru

НЕБЕСНЫЙ «КОЛЛАЙДЕР»

- И как он позволяет во вселенские «углы» заглядывать?

- Берут крупные радиотелескопы на Земле, которые расположены на больших расстояниях друг от друга, например, на разных континентах. На каждый из них помещают атомные часы, чтобы синхронизировать время работы. Такой же атомный стандарт частоты находится и на нашем космическом телескопе. Результаты наблюдений собирают в центре обработки. Там суперкомпьютер  обрабатывает полученные данные.

Но вот что важно. Чем больше расстояние между телескопами, тем лучше оказывается угловое разрешение. На Земле мы ограничены размерами планеты. Поэтому, чтобы увеличить в разы расстояние, мы и запустили «Радиоастрон» на высокую орбиту до 300-350 тысяч километров от Земли. (Для сравнения МКС висит над нами примерно в 400 км, а «Хаббл» - в 600 км. - Ред.) Это почти 30 диаметров нашей планеты. Поэтому теперь мы можем изучать объекты с угловым разрешением в 30 раз лучше, чем те, что получали на Земле. И получать очень подробную и четкую информацию с разрешением более чем в 1000 раз выше, чем у телескопа «Хаббл».

- Если наш телескоп такой крутой, значит, в будущем все самые больше открытия от него нужно ожидать?

- Мы надеемся, что «Радиоастрон» даст серьезные прорывные научные результаты.

- А когда даст?

Заведующий лабораторией Астрокосмического центра ФИАН Юрий Ковалев.
Заведующий лабораторией Астрокосмического центра ФИАН Юрий Ковалев. Фото: Из архива Ю. Ковалева.

- Это предсказать так же сложно, как открытие «божественной частицы» на Большом адронном коллайдере. Ведь «Радиастрон» - это технологически один из самых сложных космических проектов за всю историю. Он требует согласованной работы громадного количества компонентов как в космосе, так и на Земле с точностью до атомных стандартов частоты. Сегодня мы добились того, что все работает согласованно и хорошо. Теперь, как и адронному коллайдеру, нам нужно время для того, чтобы накопить научные результаты, а потом обработать.

- Сколько аппарат пробудет на орбите?

- Пять лет. Но это так называемое ожидаемое время жизни. Обычно те проекты НПО Лавочкина, которые были успешными, жили дольше. И у нас есть даже планы на его дальнейшую жизнь: отправить телескоп на еще более высокую орбиту.

МОНСТРЫ ГАЛАКТИКИ

- Из уст академика РАН Николая Кардашева, «отца» «Радиоастрона», однажды прозвучало интересное предположение: рядом с Землей находятся так называемые «кротовые норы» - ходы в другие параллельные вселенные. И что с  помощью «Радиоастрона» мы как раз их и сможем отыскать. Это правда?

- Нет, рядом с Землей, то есть в Солнечной системе, их скорее всего нет. Но в глубоком космосе – возможно. В центрах далеких активных галактик, которые мы изучаем, находятся, какие-то сверхмассивные объекты. На них падает вещество с окружающих их пылевых дисков. И тем самым подпитывает эти объекты. Часть вещества еще и выбрасывается наружу в виде очень ярких и очень быстрых джетов. Но что из себя представляет этот центральный сверхмассивный объект - мы до конца не знаем. Возможно, это громадная черная дыра. А, может, и кротовая нора, о которой говорит академик Кардашев. И, может быть, действительно, в будущем появится возможность, о которой мечтали многие ученые и фантасты: чтобы эта «кротовая нора» вас переносила либо в другую Вселенную, либо в другое место нашей Вселенной, либо в другое время. Станут ли «кротовые норы» реальностью или останутся в теории - на этот вопрос постарается ответить «Радиоастрон». Ведь одна из задач, которая стоит перед ним, - исследовать свойства сверхмассивных объектов далеких галактик, так называемых «центральных машин».

Так Радиоастрон создавали.
Так Радиоастрон создавали. Фото: radioastron.ru

- Как телескоп провел год на орбите?

- За этот год мы полностью проверили и доказали работоспособность космического телескопа. И была начата ранняя научная программа по трем направлениям. Это исследование квазаров (активных ядер галактик), которые находятся на очень далеких расстояниях от Земли. Свет от них доходит до Земли за миллиарды лет. Наблюдения пульсаров – мертвых быстровращающихся звезд. И третье направление - исследование областей нашей Галактики, в которых рождаются звезды. Уже получены интересные научные результаты. Например, мы смогли измерить размеры очень компактных ядер в некоторых далеких галактиках. Их излучение оказалось очень ярким. Более ярким, чем обычно измеряемое с Земли. Это позволило нам лучше понять природу ядер квазаров. Мы также уже сейчас стали значительно лучше понимать свойства межзвездной среды в нашей Галактике, так как ее исследование с «Радиоастрон» практически в 3D с помощью пульсаров дало принципиально новые результаты.

Самый зоркий глаз расположен на высоте 300 тысяч километров.
Самый зоркий глаз расположен на высоте 300 тысяч километров. Фото: Рис. предоставлен Астрономическим центром ФИАН.

- Рядом с Землей черных прожорливых черных дыр не замечено?

- Нет, они находятся далеко от нас.

- К тайне темных материи и энергии еще не подобрались?

- Эта задача требует долговременного накопления наблюдательных данных.

КСТАТИ

НАСКОЛЬКО ТЕЛЕСКОП РОССИЙСКИЙ?

Специалистам сложно указать в процентах присутствие России в этом проекте. Но они охотно перечисляют компоненты спутника, указывая, кто их произвел. Так, платформа самого аппарата, которая обеспечивает его жизнедеятельность, и управление – полностью российские. На этой платформе под названием «Навигатор» находятся солнечные батареи, управляющий компьютер, системы наведения и связи и много другое. Десяти-метровая антенна с 27-ю раскрывающимися лепестками – тоже российского производства. Высокочувствительные приемники на борту – смешанного производства. Например, приемник на 18 сантиметрах - австралийский. Приемник в диапазоне 92 сантиметра – индийско-российский, а диапазона 1 сантиметра – совместного производства США и России. Приемник на 6 сантиметрах - российский.

Еще важные компоненты космического телескопа - «рубидиевый стандарт частоты» производства Швейцарии и «водородный стандарт частоты» - производства России. Кстати, за всю историю космонавтики атомные часы были запущены в космос всего во второй раз и при этом впервые – на орбиту вокруг Земли для долговременной работы.

При этом «Радиоастрон» может работать только в связке с крупнейшими наземными радиотелескопами. В работе с радиострон на регулярной основе принимают участие телескопы России, Украины, Европы, Китая, Японии, Австралии, ЮАР, США.

Таким образом, эксперты называют «Радиоастрон» так: международный проект с лидирующей ролью России.

ВОПРОС РЕБРОМ

А БРАТЬЕВ ПО РАЗУМУ НАЙДЕМ?

Академик Николай Кардашев, директор Астрокосмического центра Физического института им. П.Н. Лебедева РАН:

- Интерес к проблеме SETI (поиск внеземных цивилизаций) подогревается открытиями в области астрофизики и космологии, а также новыми идеями в теоретической физике. Весьма возможно, что деятельность внеземного разума как-то связана с «темной материей» и «скрытой энергией», «кротовыми норами» и возможностью с их помощью создания машины времени, теорией струн в физике элементарных частиц и возможной многомерностью (10-11 и более измерений) нашего пространства. С помощью космических интерферометров, подобных «Радиоастрону», можно изучать такого рода явления. А для обнаружения радиосигналов, подобных нашим радио или телевизионным, от цивилизации нашего уровня развития и с расстояний до ближайших звезд, нужен космический (чтобы исключить помехи Земли) радиотелескоп с диаметром зеркала в несколько километров. Такой инструмент для этой задачи и других фундаментальных научных исследований вероятно будет сооружен через несколько десятков лет.

ВМЕСТО ПОСЛЕСЛОВИЯ

Мне кажется, что «Радиоастрон» можно сравнить не столько с БАКом, сколько с марсоходом «Любопытство». И тот, и другой сейчас делают первые шаги. Один – проходя каждые 9 суток расстояние от Земли практически о Луны, другой - на Красной планете. Поэтому крупных открытий от обоих надо еще  подождать. Ведь оба - эпохальные проекты начала ХХI века.

Современных инструментов, работающих на Земле и в космосе, не хватает для того, чтобы детально разглядеть далекие объекты Вселенной
Современных инструментов, работающих на Земле и в космосе, не хватает для того, чтобы детально разглядеть далекие объекты Вселенной Фото: Из архива Ю. Ковалева

Проект Радиоастрон и космическая радиоастрономия

Новые открытия астрофизики

 

Астрономия стала всеволновой за последние 50 лет. Колоссальным образом расширился объем информации, обнаружены принципиально новые объекты во Вселенной, новые состояния вещества и даже принципиально новые виды материи. Остановимся на некоторых научных проблемах, новых методах космических исследования и ожидаемых результатах, которые могут быть получены в ближайшее время.

 

Одним из главных последних достижений является определение наиболее важных космологических параметров Вселенной. На основе данных, полученных с помощью наземных и космических обсерваторий (гамма телескоп «GRO», рентгеновские телескопы «Chandra», «ХММ-Ньютон» и «INTEGRAL», оптический телескоп имени Хаббла - «HST», инфракрасные телескопы «IRAS», «ISO» и «Спитцер», радиотелескопы «СОВЕ», «WMAP» и другие) в основном выявлена картина физических процессов во Вселенной во всех спектральных диапазонах (от гамма до радио) и объединяющая этапы эволюции за миллиарды лет. На усреднённом полном спектре электромагнитного излучения неба (рис. 1), охватывающем все диапазоны, выделяются три характерные пика. Прежде всего это оставшееся от Большого взрыва Вселенной реликтовое космологическое излучение (главный максимум в спектре). Большая часть энергии сосредоточена в миллиметровом диапазоне и соответствует излучению тела при абсолютной температтуре 2,730 К (т.е. –270 0 С). Форма спектра описывается функцией Планка. Слева от реликтовогоизлучения (дециметровые и метровые радио волны) преобладает излучение релятивистских электронов и горячей межзвёздной плазмы нашей и других галактик.

 

 

Рис. 1 - Усреднённый спектр электромагнитного излучения неба во всех диапазонах.
 

В левой стороне – радиодиапазон, главный максимум соответствует миллиметровому диапазону, правее идут субмиллиметровый, инфракрасный, оптический, рентгеновский и гамма диапазоны. По вертикальной оси отложена интенсивность излучения в логарифмическом масшштабе (число фотонов, приходящих за секунду на квадратный сантиметр поверхности из телесного угла стерадиан в полосе нанометр), по горизонтальной оси – тоже в логарифмическом масштабе частота, длина волны и энергия фотонов (R.C. Henry, Asrophysical Journal, 516, L49, 1999). Главный пик является «реликтовым» космологическим излучением, возникшим в результате «Большого взрыв». Пик справа от него обусловлен в основном излучением пыли и звёзд Галактики, ещё правее – пик от мощных взрывов и очень горячих объектов в нашей и других галактиках.

 

В субмиллиметровом и инфракрасном диапазонах (средний пик) преобладает излучение газопылевых облаков Галактики, а в оптическом - ее звёзд.. Кроме главного и инфракрасного пиков в спектре неба выявлен пик в рентгеновском диапазоне, обусловленный очень горячими или взорвавшимися объектами в нашей и других галактиках. Описанная выше форма спектра неба определяет и технику астрономических исследований. Диапазоны слева и справа относительно максимума реликтового фона имеют принципиально разные ограничения при обнаружении и исследовании слабых источниковов. Та часть спектра, что находится справа от реликтового фона, подчиняется квантовой статистике и предельная чувствительность определяется флюктуациями числа квантов, приходящих в телескоп. В левой половине спектра основную роль играет обычная физика (отдельные кванты уже не могут быть зарегистрированы), поэтому приёмники радиотелескопов стремятся создать с минимальной мощностью шумов, включая мощность, обусловленную фоном неба.

 

Важнейшим достижением астрофизики последних 20 лет стало детальное изучение спектра и распределения по небу реликтового изучения (термин предложен И.С. Шкловским). На карте, построенной по данным американской космической обсерватории «WMAP», запущеной в 2001 г., можно проследить распределение по небу фонового радиоизлучения в миллиметровом и коротком сантиметровом диапазонах. Первый эксперимент по составлению карты микроволнового фонового излучения Вселенной был проведен на спутнике «COBE» (запущен в 1989 г.). На основе данных «СОВЕ», наземных наблюдений и наиболее точных данных спутника «WMAP» сделаны фундаментальные открытия, заставившие изменить современные представления о строении Вселенной. Установлено, что около 70% ее вещества сосредоточено в виде «скрытой энергии» и около 25% содержится в «темной материи», определяющих расширение Вселенной и связанных с образованием ее объектов – звезд, планетных систем, галактик, скоплений галактик.

 

Планируемые эксперименты в радиоастрономии

 

В радиодиапазоне имеются несколько перспективных направлений развития исследований объектов Вселенной. В России, совместно с широкой международной кооперацией, подготовливается к запуску космическая обсерватория «Радиоастрон», которая обеспечит угловое разрешение в 30 раз лучше, чем на Земле (рис. 2).

 

 

 

Рис. 2 - Основные параметры интерферометра Земля-космос «Радиоастрон».

 

Этот космических радиотелескоп предполагается вывести на эллиптическую орбиту с периодом около 9,5 суток и максимальным удалением от Земли 350 тыс. км, т.е. близким к орбите Луны (рис. 3).

 

 

Рис. 3 - Орбита космического радиотелескопа - интерферометра.

 

Увеличить

Рис. 4 - Космический радиотелескоп во время испытаний на обсерватории ФИАН в Пущино

 

Увеличить

Рис. 5 - Радиотелескоп РТ-64 около г. Калязин (радиообсерватория АКЦ ФИАН и ОКБ МЭИ).

 

Увеличить

Рис. 6 - Крупнейшие радиотелескопы мира, участвующие в проекте «Радиоастрон».

 

Увеличить

Рис. 7 - Проект «Миллиметрон» (криогенный телескоп для исследований в автономном и интерферометрическом режимах в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах)

 

Увеличить

Рис. 8 - Аккреционный диск и релятивистские струи около сверхмассивной черной дыры в центре галактики

 

Увеличить

Рис. 9 - Радиоизображение близкой галактики М87 с сверхмассивной чёрной дырой (получено в США с помощью 27-элементного радиоинтерферометра VLA ). На врезке – радиоизображение центральных областей той же галактики, полученное с участием японского космического радиотелескопа VSOP.

 

Увеличить

Рис. 10 - Радиоизображение экзотического двойного объекта 3С 343.1. Два близких источника разлетаются друг от друга со скоростью в половину скорости света (получено с помощью системы VLA в США).

 

Увеличить

Рис. 11 - Модели Большой Вселенной с тоннелями – справа, без тоннелей – слева

 

Увеличить

Рис. 12 - Радиоизображение галактики М106 с сверхмассивной чёрной дырой в центре. На врезке показаны расположение и орбиты областей звёздообразования, излучающих в линии водяного пара на волне 1,35 см («Мегамазер»), а также релятивистская струя вещества, имеющая непрерывный радиоспектр, и ориентированная перпендикулярно диску.

 

Увеличить

Рис. 13 - Схема «межзвездного интерферометра» (внизу). На пути радиоволн от источника излучения до наблюдателя случайно расположены облака межзвездной плазмы, создавая естественный интерферометр. Анализируя возникающую интерференционную картину, можно определить размер источника излучения и параметры плазмы. Дан пример такой картины (динамический спектр) для пульсара PSR 1237+25, полученный А. Волчаном и Дж. Кардесом.

 

Увеличить

 Рис. 14 - Задачи фундаментальной астрометрии в проекте «Радиоастрон».

 

Рис. 15 – Высокоточное измерение гравитационного поля Земли в проекте «Радиоастрон».

 

Увеличить

Рис. 16 - Концепция многолучевого космического радиотелескопа с диаметром антенны в несколько километров.

На нем будут установлены приемники, работающие в 4 диапазонах и каждый имеет два канала для приёма сигналов в обеих круговых поляризациях.

 

Космическая радио обсерватория работает как гигантский интерферометр с базой между спутником и системой наземных радиотелескопов. Используя такой интерферометр, мы можем получить исключительно высокое угловое разрешение и построить изображения небесных объектов с высочайшей детальностью. Ширина лепестка интерферометра на самых коротких длинных волнах будет до 7 миллионных долей секунд дуги, что при отношении сигнала к шуму около 10 позволит проводить измерения до микросекунды дуги, что примерно в 20 млн. раз лучше, чем разрешение человеческого глаза.

 

Действующий макет космического радиотелескопа изготовлен в НПО им. С.А. Лавочкина, укомплектован высокочувствительной приёмной аппаратурой и испытан на обсерватории ФИАН в г. Пущино, где было подтверждено, что все основные параметры (эффективная площадь антенны и диаграммы направленности) соответствуют техническим требованиям (рис. 4).

 

Для космического радиотелескопа была специально найдена необычная орбита полета у которой существенную роль играет гравитационное поле Луны, систематически поворачивающее плоскость орбиты около большой её оси. Хотя Луна и находится довольно далеко от спутника, на расстоянии более 50 тыс. км, тем не менее она оказывает постоянное слабое гравитационное воздействие на него. Поворот орбиты обеспечивает высокое разрешение изображения исследуемого небесного объекта по всем направлениям.

 

Все наземные радиотелескопы, задействованные в системе интерферометра, будут принимать сигналы от исследуемого источника одновременно с космическим радиотелескопом. Прием информации со спутника предполагается получать со скоростью 128 Мбит/с. Приемные станции находятся в США (Грин Бэнк), в Пущино под Москвой и в Австралии (Тидбинбилла). С такой же скоростью будет регистрироваться информация всеми крупнейшими радиотелескопами, в том числе и отечественными. Это 70-м радиотелескопы в Евпатории и Уссурийске, а также 64-м – в Калязине (рис. 5).

 

Предполагается, что ко времени запуска «Радиоастрона» наши радиотелескопы будут полностью оснащены всей необходимой приёмной и регисирирующей аппаратурой.

 

В создании бортового комплекса аппаратуры учасвуют многие международные институты.

 

Станции приёма информации и синхронизации разработаны в НАСА и Национальной Радиоастрономической Обсерватории США. Крупнейшие радиотелескопы мира предполагают участвовать в проекте (рис. 6).

 

Проект «Радиоастрон» рассчитан на систематические исследования таких необычных небесных объектов, как сверхмассивные чёрные дыры в ядрах далёких и близких галактик, черные дыры звёздных масс в нашей галактике, нейтронные (а возможно и кварковые) звёзды, областей образования звёзд и планетных систем в нашей галактике и в ядрах других галактик, облаков межзвёздной плазмы и гравитационного поля Земли. Можно будет с высокой точностью изучить структуру, измерить координаты и движение источников мощного радиоизлучения с непрерывным спектром и радиолиний мазерного излучения (линия паров воды на волне 1,35 см и гидроксила – 18 см), испускаемого этими объектами. Для предстоящих наблюдений подготовлен список сверхмассивных черных дыр, микроквазаров, пульсаров, космических мазеров и других радиоисточников - всего несколько сот объектов, а к моменту запуска «Радиастрона» предполагается его пополнить до тысячи.

 

Дальнейшим развитием этого направления будет подготовка аналогичного проекта для миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов (включающих весь пик реликтового космологического излучения – рис. 1).

 

Проект «Миллиметрон» (рис. 7) обеспечит ещё более высокое угловое разрешение (до наносекунд дуги) и значительно более высокую чувствительность за счёт глубокого охлаждения телескопа и расширения полосы приёма.

 

Изучение необычных объектов

 

Сверхмассивные черные дыры в центрах нашей и других галактик, выбрасываемые вдоль их оси вращения струи релятивистских частиц и аккреционные диски захваченного вещества в экваториальной плоскости обнаружены и активно исследуются. Изображения таких объектов, полученные с помощью наземной системы радиоинтерферометров, показывают, что центральный объект является сверхмощным ускорителем. Ускоренные частицы с околосветовыми скоростями образуют два тонких луча, а на больших расстояниях релятивистские частицы накапливаются в виде двух облаков. Ближайшей задачей является исследования принципа работы этого ускорителя, величины и структуры электрических и магнитных полей около черной дыры. Современные теоретические модели сводятся к следующему. Вокруг центральной черной дыры вращается диск с очень сильным магнитным полем (рис. 8), однако оно до сих пор не измерено и представляет собой одну из основных задач будущего.

 

Предполагается, что измерить величину магнитного поля можно с помощью эффекта Фарадея (регулярный поворот плоскости поляризации изучения с изменением длины волны при прохождении поляризованного излучения через плазму с магнитным полем в аккреционном диске).

 

Если смотреть с полюса на чёрную дыру и вращающийся аккреционный диск с магнитным полем, то область свечения в виде кольца будет соответствовать ускорению частиц подобно ветерку от вентилятора (механизм Блендфорда-Знаека), а если будет обнаружено излучение только вблизи оси вращения, то скорее всего ускорение частиц происходит в условиях высокого вакуума под действием сильного электрического поля.

 

В центре нашей галактики находится ближайшая сверхмассивная черная дыра (расстояние 24 тысячи св. лет). Ее масса оценивается в 3 миллиона солнечных масс. Одна из самых больших чёрных дыр (масса 3 миллиарда солнечных масс) находится в ядре близкой эллиптической галактики М87 (расстояние около 45 млн. св. лет). Изображение этого объекта получено во всех диапазонах, в частности с помощью наземных радиоинтерферометров и радиоинтерферометра Земля-космос (рис. 9), использующего японский спутник «VSOP» с радиотелескопом, запущенный на эллиптическую орбиту в 1997 г. с антенной диаметром 8 м, максимальное удаление 26 тысяч км.

 

С помощью этого интерферометра наблюдалось множество других объектов.

 

Недавно Дж. Бэрбиджем было обращено внимание на необычный двойной квазар 3C 343.1 (рис. 10)

 

Он сначала был найден в радиодиапазоне, а потом исследовался в оптическом. Оказалось, что объект состоит из двух источников, имеющих различные скорости движения, отличающиеся почти на половину скорости света (красные смещения 0,34 и 0,75), в тоже время расстояние между двумя источниками соответствует четверти угловой секунды, т.е. кажется, что они находятся очень близко друг от друга. Случайное совпадения двух источников находящихся на разных расстояниях невероятно. Объяснить, что внутри одного малого объёма имеются предположительно две сверхмассивные чёрные дыры, движущиеся со столь большой скоростью друг относительно друга, пока невозможно и требуется тщательное изучение этих объектов. В частности, необходимо получить более детальное изображение и его изменение со временем, чтобы определить стуктуру компонент и измерить скорости их поперечного движения.

 

«Кротовые норы» - тоннели в пространстве

 

Модель гипотетических «кротовых нор» (первоначально предложена А.Эйнштейном и Н.Розеном) предполагает сложную топологию пространства и основана на общей теории относительности. Входами в тоннели могут быть некие новые объекты, наблюдаемые в нашей вселенной и соединяющие нас с другой частью Вселенной или даже с другой вселенной (рис 11). Около входа в тоннель, также как и для чёрной дыры, может существовать вращающийся газовый аккреционный диск с магнитным полем и вдоль его оси вращения также могут выбрасываться частицы, ускоренные до релятивистских энергий. Главным отличием «кротовой норы» от модели с чёрной дырой будет отсутствие горизонта событий. Т.е. вещество, попадающее в тоннель, не исчезает для внешнего наблюдателя. Оно может и утекать из нашей части Вселенной и притекать к нам. Если тоннели будут открыты, то это необыкновенно расширит наши возможности исследования и даже освоения Вселенной. Как уже отмечалось, вход в «кротовую нору» имеет особенности. Наблюдая за объектом, падающем на планету или звезду, в момент соприкосновения с их поверхностями мы сможем наблюдать вспышку излучения и тем самым фиксировать данное явление. В случае черной дыры тот же самый объект, падающий на нее просто исчезнет. Если же мы падаем внутрь входа в тоннель, то объект будет наблюдаться все время, но с переменным красным смещением. И наоборот, объекты, приходящие из другой Вселенной, или другой части нашей вселенной, тоже будут наблюдаться все время. Отсюда можно сделать прогноз. Если такие объекты существуют, то описанные эффекты должны быть обнаружены и исследованы. Объекты – кандидаты для подобных исследований имеются и наблюдения могут быть проведены с помощью интерферометра «Радиоастрон».

 

Большая Вселенная

 

В современной космологической модели многокомпонентной Вселенной («Мультиверс») отдельные Вселенные постоянно хаотически генерируется из сверхплотного скалярного поляи, она бесконечна в пространстве и во времени. На рис. 11 красным показаны области «кипящего» скалярного поля, плотность которого возможно близка к Планковской плотности (5 × 1093 Г/см3). В вакууме возникают расширяющиеся «пузырьки», которые превращаются в отдельные вселенные. Мы живем в одном из таких «пузырьков». В результате расширения «пузырька» после нескольких фазовых переходов из скапярного поля образуются нормальные элементарные частицы, атомы, молекулы, галактики, звезды, планеты. Если картина такова – мы никогда не узнаем что происходит в других «пузырьках» или параллельных вселенных. Но если есть тоннели («кротовые норы»), то наблюдая (или путешествуя) сквозь них мы можем получить информацию от любой части нашей или других вселенных. Поэтому исследования возможностей их существования или получения доказательства отсутствия таких тоннелей представляет собой важнейшую задачу космологии.

 

Мазеры и Мегамазеры

 

Космической радиоинтерферометр «Радиоастрон» также предполагается применить для исследований исключительно интенсивного излучения в узких спектральных линиях - мазерного излучения отдельных компактных районов в нашей и других галактиках. Например, близкая область образования обычных звезд и планетных систем в созвездии Лебедя с сильными мазерными линиями гидроксила (волна 18 см) и водяного пара (1,35 см) уже детально исследуется. А в ядре галактики М106 тоже были обнаружены объекты, светящиеся в линии межзвездного водяного пара на длине волны 1,35 см, но с соответствующим красным смещением (рис. 12).

 

Мощное мазерное излучение («Мегамазеры») из ядра этой галактики было открыто в 1984 году Клауссеном, Хейлигманом, Ло, Хенкелем и др. Как оказалось, районы мазерного излучения - области образования звёзд с планетными системами вокруг центральной сверхмассивной черной дыры ! Подобных внегалактических мегамазеров сейчас уже найдено более двух десятков.

 

Межзвёздный интерферометр

 

Предложен еще один оригинальный метод, который предполагается использовать для изучения небесных источников с помощью космического интерферометра. Радиоволны существенным образом взаимодействуют со средой, в которой они распространяются, в том числе и с межпланетнной и межзвездной плазмой. Причём космическая плазма неоднородна – имеет облачную структуру. Поэтому статистически от удалённого радиоисточника радиоволны по одному пути приходят быстрее на Землю быстрее, чем по другому.

 

Таким образом возникает естественный интерферометр. Два луча взаимодействуют и создают периодическую картину. Но в этом случае угловое разрешение получается даже много выше, чем у космического интерферометра (до нано секунд дуги !). Эффект тем сильнее, чем ниже частота. Это явление обнаружено при исследовании пульсаров. Было открыто, что их радио спектры иногда имеют периодическую структуру, которая случайным образом появляется и изменяется со временем (рис. 13).

 

Поскольку большая ось орбиты «Радиоастрона» порядка размера облаков межзвёздной плазмы, то с помощью космического интерферометра при наблюдениях этого эффекта вероятно удастся измерить диаметр пульсаров – нейтронных (а, возможно, и странных или кварковых ?) звезд, проверить правильность разработанных моделей их строения и излучения. Если масса несколько выше гравитационного предела для нейтронных звёзд, то такого рода объект сжимается сжимается и образует черную дыру. Однако в интервале масс между нейтронными звёздами и гравитационным пределом возможно ещё одно устойчивое состояние вещества, состоящего уже не из нейтронов, а из кварков. Согласно данным рентгеновской обсерватории «Chandra», одним из десятка кандидатов в кварковые звёзды является пульсар внутри оболочки, образованной взрывом сверхновой звезды –радиоисточник 3С58.

 

Астрометрия и гравиметрия

 

«Радиоастрон» позволяет в десятки раз улучшить точность измерения координат и собственных движений источников радиоизлучения, что позволит с помощью специальной программы создать высокоточную астрометрическую систему координат (рис. 14).

 

Высокоточное измерение орбиты «Радиоастрона» с использованием водородного стандарта частоты и времени на его борту (разработка организации «Время-Ч» в Нижнем Новгороде) позволит построить высокоточную модель гравитационного поля Земли (рис. 15).

 

Астрометрическое и гравиметрическое направления исследований имеют и прикладной и фундаментальный характер. Измерения гравитационного поля Земли на больших от неё расстояниях связаны с новой научной проблемой, поскольку несколько лет назад обнаружена новая сила, действующая на космические аппараты. Она крайне мала, направлена к Солнцу и не меняется с изменением расстояния до него. Похоже что в нашей планетной системе тоже присутствует «темная энергия» и «скрытая масса». Эти данные получены из точного определения скорости и ускорения космических аппаратов «Пионер-10 и -11», находящихся на периферии Солнечной системы, а также космическим аппаратом «Кассини».

 

Проблема SETI

 

Интерес к проблеме SETI (поиск внеземных цивилизаций) подогревается открытиями в области астрофизики и космологии, а также новыми идеями в теоретической физике. Весьма возможно, что деятельность внеземного разума как-то связана с «тёмной материей» и «скрытой энергией», «кротовыми норами» и возможностью с их помощью создания машины времени, теорией струн в физике элементарных частиц и возможной многомерностью (10-11 и более измерений) нашего пространства. С помощью космических интерферометров, подобных «Радиоастрону», можно изучать такого рода явления. А для обнаружения радиосигналов, подобных нашим радио или телевизионным, от цивилизации нашего уровня развития и с расстояний до ближайших звёзд, нужен космический (чтобы исключить помехи Земли) радиотелескоп с диаметром зеркала в несколько километров. Такой инструмент для этой задачи и других фундаментальных научных исследований вероятно будет сооружен через несколько десятков лет (рис. 16).

 

Основные научные задачи проекта «Радиоастрон».

 

Описанные выше потенциальные возможности наземно-космического радиоинтерферометра СПЕКТР-Р и поисковые проблемы позволяют поставить следующие научные задачи.

 

Исследование природы источника энергии в ядрах активных галактик.

  • Изучение структуры и динамики изображений близких мощных внегалактических источников для понимания физических процессов вблизи горизонта событий.
  • Измерение яркостных температур центральных компонент в сравнении с комптоновским пределом для однородного синхротронного источника.
  • Измерение размеров компонент вдоль и поперек струи и иисследование их переменности.
  • Измерение распределения яркости в центральных компонентах на масштабах меньше одного парсека в спокойной фазе радиоизлучения и во время вспышки.
  • Определение структуры радиовыброса у его основания в момент зарождения.
  • Определение скоростей движения и расширения выбросов с целью выявления и интерпретации сверхсветовых движений.
  • Проведение всех перечисленных измерений одновременно на двух частотах с целью изучения спектральных свойств радиоизлучения.
  • Проведение всех перечисленных выше измерений в двух поляризациях с целью изучения структуры магнитного поля в центральных компонентах и в выбросах.
  • Исследование двойных ядер.
  • Проведение всех перечисленных измерений для гравитационных линз и темной материи.
  • Выявление объектов с компонентами, неразрешенными с самой большой базой.

 

Исследование космологической эволюции компактных внегалактических источников.

  • Статистический анализ измерений выполненных в предыдущем пункте в зависимости от красного смещения исследуемых объектов с целью выявления закономерностей эволюции ядер галактик и определения основных космологических параметров Вселенной.

 

Изучение процесса образования звезд и планетных систем.

  • Измерение структуры и динамики мазерных исочников в областях звездообразования.
  • Изучение структуры и динамики источников в мегамазерах.

 

Исследование пульсаров (нейтронных и странных звезд и магнетаров).

  • Измерение годичных параллаксов пульсаров.
  • Измерение собственных движений пульсаров.
  • Изучение структуры области радиоизлучения в пульсарах по флуктуации функции и «межзвездным интерферометром».
  • Изучение двойных и затменных пульсаров.

 

Микроквазары и радиозвезды.

  • Изучение структуры и динамики выбросов в активной фазе микроквазаров.
  • Изучение структуры радиовспышек в звездах.

 

Космическая баллистика и гравиметрия.

  • Построение и прогнозирование орбиты КА и ее эволюции.
  • Построение гравитационного потенциала Земли на больших расстояниях и построение новой модели ее строения.
  • Измерение эффектов ОТО.

 

Фундаментальная астрометрия.

  • Построение небесной системы координат нового поколения.
  • Уточнение взаимной ориентации международной небесной и динамической систем координат.
  • Определение координат наземных радиотелескопов в системе, связанной с центром масс Земли.
  • Уточнение фундаментальных астрометрических постоянных и постоянных движения Солнечной системы.

Стартовал конкурс заявок на эксперименты по проекту "Радиоастрон"

МОСКВА, 18 сен - РИА Новости. Роскосмос объявил о начале приема заявок на научные эксперименты по проекту "Радиоастрон", сообщила пресс-служба Федерального космического агентства.

"Объявлен первый открытый конкурс приема научных заявок для наземно-космического интерферометра "Радиоастрон" на период наблюдений июль 2013 - июнь 2014 гг. включительно", - отмечается в сообщении.

Научная программа проекта состоит из трех главных частей: ранняя научная программа (РНП), ключевая научная программа (КНП) и общее наблюдательное время (ОНВ).

"Ранняя научная программа проводится в настоящее время и запланирована до середины 2013 года. После ее завершения начнутся наблюдения по ключевой научной программе. Главным направлением КНП будут области, в которых "Радиоастрон" даст наибольший научный результат, и которые имеют потенциал на важные научные открытия", - уточняет Роскосмос.

В настоящий момент объявляется открытый конкурс заявок на эксперименты в рамках Ключевой научной программы.

"Заявки для участия в КНП должны быть направлены в астрокосмический центр физического института Академии Наук (АКЦ ФИАН) до 17 октября 2012 года включительно. Каждая группа, отправившая запросы, будет приглашена для обсуждения поданных заявок на рабочее совещание, запланированное на 3-4 декабря 2012 года в институте радиоастрономии общества Макса Планка (Бонн, Германия)", - заключается в сообщении Роскосмоса.

Обсерватория "Радиоастрон" стала первым за многие годы космическим астрофизическим инструментом, созданным российскими специалистами. Радиотелескоп предназначен для работы совместно с глобальной наземной сетью радиотелескопов, образуя единый наземно-космический интерферометр со сверхдлинной базой (РСДБ) очень высокого углового разрешения - до семи микросекунд.

В ноябре 2011 года ученые провели первые наблюдения в режиме интерферометра - "Радиоастрон" работал в паре с российскими телескопами Института прикладной астрономии РАН, украинским телескопом в Евпатории, немецким телескопом в Эффельсберге (Институт радиоастрономии Общества Макса Планка). В январе 2012 года "Радиоастрон" провел наблюдения в связке с наземными радиотелескопами в самой дальней точке своей орбиты, образовав виртуальный радиотелескоп с рекордным диаметром зеркала - 220 тысяч километров.



 


Поделитесь в социальных сетях

Комментарии 0

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]

Похожие материалы

ТОП Новостей
Материалов за сегодня нет.
Разговоры у камина
Календарь
Последние комментарии
Тайны исчезнувших викингов: загадки Гренландии, замерзшей во времени
Проводник ,ты поинтересовался историей Славяно-Сербии?. Мы наследники империи ,а имперские методы от (от Везунчик)
Тайны исчезнувших викингов: загадки Гренландии, замерзшей во времени
Во многих "священных писаниях" как бы случайно столько совпадений из более древних источни (от Везунчик)
Тайны исчезнувших викингов: загадки Гренландии, замерзшей во времени
Половина меди найденная на Аркаиме имеет кавказское происхождение. Гончарные изделия ,которые там на (от Везунчик)
В Москве и еще нескольких городах России ожидаются смерчи
Осторожнее с желаниями, в последнее время это может быстро произойти, а лишние проблемы - всем лишни (от Проводник)
Искусственный интеллект показал, как люди будут выглядеть через 1000 лет
Бред это, граждане. Вспоминается по этому поводу диалог Стампа и Ури из известного детского фильма, (от Проводник)