Разглядеть рентгеновский пульсар

Институт космических исследований (ИКИ) РАН и «Роскосмос» сообщили, что получены первые изображения с российского телескопа ART-XC, установленного на космической обсерватории «Спектр-РГ». На снимке, сделанном 30 июля, показан яркий рентгеновский пульсар Центавр X-3 (Cen X-3). Как говорят в ИКИ, это первое измерение фона рентгеновским детектором на удалении около миллиона километров от Земли. За этими скупыми и для многих неясными словами скрыто важнейшее достижение российской космической науки.

Как рассказал «Стимулу» незадолго до запуска аппарата директор ИКИ член-корреспондент РАН Анатолий Петрукович, «“Спектр-РГ” — самый многообещающий российский космический проект последних лет. Это большая космическая обсерватория с двумя рентгеновскими телескопами — российским ART-XC и немецким eROSITA. На Земле такие инструменты не могут работать в принципе, поскольку атмосфера непрозрачна для рентгеновского излучения. Единственное возможное место для наблюдения за небом в этом диапазоне — космос».

Телескоп ART-XC имеет разрешение до 45 угловых секунд. Это примерно соответствует разрешению человеческого глаза, так что с этим прибором астрономы смогут изучать небо в рентгеновских лучах так, как если бы это излучение можно было видеть без всяких инструментов. Разрешение построенного в конце 1990-х и до сих пор работающего телескопа обсерватории Chandra — 0,5 угловой секунды, однако ему, как и европейскому XMM-Newton, доступны только рентгеновские лучи энергией до 10 килоэлектронвольт. Более жесткое излучение может видеть международный телескоп INTEGRAL, совместный проект ESA, NASA и «Роскосмоса». Однако его разрешение составляет всего 12 угловых минут. Так что получается, что с запуском «Спектра-РГ» астрономы получают инструмент с совершенно новыми возможностями.

Анатолий Петрукович: «“Спектр-РГ” — самый многообещающий российский космический проект последних лет. Это большая космическая обсерватория с двумя рентгеновскими телескопами — российским ART-XC и немецким eROSITA. На Земле такие инструменты не могут работать в принципе, поскольку атмосфера непрозрачна для рентгеновского излучения. Единственное возможное место для наблюдения за небом в этом диапазоне — космос».

Алексей Таранин

С помощью аппарата ученые хотят составить подробную карту Вселенной в рентгеновском диапазоне. «Спектр-РГ» в течение четырех лет будет находиться в точке Лагранжа L2, в 1,5 млн км от Земли. В этой области суммарная гравитация Земли и Солнца уравновешивается центробежными силами, поэтому любой объект, оказавшийся в этой области, делает один оборот вокруг Солнца синхронно с Землей, ровно за один земной год.

В окрестностях этой точки может находиться космический аппарат, но в долгосрочной перспективе она неустойчива, из-за чего аппарату необходима периодическая корректировка орбиты при помощи двигателей. В точку Лагранжа аппарат прилетит в конце октября. Но уже сейчас ясно, что оборудование аппарата работает правильно.

Рентгеновский обзор позволит обнаружить все тяжелые скопления галактик во Вселенной. Эти данные в первую очередь важны для космологии, так как предоставят новую информацию о крупномасштабной структуре распределения вещества и ее эволюции с течением времени. В свою очередь, эта информация поможет точнее определить влияние темной материи и темной энергии на обычное вещество на протяжении миллиардов лет существования скоплений галактик.

Заказчиком проекта была Российская академия наук, аппаратура собиралась в Институте космических исследований РАН и в Российском федеральном ядерном центре в Сарове. А «Роскосмос» обеспечил вывод спутника на орбиту. Как заметил президент РАН Александр Сергеев, «именно содружество Российской академии наук, “Росатома” и “Роскосмоса” позволяет достигать таких успехов».

Научный руководитель миссии — академик РАН Рашид Сюняев, научный руководитель по телескопу ART-XC — доктор физматнаук Михаил Павлинский, научный руководитель по телескопу eROSITA — доктор Петер Предель (Германия). С помощью аппарата «Спектр-РГ» ученые рассчитывают увидеть рентгеновские изображения миллионов черных дыр, скопления галактик, остывающие нейтронные звезды.

Как рассказал Анатолий Петрукович, «проект “Спектр-РГ” является продолжением недавно завершившегося проекта — проработавшего почти восемь лет “Спектра-Р”, связь с которым, к сожалению, недавно была потеряна. Научная нагрузка этого аппарата — космический радиоинтерферометр “Радиоастрон” разработки ФИАН имени Лебедева и комплекс приборов ИКИ РАН для мониторинга солнечного ветра “Плазма-Ф”, который принес очень интересные результаты по структуре солнечного ветра. Раньше считали, что солнечный ветер — это единый поток, а сейчас выяснилось, что это струя плазмы, которая разбивается, как душ, на струйки, летящие примерно в одну сторону, но ведущие себя отчасти независимо, и каждая немного под углом к соседям. Это важно потому, что при взаимодействии этих струй между собой и с магнитным полем Земли происходит потеря энергии солнечного ветра».

В ИКИ планируют продолжить эти исследования и в следующем проекте, который носит название «Резонанс». Кроме того, очень большую роль в этих исследованиях в последнее время играют микроспутники весом до ста килограммов и наноспутники — до десяти килограммов. Малый формат спутников позволяет существенно сократить затраты на исследования и запускать спутники чаще. Несколько лет назад с борта МКС был запущен микроспутник «Чибис-М», весом пятьдесят килограммов, изготовленный в ИКИ.

Из российских космических проектов надо отметить еще проект «ЭкзоМарс», реализуемый совместно с Европейским космическим агентством. В рамках этого проекта два российских прибора уже работают на околомарсианской орбите на европейском аппарате, который был запущен в 2016 году. А сейчас готовится к запуску в 2020 году миссия, в рамках которой предполагается доставить на Марс российскую посадочную платформу с европейским марсоходом, на котором будут установлены в том числе российские приборы.

Наряду с проектами в области фундаментальной науки ИКИ и другие научные центры России проводят и прикладные исследования, направленные на изучение процессов, протекающих на Земле, которые легче осуществлять из космоса. В ИКИ находится один из крупнейших архивов данных российских и зарубежных спутников дистанционного зондирования Земли, организован центр коллективного пользования.

Например, в институте разработаны методы, позволяющие классифицировать из космоса более 20 типов леса, сельскохозяйственные посадки, строить модели для оценки ожидаемого урожая, определять состояние лесных массивов, следить за пожарами, за повреждениями растительности.

Другая интересная тема — динамика изменения растительного покрова в связи с глобальным потеплением. В ИКИ накоплены архивы за многие годы, которые позволяют количественно оценивать протекающие процессы. Например, уже четко видно, что граница тундры и тайги постепенно сдвигается севернее. Это означает, что потепление действительно происходит.