Кубсат следит за магнетаром

Ученые с помощью 20 компактных кубических спутников — кубсатов — отследили, как меняются потоки заряженных частиц и гамма-лучей в околоземном космическом пространстве. Авторы зафиксировали несколько мощных вспышек гамма-излучения в 2023 году, а также увеличение потоков электронов в 2021-м и 2022-м, причиной которых стало усиление солнечной активности. Кубсаты, проводившие измерения, выводятся на околоземную орбиту сотрудниками НИИЯФ МГУ начиная с 2018 года.

За десять секстиллионов километров

Гамма-всплески (вспышки электромагнитного гамма-излучения, возникающие при взрыве массивных звезд в дальнем космосе), а также потоки космических заряженных частиц могут нарушать работу наземных и орбитальных электронных устройств. Чтобы подготовить к ним технику, подобные явления нужно отслеживать. В настоящее время гамма-излучение регистрируют сразу несколько обсерваторий, находящихся на низкой околоземной орбите — на расстоянии 400–500 км от Земли. Из-за такого расположения они не могут обеспечить полное сканирование неба, поскольку в каждый момент времени Земля закрывает им примерно 60% обзора. Альтернативой могут служить кубсаты — компактные, более дешевые и простые в производстве спутники, которые запускаются группами, а потому могут обеспечить наблюдение за всем небесным сводом.

Ученые из Московского государственного университета им. M. В. Ломоносова и Белорусского государственного университета начиная с 2018 года участвовали в подготовке запусков 20 компактных кубсатов (габаритами от 1000 до 6000 куб. см и весом от 1 до 6 кг) спутников, которые называют кубсатами. В рамках этой кооперации, которая существует уже более 20 лет, сотрудники БГУ предложили коллегам из МГУ лучшие наработки в области сцинтиллирующих — испускающих свечение при воздействии электронов и гамма-излучения — материалов.

Кубсаты с научной аппаратурой, подготовленной специалистами МГУ, оснащены детекторами рентгеновского и гамма-излучения, а также детекторами заряженных частиц и спектрометрами для наблюдений в видимом и ультрафиолетовом диапазонах. С их помощью ведутся наблюдения за потоками высокоэнергетических частиц в околоземном космическом пространстве с 2018 года по настоящее время.

В ноябре‒декабре 2021 года и в марте 2022-го исследователи зафиксировали увеличение потока высокоэнергетических электронов во внешнем радиационном поясе Земли — зоне, которая простирается до высот порядка 24 тыс. километров и в которой накапливаются и удерживаются заряженные частицы. Кроме того, потоки этих частиц усиливались около полюсов планеты в октябре‒ноябре 2021 года и в июле 2023-го. Это объясняется повышением активности Солнца и проникновением солнечных космических лучей в полярную шапку магнитосферы Земли.

Трижды — 8 августа, 12 августа и 17 сентября 2023 года — кубсаты, запущенные МГУ, зафиксировали сильные всплески гамма-излучения, которые длились от 20 до 140 секунд. Эти всплески возникают в результате взрывов массивных звезд в дальнем космосе, на огромных расстояниях — порядка десятков секстиллионов (числа с 22 нулями) километров от Земли. Достоверность этих наблюдений подтверждается тем, что такие же всплески детектировали приборы космического гамма-телескопа Ферми, работающего на орбите с 2008 года. Кроме этих «подтвержденных» гамма-всплесков наблюдались также гамма-всплески, которые были пропущены другими работающими на орбите телескопами из-за ограниченности их обзора. Это подчеркивает ценность использования кубсатов для охвата наблюдениями всего звездного неба.

Траектории кубсатов в проекции на карту Земли

Svertilov et al. / Advances in Space Research, 2024

«Созвездие-270»

С помощью кубсатов ученые могут отслеживать взрывы звезд как в нашей галактике (гамма-вспышки магнетаров — нейтронных звезд, обладающих исключительно сильным магнитным полем), так и в далеких, а также изменение солнечной активности. Авторы подчеркивают, что стоимость изготовления и запуска кубсата существенно ниже стоимости разработки, изготовления и запуска большого спутника, поэтому обычно их запускают целыми группами, что позволяет одновременно «обозревать» 100% небесного свода.

«В будущем в рамках собственной космической программы МГУ “Созвездие-270” мы планируем запустить еще не менее 20 кубсатов. Кроме того, будет развиваться сеть наземных приемных станций, которая позволит увеличить объем передаваемой с аппаратов информации и синхронизировать орбитальные и наземные наблюдения. Все это позволит отслеживать гамма-всплески практически в любой точке небесной сферы», — рассказывает руководитель проекта Анатолий Июдин, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией космической рентгеновской и гамма-астрономии МГУ.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Advances in Space Research.

По материалам пресс-службы РНФ