В бывшем Арзамасе-16 – сегодня это город Саров (Федеральный ядерный центр РФ, «колыбель» первой атомной бомбы и предприятие ГК «Росатом») – учёные разработали чудо-оптику для обнаружения и изучения недоступных (пока недоступных!) объектов в космосе. Речь идёт о супертелескопе АРТ-XC для Международной орбитальной астрофизической обсерватории «Спектр-Рентген-Гамма». Она должна «улететь» в космос осенью 2013 года.
Над этим мегапроектом работают не только российские учёные (ВНИИ экспериментальной физики, Саров, Институт космических исследований РАН, Москва, НПО имени С.А. Лавочкина, Химки), но и немецкие (Институт Макса Планка, Гаршинг, Институт астрофизики, Потсдам, а также самые светлые мозги из университета Гамбурга).
Обзор всего неба
Почему для этого проекта так важен супертелескоп, аналогов которому пока нет в мире, хотя в космосе работают такие титаны, как «Хаббл», «Гершель», «Кеплер»? У этих телескопов – довольно «узкий» угол зрения.
– Разработки учёных Росатома позволят исследовать Вселенную в совершенно новом качестве, – считает заместитель директора Института космических исследований РАН, доктор физико-математических наук Михаил Павлинский. – «Спектр-Рентген-Гамма» впервые сделает полный обзор всего неба с рекордной чувствительностью, угловым и энергетическим разрешением в жёстком диапазоне энергий. Будет открыто около 3 миллионов новых ядер активных галактик и до 100 тысяч новых скоплений галактик. Обсерватория сможет зарегистрировать все существующие во Вселенной крупные скопления галактик. Обзор подобного качества и полноты позволяет решать самые амбициозные проблемы современной космологии.
Галилеева зрительная труба
Интерес к звёздному небу возник не вчера. Знаменитый итальянский учёный Галилео Галилей ещё в 1610 г. писал: « … дошёл слух, что некий бельгиец построил перспективу (так Галилей называл телескоп), при помощи которой видимы предметы, далеко расположенные от глаз». Вскоре Галилей сам сконструировал зрительную трубу. Галилеева зрительная труба состояла из двух стёкол, из которых обращённое к предмету (объектив) было выпуклое, а обращённое к глазу (окуляр) – вогнутое. Изучение зрительных труб Галилея, которые хранятся в Музее истории науки во Флоренции, показывает: первый его телескоп давал увеличение в 14 раз, второй – в 19,5 раза, а третий – в 34,6 раза.
Галилей был первым человеком, посмотревшим на ночное небо через телескоп. Он хорошо разглядел Луну. Потом на небе обнаружил множество новых звёзд. В созвездии Плеяд оказалось более 30 звёзд, в то время как прежде числилось всего 7. В созвездии Ориона – 80 вместо 8. Все эти поразительные открытия были сделаны за короткое время. На современников Галилея они произвели глубокое впечатление: только в Италии Галилей получил заказ на 100 своих «перспектив».
В 1672 г. ещё один гениальный учёный, англичанин Исаак Ньютон, предложил новую конструкцию телескопа (он назвал его рефрактор). Объективом на этот раз было вогнутое металлическое зеркало.
Создание телескопа ознаменовало новую веху в развитии человечества. Точная оптика вошла в науку как новое средство познания мира.
Третья революция
За 400 прошедших лет человечество не потеряло интереса к звёздному небу. Заведующий лабораторией космической гамма-спектроскопии Института космических исследований РАН Игорь Митрофанов отметил: «Космическая эра произвела вторую революцию в астрономии и астрофизике после первой – изобретения оптического телескопа Галилео Галилеем».
Учёные из ядерного Сарова сегодня, похоже, готовят третью революцию.
– Работы по созданию рентгеновского зеркального телескопа АРТ-ХС начинались трижды, и трижды технологии не позволяли продвинуться вперёд, – рассказали «АН» в пресс-службе ВНИИ экспериментальной физики. – И только у нас в Сарове эта технология была освоена. Какие же проблемы были решены при создании AРT-XC? Разработаны технологии и производственная база никелевых рентгеновских зеркал с уникальным иридиевым покрытием. Создана измерительная база для контроля матриц, используемых для изготовления зеркал. Прибор превосходит все предыдущие аналоги: его спектральный диапазон – 6–30 кэВ.
С помощью такого телескопа орбитальная обсерватория будет производить полный обзор всего неба с рекордными чувствительностью, угловым и энергетическим разрешением. Саровский телескоп способен вычленять и анализировать слабые рентгеновские сигналы из высокого фонового излучения. Для достижения этой цели были разработаны уникальные концентраторы рентгеновских лучей, основу которых составила поликапиллярная оптика. Эта оптика разработана известным российским учёным – профессором М. Кумаховым (Институт рентгеновской оптики). Важное замечание. Чувствительность саровского супертелескопа превзойдёт более чем в 10 раз все существующие рентгеновские телескопы.
Справка «АН»
Коши горизонт – поверхность, являющаяся границей области причинной предсказуемости физических явлений в будущем по начальным данным, заданным на некоторой трёхмерной поверхности. Термин был введён в 1966 г. известными британскими физиками-теоретиками Роджером Пенроузом и Стивеном Хокингом при исследовании задачи Коши в общей теории относительности.
Как найти пятое измерение
Предполагается, что телескоп орбитальной обсерватории изучит всё видимое с Земли небо в гамма- и рентгеновском спектральном диапазонах приблизительно за пять лет. Помимо поисков «тёмной энергии» «Спектр-Рентген-Гамма» будет изучать нейтронные и сверхновые звёзды, гамма-всплески, а также вести исследование сильно поглощённых двойных систем в нашей Галактике. Полученная информация должна помочь учёным в исследовании загадочной «тёмной» энергии. Именно с пониманием природы этого явления станет возможным доказательство существования пятого измерения: привычный мир содержит три пространственных и одно временное измерение.
Анализ сконцентрированных рентгеновских лучей даст учёным и информацию о физических процессах и геометрии их источников. Ими могут быть коронально-активные звёзды, рентгеновские двойные, белые карлики, остатки вспышек сверхновых.
Важное замечание
Один из основоположников космоса, знаменитый учёный Константин Циолковский ещё в начале XX века полагал: для человечества настало время покинуть колыбель – Землю.
Где прячутся высокоразвитые цивилизации
Что ещё сможет обсерватория «Спектр РГ» с супертелескопом на борту? Предметно исследовать чёрные дыры.
– Внутри чёрных дыр могут существовать формы жизни, в том числе в виде высокоразвитых цивилизаций, которые в силу разных причин не хотят раскрывать своё местоположение перед «братьями по разуму», – считает сотрудник Института ядерных исследований РАН Вячеслав Докучаев. – Но проблема заключается в том, что обнаружить эти формы жизни не позволяет так называемый горизонт событий – первичная область чёрных дыр, где время и пространство сливаются воедино.
Докучаев считает: за пределами горизонта событий есть «горизонт Коши»: область, где пространство и время приобретают свои обычные свойства. Объекты в нём вращаются так же, как и планеты нашей Солнечной системы. Правда, в отличие от обычных орбит эти имеют не круговую, а более сложную форму, напоминающую венок из лепестков. По мнению учёного, на таких планетах существуют условия для формирования сложных химических веществ. Значит, есть все предпосылки для зарождения жизни, в том числе и высокоразвитых цивилизаций. Получается, что для продвинутых инопланетян чёрные дыры являются идеальным прибежищем… Возможно, со временем земляне получат приглашение прийти в гости?
Открыто 1235 экзопланет
В Млечном Пути, по мнению учёных-астрофизиков, может находиться около двух миллиардов планет. Такая оценка была сделана по итогам анализа данных, собранных телескопом «Кеплер» (США). Этот телескоп ищет внесолнечные планеты, следя за яркостью звёзд. Анализируя их «подмигивания», астрономы определяют не только сам факт существования планеты, но также её размер и период обращения. Общее число известных учёным экзопланет (планет за пределами Солнечной системы) уже возросло до 1235. Учёные считают: за три года работы «Кеплер» сможет обнаружить около 12 землеподобных миров. А всего вокруг звёзд в Млечном Пути предположительно обращается около 50 млрд. планет.
Эти «загадки» в скором времени и будет решать «Спектр-Рентген-Гамма», поскольку конгрессмены США грозятся обрубить финансирование нового «продвинутого» американского орбитального телескопа «Джеймс Уэбб». По самым смелым прогнозам, это чудо должно попасть в космос лишь в 2018 году, а затраты на него за последние годы возросли в 10 раз. Многие эксперты сомневаются, что «Джеймс Уэбб» вообще начнёт свою работу в космосе.
Значит, конкурентов у нас в ближайшее время не будет?
Байконур или Куру?
В качестве средства выведения для проекта «Спектр РГ» предполагается использовать носитель «Союз» с разгонным блоком «Фрегат». Сегодня рассматриваются два варианта запуска: первый с космодрома Байконур (Казахстан) на ракете-носителе «Союз-ФГ», второй – с космодрома Куру (Французская Гвиана, Южная Америка) на носителе «Союз-СТ». Если пуск будет осуществлён с Байконура, то аппарат будет выведен на орбиту высотой 600 км и наклонением менее 30° (в зависимости от окончательной массы обсерватории), при старте с Куру – на орбиту высотой 600 км и наклонением менее 5°.
В случае запуска «Спектра РГ» с Байконура в качестве наземного комплекса будут использованы ЦУП НПО имени С.А. Лавочкина. Но если пуск обсерватории произойдет с Куру, в качестве наземного комплекса будет использована наземная станция ЕКА в Куру и, возможно, итальянская наземная станция в Малинди (Кения).
Cтартовая масса астрофизической орбитальной обсерватории «Спектр-Рентген-Гамма» – 2100 кг. Расчётный срок активного существования – семь лет (с возможностью пролонгации до 10 лет).