Интернет-магазин космической игрушки SpaceGiraffe.ru

(495)766-94-83

Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.    заказать звонок

Корзина

0 шт. на сумму: 0 руб.
перейти в корзину

  РадиоАстрон

Радиоастрон – это международный проект радиотелескопа, функционирующий под руководством наших учёных. Можно сказать, что Радиоастрон – это несколько радиотелескопов, соединённых в единую сеть. Радиоастрон – это самый «зоркий» телескоп, который когда-либо был в руках человека: его разрешающая способность в десятки раз превосходит всё, что до сих пор было доступно учёным всего мира. Это значит, что объекты, ранее невидимые или выглядевшие доселе как крохотные точки на экране компьютеров, теперь раскроют астрономам свою внутреннюю структуру. Короче говоря, мы сможем разглядеть очень-очень мелкие детали на очень-очень большом расстоянии от нас, и это очень здорово. Но обо всём по порядку.

1

Радиоастрон – это радиотелескоп

Что это значит? Это означает, что этот телескоп собирает не видимый человеческим глазом свет от далёких звёздных систем и галактик (как это делают привычные нам телескопы), а радиоволны, которые эти звёзды или галактики (или другие интересные объекты, например, аккреционные диски вокруг чёрных дыр) излучают. Чтобы понять, как устроен радиотелескоп, достаточно посмотреть на какую-нибудь спутниковую антенну-тарелку.

2
Клязинский радиотелескоп (Тверская область)

Она состоит из двух основных частей: зеркала для радиоволн – «тарелки» - и чувствительного приёмника радиоволн. «Тарелка» играет роль главного зеркала в обычном телескопе: собирает радиоволны и фокусирует их в приёмник. Точно так же работают и радиотелескопы. У радиотелескопов есть интересная особенность: они лишь измеряют энергию излучения, приходящего с направления, в котором «смотрит» телескоп.

Представьте себе, что в космосе болтается длинная-длинная (длиной с диаметр Луны), излучающая радиоволны палка, и вы хотите построить её изображение с помощью радиотелескопа. Тогда для этого вам придётся наводить телескоп на каждую точку этой палки измерять её «яркость» в каждой точке. И только после этого по этим точкам вы сможете восстановить изображение палки в радиодиапазоне. Не слишком-то удобно, что нельзя сразу же получить полное изображение. Но это единственный способ наблюдения за небом в радиодиапазоне.

Вторая часть – это космический аппарат «Спектр-Р», обращающийся вокруг Земли по очень сильно вытянутой эллиптической орбите. Это главная и самая важная часть проекта Радиоастрон, без неё ничего не получится. Спектр-Р – это уникальный радиотелескоп, созданный в НПО имени Лавочкина по заказу группы астрофизиков из Физического института Академии наук (ФИАН). Устройство этого телескопа схоже с другими радиотелескопами. У Спектра-Р тоже есть «зеркало» -антенна, собирающая радиосигналы от далёких объектов, и «окуляр» - чувствительный приёмник, в который фокусируются радиоволны. Разница лишь в том, что Спектр-Р летает в космосе, что делает создание такого телескопа очень сложной задачей.

Зачем нужна космическая часть?

Помните пример с излучающей радиоволны палкой размером с Луну, который приведен в самом начале? Представьте теперь, что эта палка находится не рядом с Землёй, а где-нибудь за орбитой Плутона. С такого большого расстояния она будет выглядеть даже для хорошего радиотелескопа как очень-очень маленький объект. Хорошо, если удастся получить сигнал из двух-трёх точек (скажем, начало, середина и конец) этой излучающей палки.

если объект наблюдения находится ещё дальше, например, в другой галактике? Тогда даже самыми лучшими телескопами он будет восприниматься просто как испускающая радиоволны точка. Когда в телескоп не удаётся рассмотреть структуру далёкого объекта, то есть когда в нашем случае вместо длинной палки мы «видим» одну лишь только точку, то говорят, что достигнут предел разрешающей способности телескопа. Это значит, что он не может рассмотреть структуру далёкого объекта, разрешить (рассмотреть, различить) её.

А как повысить разрешающую способность телескопа? Есть несколько способов, один из них – это увеличить диаметр главного зеркала (или антенны). Самым большим радиозеркалом, которое пока что удалось сделать, обладает телескоп РАТАН-600, установленный рядом с городом Архыз (там у нас ещё минералочку делают). Диаметр его «зеркала» 600 метров. Но делать зеркала всё больше и больше очень сложно.

Тогда как ещё можно выкрутиться? Как всегда – подумать. Вот и давайте с вами подумаем: количество собираемого сигнала (радиоволн или света) зависит от площади зеркала - чем больше площадь зеркала, тем больше «света» на него падает. Но разрешающая способность телескопа зависит не от площади зеркала, а от его диаметра. А теперь смотрите, какой хитрый трюк: давайте возьмём два радиотелескопа, удалим их друг от друга, скажем, на сотню километров, направим их на один и тот же объект в космосе, а сигналы телескопов синхронизируем. Что из этого выйдет? А выйдет вот что: такая система двух (или нескольких) телескопов будет функционировать как единый телескоп с эффективным диаметром зеркала, равным максимальному расстоянию между телескопами, т.е. в нашем примере - 100 км.

Конечно, сигнал будет в сотни раз слабее, чем если бы мы сделали монолитную антенну такого же диаметра. Но зато разрешение будет такое же, как если бы и вправду сделали огромный стокилометровый телескоп. А значит, мы сможем разглядеть подробности каких-нибудь очень далёких радиоисточников.

3

На этом графике показано, насколько мелкие детали в радиодипазано сможет различить Радиоастрон

Такие системы ещё называют интерферометрическими. Именно по такому принципу и были созданы европейская и американская системы радиотелескопов. Европейская сеть радиотелескопов долгое время обладала наибольшей в истории человечества разрешающей способностью. Угадайте, кто её подвинет?

Теоретически, максимальный диаметр такой системы телескопов ограничен диаметром Земли: можно поставить один телескоп в одном полушарии, а другой – строго с другой стороны нашей планеты. Как ещё можно улучшить эту систему? Запустить один из телескопов в космос.

4

Вот это и было сделано нашими астрономами. Спектр-Р вращается вокруг Земли по очень вытянутой орбите. В перигее (самая близкая к Земле точка орбиты) он проходит на расстоянии 600 километров от нашей планеты, а в апогее (угадайте, какая точка орбиты) Спектр-Р почти что долетает до Луны (350 000 км). То есть диаметр «зеркала» такой системы составит от 600 до 350 000 км. Это очень круто.

Как устроен Спектр-Р?

Самая большая часть Спектра-Р - это его антенна. Она сделана наподобие раскрывающегося цветка, состоящего из 27 лепестков.

5

Вид снизу на раскрытую антенну Спектра-Р

При выведении на орбиту антенна находилась в сложенном состоянии. Уже в космосе антенна механически раскрылась, и у российских астрономов и их зарубежных коллег появился 10-метровый космический радиотелескоп.
Вторым по важности элементом на борту являются часы, работающие на атомах водорода. Таких часов было двое. Как сообщали многие СМИ, один из аппаратов, считавшийся основным, в космосе взбунтовался и отказался отсчитывать время как положено. На самом деле, ничего подобного не происходило, оба водородных стандарта частоты работают в штатном режиме. Если бы часы перестали бы работать как положено, то качество данных со спутника могло сильно пострадать. Часы на Спектре нужны для синхронизации с наземными телескопами.
Ещё на космическом аппарате есть обычная радиоантенна для передачи данных на земные станции слежения и небольшой, но очень важный приборчик Плазма-Ф, отправившийся на орбиту за компанию с радиотелескопом, чтобы исследовать межпланетную плазму в той части околоземного пространства, которую прежде почти не изучали.

Что будет изучать Радиоастрон?

Учёные планируют использовать космическую обсерваторию, чтобы во всех подробностях рассмотреть процессы, которые происходят в окрестностях сверхмассивных чёрных дыр, в центрах далёких и близких галактик, и различить мельчайшие детали их магнитного поля. Скорее всего, им удастся узнать подробности того, как в наши дни из разреженного межзвездного газа образуются планеты и звёзды, и даже определить, из чего, наконец, состоит наша Вселенная, точнейшим образом измеряя расстояния до внегалактических объектов и их размеры. Кроме того, Радиоастрон поможет исследовать структуру плазмы, заполняющей нашу Солнечную систему и пространство между звёздами и галактиками. Ну и выполнит небольшие, но приятные мелочи: уточнит глобальную систему координат, проверит современную теорию тяготения и общую теорию относительности Эйнштейна в таких масштабах, которые прежде были недоступны для точных измерений.

Рассчётный срок работы Спектра-Р составляет пять лет, хотя сам телескоп способен проработать и дольше. Но дело в том, что аппарат будет часто попадать в радиационные пояса Земли, и никто не знает, как это отразится на его здоровье, поскольку подобного опыта у специалистов ни одной страны до сих пор не было.

Интересно, что орбита Спектра будет немного меняться под влиянием притяжения Луны. Изменение орбиты спутника было задумано в самом начале проекта. Это позволит телескопу наблюдать с высоким разрешением новые объекты на небе – как бы поворачивая телескоп в пространстве. Теоретически, за пять лет Спектр-Р охватит своим взором около 80% небесной сферы.

На этом видео на третьей минуте хорошо показано, как эволюционирует орбита спутника. Здесь же можно посмотреть многие другие технические характеристики, не описанные в этой статье, вроде точности измерения орбиты и скорости, с которой спутник движется по орбите.

Орбита спутника должна оставаться устойчивой в течение как минимум девяти лет. Это значит, что за это время в течение этого времени спутник не упадёт на Землю. Если за это время космическая радиация или что-нибудь ещё не угробят Спектр, то мы с вами узнаем много нового.
Немного инфографики:

6

 

Станции слежения

Для получения самых подробных изображений (с той самой высокой разрешающей способностью, ради которой так старались) наблюдения телескопов должны быть точнейшим образом синхронизованы. Это чем-то напоминает работу военных дешифровщиков прошлого, которым приходилось сводить воедино сообщения, переданные противником в потоках ничего не значащих слов по двум разным каналам, когда один из каналов определяет, на какие слова обратить внимание в другом. Если дешифровщик сдвинет потоки друг относительно друга, никакого связного текста не получится, и пользы от такой дешифровки немного. Так работает и Радиоастрон.

Спектр-Р передаёт свои наблюдения на Землю и одновременно с этим передается сигнал от водородных часов на борту. Измерение параметров сигнала часов позволяет определить точную скорость движения спутника. Такие же атомные часы придётся использовать и всем наземным телескопам, которые будут участвовать в наблюдениях. В конечном итоге все части "шифровки", состоящей из записанных радиосигналов от звёзд и временных отметок, поступают в единый центр обработки данных, который способен справиться с одновременными наблюдениями сразу всех телескопов - одного космического и многих наземных. Там данные синхронизируются и обрабатываются уже так, будто бы это поток информации с одного огромного телескопа с зеркалом, простирающимся от Земли до Луны.

В настоящий момент информацию со Спектра принимают три станции, разбросанные по планете так, чтобы в любой момент времени принимать устойчивый сигнал со спутника. Одна из них – это 22-метровый радиотелескоп Пущинской радиоастрономической обсерватории, две другие находятся в США (рядом с Вашингтоном) и ЮАР.

Ну и напоследок интервью с создателями Радиоастрона:

 

 

Константин Кудинов

Дорогие друзья! Если вам понравился этот рассказ, и вы хотите быть в курсе новых публикаций о космонавтике и астрономии для детей, то подписывайтесь на новости наших сообществ

в контакте,

Фейсбуке,

или живом журнале.

Специально для вас в этих группах мы будем выкладывать последние записи в нашем блоге.