Прежде чем перейти к статье, хочу вам представить, экономическую онлайн игру Brave Knights, в которой вы можете играть и зарабатывать. Регистируйтесь, играйте и зарабатывайте!
www.roscosmos.ru/media/img/2020/June/rgb_final_annotated_fig1.png
Может быть я ошибаюсь, но такое чувство, что знаковое событие во внеатмосферной астрономии, произошедшее 10 июня, прошло практически незамеченным. Речь про то, что космический флагман нашей и немецкой астрономии — телескоп «Спектр-РГ» завершил первое полное сканирование всего неба.
Попробую это исправить. Для этого постараюсь объяснить в двух словах чем отличаются разные телескопы, чем важен для мировой науки этот аппарат и описать особенности его работы. Тем более, что судя по тем публикациям прошедшим публикациям, порой авторы не понимают, что означает фраза о его рекордной точности, относя ее вообще ко всем телескопам подобного диапазона.
Дело в том, что орбитальные телескопы уже достаточно давно разбираются на два типа: обзорные и детальные. Первые, предназначены для поиска новых объектов на небесной сфере, желательно с составлением полной карты неба. Вторые, уже нужны для детального изучения выявленных новых источников с выяснением их физической природы и дополнительных характеристик.
Для первых, допустимо использовать широкоугольные оптические системы, для вторых — системы, с как можно меньшим углом. Кроме зоны осмотра, это часто задает ограничения времени наблюдения. Самым близким аналогом является выдержка в фотографии. Чем более широкий угол объектива, тем меньше выдержка для получения одного снимка и наоборот. Ниже это будет показано на примере.
Перед пуском вторых, должны идти первые станции. Именно это позволит ученым управляющим первыми аппаратами, как сказал мне один астрофизик, рассказывая про «Спектр-РГ»: «Перестать тыкаться наудачу, как слепые котята».
Лучше всего это можно показать на примере реальных телескопов. Например, первым обзорным аппаратом в диапазоне жесткого гамма-излучения был COS-B, запущенный в 1975 году. Он имел поле зрения порядка 30х30 градусов, то есть для полного перекрытия небесной сферы ему нужно было сделать 50 наблюдений. Из-за специфики его орбиты ожидалось, что он построит карту неба в гамма лучах за 4 года, а в реальности — за 6 лет работы только около половины всего неба. Но и это был очень весомый результат.
Для примера детальной станции можно взять НЕАО-2 «Эйнштейн» изучавшей в 1978-1981 годах мягкий рентгеновский диапазон. Ее поле зрения было порядка 1 градуса, разрешение до 2 угловых секунд, а чувствительность датчиков требовало выдержки около 104 секунд (2.7 часа).
Если бы от этого телескопа потребовали составить карту всего неба, ему бы понадобилось для этого порядка 100 лет. За время своей работы он просмотрел только 3% неба, но, с качественной точки зрения, это были очень важные 3%. Он изучил почти всех представителей классов рентгеновских источников и даже открыл новые.
И он бы не смог это сделать, если бы ученые не знали заранее, куда смотреть, благодаря пусть и менее детальным картам всего неба, полученным обзорными телескопами.
Так как обзор всего неба это качественный результат, повторять его другим аппаратам с тем же результатом обычно не имеет смысла. В отличии от детальных станций. Последних желательно иметь, как можно больше, пусть и с равным разрешением. Это позволит быстрее изучить открытые районы.
В обзорных системах, для каждой следующей карты желательно повышать разрешение на порядки, что весьма не просто. И проблема даже не в том, что нужно переварить на порядок больший трафик аппарата.
С технической точки зрения обзорный аппарат нужно делать стабилизированным вращением, чтобы за один виток он снимал узкую полосу на небе. И после каждого оборота новую. Именно эта схема и была реализована для «Спектра-РГ». Он был впервые для наших аппаратов выведен в точку Лагранжа, после чего занял постоянную ориентацию на Солнце и начал сканировать небо. Это хорошо видно на схеме из «Вестника» НПО им Лавочкина.
Полный период обращения аппарата вокруг своей оси составляет порядка 4 часов. За эти часы благодаря движения Земли, плоскость вращения аппарата изменилась приблизительно на 0.17 градуса и в поле зрения телескопов попали новые области неба.
Выглядит просто, но каждая следующая карта, дается со все большим трудом. Видно, что время сканирования, передачи и параметров сканирующей системы должны быть жестко синхронизированы.
Но чем более узкое поле зрения, тем быстрее проходит объект через него. Скажем, при угле зрения 10х10 градусов, объект из плоскости эклиптики будет в поле зрения 105 секунд (почти сутки), а при угле 1х1 градус, максимально возможная выдержка падает в сто раз до 103 секунд (16 минут). Требования к приемникам возросли в 100 раз, а линейное разрешение всего в 10 раз. А если потребуем сделать следующий шаг, что максимально возможная выдержка снизиться до считанных минут. А при такой выдержке даже в оптическом диапазоне могут быть проблемы, не говоря о рентгеновском.
В результате, если изначально на обзорных аппаратах были достаточно простые приемники, то на том же «Спектре-РГ» применены сложнейшие телескопы косого падения некоторые элементы которых буквально могут изготовить всего несколько предприятий в мире. И не факт, что когда все научные открытия «Спектра-РГ» будут изучены детальными телескопами, создание следующей обзорной станции будет упираться только в финансовые проблемы, а не встретит сложные технические и научные ограничения.
Сравнение одного участка неба с разных телескопов. АРТ-П/Гранат(детальный), ART-XC/Спектр-РГ (обзорный), NuSTAR (детальный)
Впрочем, до этого еще далеко. Первая обзорная карта неба в рентгеновском диапазоне построена, за следующие несколько лет станция ее дополнительно уточнит, просканирует небо несколько раз. После чего на десятилетия затянутся изучение новых объектов, как по данным «Спектра-РГ», так и при помощи более детальных станций.
