Россия запускает телескоп для изучения темной энергии

В рамках российской программы развития космической науки, испытывающей серьезные финансовые затруднения, в этом месяце должна быть одержана редкая победа. С космодрома на территории Казахстана 21 июня будет запущен научный космический аппарат «Спектр-Рентген-Гамма» («Спектр-РГ»), космическая обсерватория для создания карты видимой Вселенной, на которой будут отмечены порядка 100 тысяч крупных скоплений галактик. Скопления, содержащие до тысячи галактик и имеющие массу, равную одному миллиону миллиардов Солнц, являются крупнейшими структурами, связанными гравитацией во Вселенной. Их изучение должно пролить свет на эволюцию Вселенной и природу темной энергии, которая ускоряет ее расширение.

Проект «Спектр-РГ», впервые предложенный более 30 лет назад в рамках советского плана создания серии амбициозных «крупных обсерваторий» по аналогии с космическим телескопом «Хаббл» (Hubble) НАСА, «стал жертвой» сокращения расходов в постсоветской России, находившейся в сложном финансовом положении. Но в начале прошлого десятилетия проект был возрожден. В рамках нового проекта стоимостью около 500 миллионов евро на космической платформе будут установлены два рентгеновских телескопа производства Германии и России. Обсерватория будет выполнять новую миссию: не просто обзор небесной сферы в поисках интересных источников рентгеновского излучения, таких как сверхмассивные черные дыры, которые поглощают попадающую в них материю, но и составление карты с нанесением на нее достаточного количества скоплений галактик, чтобы узнать причину существования Вселенной. Из-за появления новых задач запуск обсерватории неоднократно откладывался. «Было много успехов и неудач, — говорит Петер Предель (Peter Predehl), руководитель команды из немецкого Института внеземной физики Общества Макса Планка (MPE) в Гархинге, в котором был создан один из двух телескопов спутника. — Каждый раз, когда мы думали, что трудности остались позади, появлялись новые».

Проект «Спектр-РГ» появился в конце 1980-х. Гласность вдохновляла советских исследователей на сотрудничество с западными коллегами, и изучение SN 1987A, ближайшей в наше время сверхновой звезды, продемонстрировало возможности рентгеновских лучей в наблюдении этих мощных явлений. Научный руководитель проекта Рашид Суняев из московского Института космических исследований (ИКИ) предложил создать обсерваторию с рентгеновским телескопом на орбите над атмосферой Земли, которая блокирует рентгеновские лучи. Вскоре в 6-тонной обсерватории было установлено пять телескопов, и в ее создании участвовали 20 институтов из 12 стран, включая США. Но после распада СССР «Роскосмос» всячески старался сохранить свою космическую станцию «Мир» и внести вклад в расширение международной космической станции (МКС). «Нам сказали, что этот космический корабль слишком велик для России, слишком амбициозен, — говорит Суняев, теперь являющийся директором Института астрофизики общества Макса Планка в Гархинге. — Он попросту ушел в небытие».

Возрождение проекта началось в 2003 году с планов создания небольшой обсерватории с построенным в Великобритании рентгеновским монитором и рентгеновским обзорным телескопом MPE под названием ROSITA, которая была предназначена для МКС, но ее запуск был отменен из-за катастрофы космического челнока «Челленджер» (Challenger). Новым импульсом стала космология. Изучение далеких сверхновых звезд в 1990-е годы показало, что расширение Вселенной ускоряется. Ученые хотели подробнее узнать о темной энергии, таинственной силе, которая его вызывает, и о том, изменяется ли она в пространстве или во времени. Одними из лучших индикаторов являются кластеры галактик, говорит астроном и специалист по рентгеновскому излучению Эндрю Фабиан (Andrew Fabian) из Института астрономии (IoA) в Кембридже (Великобритания). «Кластеры являются самыми массивными объектами во Вселенной, кульминационной точкой в процессе образования галактик, и они очень хорошо поддаются космологическому моделированию».

Они лучше всего видны в рентгеновских лучах, потому что пространство между галактиками заполнено газом, который нагревается до миллионов градусов, когда галактики сталкиваются друг с другом, образуя скопление. По словам Эсры Булбул (Esra Bulbul) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже, штат Массачусетс, которая недавно присоединилась к команде MPE, «Спектр-РГ» «будет изучать эволюцию структуры Вселенной».

Задача состояла в том, чтобы расширить возможности существующего телескопа ROSITA, который позволял «собрать» только до 10 тысяч скоплений галактик. В результате переговоров появился проект создания новой версии телескопа с «расширенными возможностями», eROSITA, стоимостью 90 миллионов евро, которые выделили MPE и германский центр авиации и космонавтики DLR. Это — система из семи одинаковых телескопов с эффективной собирающей поверхностью, чувствительность которой в пять раз превышает первоначальный прибор. Россия и Германия подписали соглашение в 2007 году, в соответствии с которым запуск был предварительно назначен на 2012 год.

Но в ходе работы над проектом возникали проблемы. На британский телескоп не было выделено финансирование, и его заменили российским телескопом ART-XC, который будет дополнять телескоп eROSITA и обнаруживать более редкие рентгеновские лучи в более жестком диапазоне энергий. Хотя собрать более жесткие фотоны сложнее, они позволяют с большей эффективностью наблюдать сверхмассивные черные дыры в галактических центрах, поскольку они пронизывают окутывающие их облака газа и пыли.

Изготовление зеркал для телескопа eROSITA также оказалось более сложной задачей, чем ожидалось. Поскольку рентгеновские лучи проникают в обычное плоское зеркало телескопа, для их фокусировки необходимы цилиндрические зеркала, которые собирают рентгеновские фотоны в скользящих под небольшим углом отражениях от внутренних поверхностей. В каждом из семи зеркальных модулей телескопа eROSITA установлены по 54 вложенных друг в друга позолоченных цилиндрических зеркала. Чтобы фокусировать фотоны, они по форме должны точно соответствовать друг другу. Их изготовление оказалось настолько сложным, что команде MPE в процессе работы пришлось уволить своего главного подрядчика. «Это чуть не привело к провалу», — говорит Предель.

Решение разместить телескоп в спокойной, уравновешенной гравитацией точке за Луной, вне области действия магнитного поля Земли, означало, что электроника должна быть защищена от солнечной радиации. Из-за несовместимости немецких и российских электронных приборов запуск пришлось отложить. Причиной задержки запуска стали и проблемы с системой связи космического аппарата и изменения в ракете-носителе.

Теперь, когда обсерватория «Спектр-РГ» наконец готова, на нее возлагают большие надежды. «Это будет революция с точки зрения чисел, — говорит астроном IoA Джордж Лэнсбери (George Lansbury), имея в виду перевод исследования рентгеновских излучений в «режим больших данных».

Реализация проекта также может стать редкой удачей в российской программе создания крупных обсерваторий. Ранее на орбиту была выведена только одна из них: в 2011 году была запущена обсерватория «Радиоастрон» с радиотелескопом на космическом аппарате «Спектр-Р», которая не оправдала ожиданий, и возродить которую было невозможно после сбоя в начале этого года.

Не исключено, что астрономам предстоит долго ждать появления последующих модификаций космической обсерватории «Спектр-РГ»: обсерватории с УФ-телескопом «Спектр-УФ» и обсерватории с радиотелескопом миллиметрового диапазона длин волн «Спектр-М». В процессе создания телескопа «Спектр-УФ» были времена, близкие к провалу проекта, — последний раз это случилось в 2014 году, когда из-за аннексии Россией украинского полуострова Крым крупные украинские партнеры отказались от участия в проекте. Теперь запуск обсерватории запланирован на 2025 год, но, по словам Суняева, из проекта вышли некоторые партнеры, включая немецкую команду, которая должна была предоставить спектрограф. Проект по созданию телескопа «Спектр-М», запуск которого был следующим на очереди, пока в полном объеме не финансируется, говорит он. А тем временем те научные задачи, для которых предназначаются российские космические обсерватории, возможно, «перехватят» альтернативные телескопы, запущенные другими странами.

«Россия делает все возможное в рамках имеющегося бюджета», — говорит Михаил Павлинский, руководитель проекта «Спектр-РГ» из ИКИ. Он отмечает, что «Роскосмос» с его скудным бюджетом в размере 20,5 миллиарда долларов, рассчитанным на 10 лет, вынужден решать многочисленные задачи. Россия строит спускаемый аппарат и посадочную платформу для европейского марсохода ExoMars, который должен быть запущен в следующем году, и, как и другие страны, надеется в 2021 году вновь начать полеты на Луну, запустив посадочную станцию «Луна-25». По словам Павлинского, для российских астрофизиков: «Это означает медленное достижение успехов».