В чем заключается проект радиоастрон и для чего он нужен

Проект «Радиоастрон»

Радиоастрономия – это наука, изучающая астрономические объекты через анализ их излучения. Она зародилась в 30-е гг XX века и с тех пор прошла большой путь и эволюционировала в наука с применением самого современного оборудования. Главными инструментами радиоастрономии является радиотелескоп, радиометр, радиоспектограф. В настоящее время существует много астрономических обсерваторий и институтов, занимающихся изучением радиоастрономии. Один из них Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (АКЦ ФИАН). Именно он является координатором миссии «Радиоастрон».

Российская космическая обсерватория «Радиоастрон»

Вопрос науки. Проект Радиоастрон

Что такое «Радиоастрон»?

Заглянуть в черную дыру: Радиоастрон и загадки Вселенной

Цели миссии

«Радиоастрон» часто сравнивают с американским хабблом, и отмечается, что он гораздо мощнее и зорче, чем американский соперник. Кроме того, «Радиоастрон» работает вместе с мощными наземными телескопами. Всё это обеспечивает уже вышеуказанную цель – исследование астрономических объектов, которые изучаются современной астрономией, а именно:

Наша галактика взгляд со стороны

Результаты работы «Радиоастрона» за 2011-2013 года

Начальные работы были по проведению тестирования системы, проверяли, на что способен аппарат и на наличие возможных неисправностей, а также посылались и принимались первые сигналы между телескопами на земле и в космосе.

Кроме этого к декабрю 2011 учёные смогли рассмотреть так называемую ножку «джета», которая извергается из горячей плазмы и выбрасывается черной дырой со скоростью близкой к скорости света, а также измерили размер её толщины и изучили некоторые физические свойства.

Эти исследования и исследования с земных радиотелескопов позволяют ученым понять, как образуются джеты рядом со сверхмассивными черными дырами, и какое влияние оказывают на существование родных им галактик.

В первой половине 2013 года получены новые результаты. Важным стало то, что этот проект стал самым зорким глазом за всю астрономическую историю. Астрономы смогли добиться высочайшего углового разрешения ( 40 микросекунд дуги ). Были зарегистрированы сигналы от дальних карликовых галактик до 20 диаметров Земли.

Благодаря изучению учеными межзвездной плазмы, полностью изменилось понимание её структуры. Следующим результатом, благодаря которому учёные смогут понять, как образуются массивные звезды, стало обнаружение мазерного излучения воды от «водяного» облака.

«Радиоастрон» на современном этапе

В июне 2013 года закончилась ранняя научная программа и положено начало новой, так называемой открытой ключевой научной программе. «Радиоастрон» работает вместе с ведущими мировыми радиотелескопами, поэтому все международное сообщество может подать заявку на участие в проекте.

Согласно программе выделяются следующие приоритетные направления работы:

QWERTY. РАДИОАСТРОН: Гигантский зонтик российской астрономии

Источник

Радиоастрон — телескоп будущего

400 лет назад Галилей сделал первый телескоп из трубы и двух стекол, и направил в небо. Это стало прорывом человечества в исследовании Вселенной. С годами исследовательские приборы усложнялись и дорожали. Они создавались на основе самых последних достижений в науке, технике и сами по себе становились удивительными инженерными памятниками. Одновременно, они расширяли границы познания и, подчас, переворачивали все представления, которые имелись у человечества. Сейчас такие приборы, передового фронта науки о космосе, можно перечесть по пальцам: телескоп Hubble, телескоп-охотник за экзопланетами Kepler, рентгеновский телескоп Chandra, Curiosity на Марсе, Cassini на Сатурне. На Земле сюда стоит добавить телескопы VLT, ALMA, и, пожалуй, БАК. Возможно, я что-то упустил, но, я теперь совершенно точно уверен, что в этот ряд с полным правом может стать и российский космический радиотелескоп «Спектр-Р» и проект «Радиоастрон».

Почти два года прошло с момента его запуска. Все это время велась предварительная научная программа. Вскоре она завершается, и «Спектр-Р» приступит к основной научной программе, которая обещает если не пошатнуть мироздание, то существенно расширить его известные границы.

23 мая в НПО им. С.А. Лавочкина прошел научно-технический совет на тему «Радиоастрон – первые научные данные». Фактически это был доклад ученых, которые заказывали аппарат, тем, кто его построил.

Журналистов туда не приглашали, поскольку некоторые научные результаты еще ждут своей публикации в Nature и других мировых научных изданиях, а у них жесткое требование – до выхода у них результат нигде не должен быть засвечен. Рассказывать на конференциях можно. А только где-то в печати появилось – всё, можно начинать новые исследования. Поэтому даже я не расскажу всего что услышал.

Со вступительным словом выступил Николай Кардашев, академик РАН, директор Астрокосмического центра ФИАН. Примечательно, что именно он являлся одним из родоначальников космической радиоинтерферометрии в 1965 году. То есть ему удалось пройти путь от: «А мы могли бы попробовать вот этот принцип, чтобы сделать прибор», до «Смотрите, какой классный прибор у нас получился». В фундаментальной науке такое удается далеко не каждому.

Когда началась основная часть доклада я себя ощутил в иной реальности и в ином времени. На секунду я оказался в СССР годах в 70-х, когда советские ученые будничным голосом повествовали о каких-нибудь исследованиях мирового значения на передовом рубеже науки. Но нет, чего-чего, а обыденности не было в словах доктора физическо-математических наук Юрия Ковалева. Я давно не видел российского ученого, которого распирало от восторга и гордости за то, какие исследования они проводят. Наверно с такой гордостью школьники перед одноклассниками новым айфоном хвалятся, с какой ученый физик рассказывал космическим инженерам и конструкторам об их же аппарате.

Прежде чем перейти к описанию результатов и достижений «Радиоастрона» надо объяснить теоретическую часть. Без подготовки, для большинства, все эти интерферометры, микросекунды и базы в диаметрах Земли выглядят непонятным набором слов. Объяснение принципов работы и первых результатов исследований у меня не поместились в объем одной статьи, поэтому я разделил на две и пока только прелюдия. Зато после прочтения можно будет, наконец, понимать о чем хотели сказать ученые в своих пресс-релизах.

Радиотелескоп по принципу работы фактически соответствует обычному телескопу-рефлектору с параболическим зеркалом, только электромагнитные волны в другом диапазоне собирает. Соответственно, характеристики телескопов определяются сходным образом. Поскольку оптические телескопы гораздо нагляднее, я использовал их в качестве аналогии.

Важнейший показатель телескопа – разрешение. Сейчас разрешение фотокамер привычно указывать в пикселях. Но понятие о разрешении телескопа появилось задолго до появления пикселей.
Разрешение телескопа выражается в его способности отделять на изображении одну точку от другой, а измеряется в угловых секундах или секундах дуги. Небосвод по окружности делится на 360 градусов, 1 градус на 60 минут, 1 минута на 60 секунд, далее идут десятые, сотые, тысячные доли и т.д.

Разрешение человеческого глаза — 1 угловая минута, видимый диаметр Луны 30 минут, предельное разрешение наземных телескопов – примерно 1 секунда, разрешение телескопа Hubble — 0,05 секунды.

Чем больше диаметр телескопа, тем выше его разрешение, тем дальше и детальней можно заглянуть. Диаметр Hubble – 2,4 метра уступает многим земным телескопам, но его преимущество в том, что он исключает искажающее влияние атмосферы.

Радиотелескопы «видят» в радиодиапазоне, им не так мешает атмосфера, как другое физическое ограничение. Разрешение (дифракционный предел) определяется по формуле φ=λ/D (разрешение равно отношению длины волны к диаметру принимающего зеркала). Волны оптического диапазона очень короткие, поэтому небольшое зеркало уже значительно повышает зрительные возможности человека. Радиоволны длиннее на несколько порядков, поэтому, к примеру, на длине волны 3 см огромная 100 метровая тарелка радиотелескопа даст разрешение… как у человеческого глаза.

Быстро осознав такой недостаток ученые стали использовать метод интерферометрии. Не углубляясь в детали, объясню в общих чертах принцип его действия. Интерферометрия — это получение сигнала с одного источника на два или больше принимающих приборов. При этом получаемое разрешение сигнала прямо пропорционально расстоянию между принимающими приборами. Наглядно принцип работы интерферометра можно представить на примере наших глаз: два «принимающих прибора» смотрят на один объект, и в мозге формируется одна картина.
Интерферометрия используется, как в оптической астрономии (к примеру на VLT) так и в радио.

Для интерферометра очень важно точно свести или синхронизировать сигналы в один при помощи апертурного синтеза, чтобы получить ожидаемый результат повышенной точности.

Первые радиоинтерферометры были связаны кабелем, и работали синхронно, как единый механизм. Это упрощало работу, но накладывало ограничения на размер.
В 1965 году советские ученые Л. И. Матвеенко, Н. С. Кардашев, Г. Б. Шоломицкий предложили использовать для сведения сигналов компьютер. То есть необходимость в кабеле отпала, и стало возможно использовать радиотелескопы даже на разных материках. Это позволило открыть новую веху в радиоастрономии – радиоинтерферометрию со сверхдлинными базами (РСДБ). «База» в интерферометре, это то же, что и «диаметр» в одиночной антенне/зеркале.
Логичным пределом для такого метода изучения Вселенной стали размеры Земли.

Разрешающая способность такой условной «тарелки» с базой в 12 тыс. км превышает в 100 раз возможности Hubble.

Сравнивая оптические и радиотелескопы, следует понимать еще одну важную разницу. Радиотелескопы не получают «картинку». Они могут только получать информацию об интенсивности сигнала от того источника, куда направлена антенна. То есть фактически результат одного замера сигнала дает один единственный пиксель будущего изображения. Интенсивность радиоисточника (как впрочем и оптического) называется яркостью, и радиотелескопы занимаются замером яркости различных точек источника. Из данных яркости различных точек потом можно составить схематичное изображение, как это, например, делает матричный принтер.

Вернемся к радиоинтерферометрам. Уже с 70-х годов крупнейшие радиотелескопы мира стали работать в одной сети. Но достигнув предела в размерах Земли, ученые задумались о выходе в космос. Первый 10-метровый радиотелескоп установили в СССР на орбитальной станции Салют-6 в 1979 году. Хотя он не работал в режиме интерферометра в том же году приняли решение о создании серии космических телескопов, первым из которых стал «Радиоастрон».

Несмотря на перспективы, которые обещало увеличение на порядки базы радиоинтерферометра, реализован проект 1979 года был только в 2011 году. До этого в роли интерферометра в 90-е годы слетал японский аппарат HALCA, и повторять опыт они не намерены. Сейчас Китай собирается строить два таких телескопа.

«Радиоастрон» — это название всего проекта изучения Вселенной по методу радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, а сам аппарат называется «Спектр-Р».

Он несет на борту больше двух с половиной тонн научного оборудования и является, на сегодняшний день самой дальней самостоятельной космической экспедицией России. Если в ближайшей точке орбиты от Земли его отделяет 600 км, то в дальней – около 340 тыс. км. Напомню: до Луны 390 тыс. км.

Формально, взяв за основу дальнюю точку орбиты, можно говорить, что «Радиоастрон» обеспечивает размер условной «тарелки» в умопомрачительные 340 тыс. км. О таких масштабах, кажется, даже Артур Кларк не мечтал в своей «Космической Одиссее». Но, по факту, ученые пользуются более короткими базами, которые считают в диаметрах Земли.

Антенна «Спектр-Р» имеет диаметр 10 м и сам факт запуска и успешного автоматического раскрытия такой конструкции является инженерным подвигом. Думаю в момент раскрытия антенны, в ЦУПе эмоций было не меньше чем в NASA в момент посадки Curiosity. Жаль, что мы этого не увидели. В какой-то мере напряжение и важность того момента может передать тема на форуме Новостей космонавтики, посвященная «Радиоастрону».

Радиотелескоп ведет наблюдения на четырех диапазонах волн: 92 см, 18, см, 6 см и 1,3 см. Разные диапазоны позволяют реализовать различные научные задачи.
Для того чтобы успешно работать в режиме интерферометра, «Радиоастрону» нужна пара на Земле. И сегодня все крупнейшие радиотелескопы мира участвуют в программе исследований.

Между работой радиотелескопов на Земле и работой пары «Спектр-Р»-Земля есть одна важная разница – космический аппарат летит со скоростью примерно 8 км/с. Поэтому, для того, чтобы свести два сигнала, необходимо точно знать его местоположение в момент проведения наблюдений. Для этого его траекторию регулярно определяют лазерными дальномерами, а на борту установлены очень точные атомные часы (водородный стандарт частоты). И все равно, точное сведение двух сигналов – это очень важный момент, которого не всегда удается достигать, и интерференционный пик («лепесток») всегда вызывает радость у радиоастрономов.
Если вернуться к оптическим аналогиям, то результат неудачных наблюдений можно представить в виде картинки, которая сложилась из двух со смещением, и истинную картину увидеть уже не получится.

В свете этого особенно важно, что «лепесток» был получен практически сразу во время первых испытаний на длине волны 18 см в паре со стометровой тарелкой в Германии.

Гораздо больше сложностей вызвала частота 1,3 см. Причина – в краткости волны. Она обещает самое высокое разрешение, но при этом налагает самые высокие требования на качество синхронизации сигналов от двух телескопов. Усугубляет ситуацию то, что на эту частоту сильное влияние оказывают водяные пары, и результат сильно зависит от погоды над наземным телескопом в момент наблюдений.

Во время первых испытаний, свести сигналы на частоте 1,3 см удалось только с шестого раза, причем, как оказалось, неудачи происходили не только по причине погоды, но и потому, что на американском телескопе сбоили атомные часы. В результате первую успешную синхронизацию удалось провести только с европейскими телескопами. В этом деле помогла способность радиотелескопа «Спектр-Р» регистрировать сигнал сразу на двух длинах волн 6 см и 1,3 см. На более длинной волне легче поймать «лепесток», и 6 см был зарегистрирован с германской обсерваторией, а в том же интервале времени 1,3 см с голландским радиотелескопом.

При наблюдениях телескопы могут накапливать сигнал – чем дольше смотрят, тем более интенсивный сигнал получают. К примеру, все знаменитые яркие снимки Hubble получены в ходе экспозиции в несколько часов (самый долгий — 555 часов). Глазом такое не увидеть, даже если подлететь близко к этим объектам. С радиотелескопами на Земле все хуже. Из-за искажающего влияния атмосферы эффективный срок накопления сигнала у них составляет около 100 секунд, на длине волны 1 см. В ходе первых испытаний выявилась еще одна особенность нашего телескопа: «Спектр-Р» из космоса показал эффективный срок наблюдения вдвое больше.

Продолжение, с результатами ранней научной программы, следует…

Источник

Проект «Радиоастрон»

Среди научных проектов, расширяющих границы человеческих знаний о космосе, особое место занял международный проект «Радиоастрон» — радиотелескоп смонтированный на российском космическом аппарате «Спектр-Р».

Историческая миссия

Радиотелескоп проекта Радиоастрон

В XVII веке Галилей положил начало изучению неба при помощи оптических приборов. С тех пор телескопы существенно усовершенствовались и стали основным инструментом для изучения космических объектов. 18 июля 2011 года с площадки космодрома Байконур поднялся аппарат «Спектр-Р», на котором были установлены десятиметровая антенна, раскрывающаяся в космосе, комплекс научного оборудования, приемники, усилители и преобразователи сигналов. Эта космическая миссия стала частью международного проекта РСДП, созданного по инициативе российских ученых. К наземной части исследований подключены телескопы в обсерваториях РФ, Австралии, Европы, США, Японии. Возглавляют проект ученые из АКЦ ФИАН.

Цель проекта и уникальность технологии

Космическая обсерватория Радиоастрон

Замысел создателей проекта «Радиоастрон» состоит в объединении результатов наблюдений, ведущихся из космоса и с Земли. Технология радиоинтерферометрии заключается в совмещении информации с антенн, находящихся на максимальном удалении друг от друга. Разрешающая способность такого комплекса равна объективу с диаметром, соответствующим расстоянию между телескопами. Для увеличения этой характеристики, одна из антенн направлена в космос на спутнике, изготовленном в НПО имени Лавочкина.

Орбитальный модуль Спектр-Р

Все данные, получаемые с радиотелескопов, помечаются временными метками и синхронизируются. Угловое разрешение полученного интерферометра формируется расстоянием между телескопами. В данном случае оно вычисляется до апогея – самой удаленной от Земли точки на орбите «Спектр-Р». Такая система обеспечивает небывалое разрешение (возможность рассмотреть два близких объекта) при наблюдениях, равное миллионным долям угловой секунды. Большую роль здесь играет точность определения положения космического аппарата. Его орбита координируется центрами космической связи в России, сводками мировой лазерной сети, доплеровской поправкой перемещения космического аппарата по данным Пущино, а управление ведется НПО им. Лавочкина.

Полученные результаты

Наблюдение ведется в нескольких диапазонах: 92; 18; 6; 1,3 см. Самой сложной для приема, но максимально информативной стала короткая волна 1,03 см, она позволяет получать изображение мелких космических объектов и рассматривать их в высоком разрешении. Благодаря изучению пульсаров в диапазоне коротких волн, данные, которые сделал доступными «Радиоастроном», доказали предположение астрофизиков об их неоднородности.

Структуры вокруг черной дыры в центре нашей Галактики

При помощи проекта ученые смогли получить информацию о сверхмассивной черной дыре, существующей в нашей Галактике. Объект скрыт от наблюдения непроницаемым облаком пыли и газа, зафиксировано лишь его излучение. На снимках черная дыра выглядит как мутное пятно. Проект предусматривает наблюдение за мазерами – местами образования звезд, квазарами – активными и мощными ядрами удаленных галактик, пульсарами – источниками периодических излучений, нейтронными звездами.

Интересные сведения

Первое наблюдение джета квазара

Количество лепестков параболической антенны – 27, именно столько поместилось в ракету-носитель. За время же своего существования проект «Радиоасторн» установил несколько рекордов:

Результаты исследований, выполненных с помощью миссии «Спектр-Р», заставили многих ученых переосмыслить свои теории о поведении небесных тел нашей Галактики.

Видео: Заглянуть в черную дыру: Радиоастрон и загадки Вселенной.

Источник

РадиоАстрону исполняется 7 лет

Семь лет назад с помощью ракеты «Зенит-3Ф» с разгонным блоком Фрегат-ФБ на орбиту был выведен, пожалуй, самый продуктивный научный проект в современной истории российской космонавтики — телескоп «РадиоАстрон». Об истории этого проекта и процессе его работы и пойдёт сегодня речь.

История проекта

В 1965 году трое советских учёных (Кардашёв, Матвеенко и Шоломицкий) предложили концепцию радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами при которой разнесённые на большие расстояния радиотелескопы позволяют при совместной работе получить разрешение, соответствующее дистанции между ними. Первые эксперименты в этом направлении были проведены с наземными телескопами, но только при вынесении одного из телескопов в космос этот метод позволял бы получить по-настоящему потрясающие результаты. Первой «пробой пера» в этом направлении стала радиообсерватория КРТ-10 работавшая на станции «Салют» с июля по август 1979 года. На ней впервые были проведены подобные эксперименты вместе с наземным 70-метровым телескопом РТ-70. А уже в 1980 году было принято решение о строительстве 6 космических радиотелескопов среди которых был и проект Спектр-Р, позже получивший наименование «РадиоАстрон».

В начале 1990-х годов были созданы первые тестовые экземпляры приёмников радиотелескопа, в 1994 году прошли первые испытания зеркала, а в 2003 году в Пущинской радоастрономической обсерватории проводились первые тесты прототипа космического телескопа, который из-за задержек в запуске в последствии решено было значительно доработать. Тесты окончательной версии «РадиоАстрона» проводились уже в начале 2011 года.

Транспортировка телескопа на Байконур

Конструкция аппарата и научные цели

«РадиоАстрон» имеет массу в 3660 кг, при этом 2600 кг из них составляет научная аппаратура, из которой в свою очередь 1500 кг приходится на основную 10-метровую антенну. Аппарат разрабатывался в НПО им. Лавочкина на основе служебного модуля «Навигатор» одним из первых примеров использования которого стала серия гидрометеорологических спутников «Электро-Л». Корпус аппарата представляет из себя 8-гранную призму, на внешней стороне которой установлена служебная аппаратура, сверху установлена антенна, состоящая из центрального 3-метрового цельного блока и 27 лепестков, раскрывающихся после выведения, а на нижней стороне располагалось крепление к разгонному блоку. Работа на длине волны около 1 см накладывала большие требования к точности изготовления и механизма раскрытия телескопа, так как поверхность телескопа должна иметь на порядок большую точностью чем длина волны, на которой он работает. То есть 10-метровое зеркало во время своей работы не должно было отклоняться от идеальной формы больше чем примерно 1 мм.

*Разрешение космического телескопа Хаббл и лучших наземных телескопов для сравнения составляет около 100 микросекунд.

Среди участников проекта с российской стороны кроме головного предприятия НПО им. Лавочкина участвовали АКЦ ФИАН, ОКБ «Марс», ЗАО «Время Ч» и много других организаций. Кроме этого в проекте есть и заметное международное участие: так усилитель приёмника на длину волны в 92 см был изготовлен в Индии, на 18 см — в Австралии, а на 1,3 см — в США. Так как телескоп в процессе своей работы проходит через радиационные пояса, на нём также решено было установить плазменно-магнитный комплекс «Плазма-Ф» предназначенный для измерения параметров плазмы и отдельных заряженных частиц радиационных поясов и межпланетной среды с рекордным разрешением по времени (до 32 микросекунд), а также предназначенный для исследования турбулентности в этих средах.

Так как этот телескоп получил самое большое разрешение среди всех современных телескопов, его основная научная программа предусматривала наблюдение самых компактных объектов во Вселенной: нейтронных звёзд, квазаров и облаков межзвёздного газа (так называемых мегамазеров переизлучающих свет в радиодиапазоне по принципу лазера).

Запуск и научные результаты

Телескоп в сложенном и раскрытом положении в ходе наземных испытаний

Процесс раскрытия телескопа

Телескоп был запущен 18 июля 2011 года в 6.31 по Москве на высокоэллиптическую орбиту 600×330 000 км с наклонением 51,3º и периодом около 9 дней (в процессе работы его орбита постепенно меняется под влиянием гравитации Луны). Раскрытие телескопа происходило в ночь с 22 на 23 июля и должно было занять всего 10 минут, но лепестки антенны не встали с первой попытки на фиксаторы, поэтому было принято решение развернуть телескоп так чтобы механизм раскрытия равномерно прогрелся под солнечными лучами, после чего вторая попытка, проведённая днём 23 числа, закончилась удачно. 25 июля было произведено первое включение комплекса «Плазма-Ф». Основные атомные часы также не заработали с первого раза как надо, поэтому было решено сразу перейти на резервные. «Первый свет» телескоп увидел 27 сентября 2011 года — это были наблюдения остатка сверхновой Кассиопея А и Юпитера, а уже 14 и 15 ноября были получены первые научные данные: произведена съёмка пульсара B0531+21 (расположенного в Крабовидной туманности), квазаров 0016+0731 и 0212+735; а также мазера W3(OH) в созвездии Кассиопеи.

Первые наблюдения.

… и первые научные результаты.

Тесты трёх приёмников более длинных волн прошли без осложнений, а вот с началом работ в самом коротком диапазоне в 1,3 см пришлось около полгода подождать по независящим от РадиоАстрона причинам: в отличие от космического телескопа, у его наземных собратьев возможность работы в этом диапазоне сильно зависела от погоды (точнее от содержания паров воды в атмосфере). А кроме этого также сбоил атомные часы у американского телескопа, работавшего в тот момент в паре с РадиоАстронам, поэтому первые научные результаты на этой длине волны удалось получить только с 6 попытки и уже совместно с другим телескопом — 100-метровым радиотелескопом в Эффельсберге, Германия. Но несмотря на это к ранней научной программе аппарат приступил уже 10 декабря, а к основной — в июле 2013 года, при этом уже в конце 2012 года телескоп перешёл на принятие заявок по открытому конкурсу (в первом этапе могли участвовать только учёные из стран участниц проекта) в котором раз в год может принять участие любой желающий. В результате все полученные заявки оцениваются советом учёных, после чего сам Николай Кардашёв (стоявший у истоков этого проекта) принимает решение о том какие заявки будут приняты в работу.

Снимок ядра галактики NGC 1275 «Персей А» при взгляде с наземного телескопа и РадиоАстрона.

За первый год работы было произведено более 100 радиоинтерферометрических наблюдений, общей продолжительностью более 200 часов. Среди наблюдаемых объектов были 29 квазаров, 9 пульсаров и 6 мазеров. В начале наблюдения проводились с небольшой базой (дистанцией между телескопами) и постепенно увеличивались до максимального: в наблюдениях квазара 3C273 от января 2013 года на базе в 8,1 диаметра Земли был поставлен первый мировой рекорд углового разрешения — он составил 27 микросекунд дуги (с учётом дистанции до объекта, его размеры были ограничены «сверху» диаметром в 0,3 св. года). Уже в 2013 году, задолго до выхода проекта на полную мощность, было установлено что яркостная температура вещества в джетах квазаров в радиодиапазоне составляет 10 триллионов градусов — что в 100 раз превышало предел существовавших на тот момент теорий. 14 февраля 2014 года РадиоАстрон получил и оригинальный результат никак не связанный с наукой — он был внесён в книгу рекордов Гиннесса как самый большой в мире орбитальный телескоп.

Далее максимальное разрешение телескопа также продолжило увеличиваться: в 2015 году РадиоАстрон в ходе наблюдения квазара OJ287 (второй по массе чёрной дыры, открытой на данный момент человеком с массой в 18 млрд масс Солнца, вокруг которой вращается другая чёрная дыра с массой «всего» 140 млн масс Солнца) получил разрешение в 14 микросекунд. В 2016 году этот рекорд был улучшен до показателя в 11 микросекунд в ходе наблюдения облака водяного пара радиусом в 80 дистанций от Земли до Солнца на удалении в 20 миллионов световых лет (эти наблюдения позволили установить, что подобные «космические мазеры» имеют весьма компактные размеры).

Другой пример сравнения разрешений наземной сети телескопов и РадиоАстрона — съёмка блазара 0836+710.

Также «РадиоАстрон» сделал неожиданное для всех открытие: им было обнаружено так называемое субструктурное рассеивание, заключающееся в том, что межзвёздный газ преломляет радиоизлучение компактных структур, создавая на месте одного источника сигнала несколько отдельных «пятен». Этот эффект позволяет исследовать не только наблюдаемый в радиоволнах объект, но ещё и среду находящуюся между нами. Однако это явление также создаёт и проблемы, так как мешает увидеть во всех деталях наблюдаемый объект. Поэтому в 2016 году учёные разработали методику восстановления изображения, которое должно позволить увидеть радиоисточники излучения за облаками межзвёздного газа и пыли, такие как расположенная в центре нашей Галактики сверхмассивная чёрная дыра и окружающие её звёзды.

Также телескоп используется и во многих других научных исследованиях, в которых требуются наблюдения с особо большим разрешением, а его атомные часы использовались в эксперименте по подтверждению общей теории относительности в плане явления замедления времени у движущегося объекта. На данный момент данные обработаны ещё не все, но теория уже подтверждена с точностью 0,01% (это соответствует точности миссии Gravity Probe A), а после обработки всех данных точность эксперимента должна увеличиться на порядок. В 2017 году у аппарата закончился нейтральный водород для работы его атомных часов, так что учёным пришлось переключиться на два других метода синхронизации: рубидиевый стандарт частоты и «замкнутую петлю» — второй режим оказался точнее, а сам он заключается в том, что на телескоп посылается опорный сигнал на частоте 7 ГГц, который отсылается обратно на частоте 8 ГГц. Благодаря этому удаётся скомпенсировать меняющиеся из-за неоднородности атмосферы задержки при передаче сигнала и достигнуть необходимой точности в синхронизации наблюдений. Эксперимент по проверке теории относительности к тому моменту уже был закончен, так что потеря атомных часов никак не угрожает научной программе телескопа.

Один из недавних снимков «РадиоАстрона»: ядро активной галактики BL Ящерицы находящейся в 900 млн св. лет от нас

Всего же за первые 5 лет работы было проведено более 5 тысяч научных экспериментов. В ходе последней научной программы на работу с аппаратом было получено более 100 заявок и было проведено около 500 наблюдений, что показывает, что интерес учёных к проекту не сокращается, а даже увеличивается. В ходе научной программы 2017-2018 годов в ходе наблюдений мегамазера NGC 4258 вместе с телескопом в Медичине (Италия) «РадиоАстрону» удалось вплотную подойти к своему теоретическому пределу характеристик, достигнув разрешения в 8 микросекунд дуги. Приём заявок на следующую программу наблюдений (являющейся уже шестой по счёту) начался 22 декабря 2017 года и длился стандартно в течение месяца (здесь указан список победивших в конкурсе исследований). За время работы «РадиоАстрона» в интерферометрических наблюдениях вместе с ним успели поучаствовать обсерватории практически со всего мира: Европы, США, Китая, Японии, Австралии, ЮАР и даже Южной Кореи.

А теперь перейдём к вопросам непосредственному участнику проекта:

На вопросы отвечает Александр Плавин, научный сотрудник лаборатории внегалактической радиоастрономии Астрокосмического центра ФИАН и лаборатории исследований релятивистских объектов в МФТИ.

Какие обсерватории и страны участвуют в интерферометрических наблюдениях вместе с РадиоАстроном?

Практически все большие телескопы в мире участвовали хотя бы раз в наблюдениях совместно с РадиоАстроном, вплоть до

40 телескопов одновременно. Множество стран и несколько континентов: Европа/Азия, Америка, Африка, Австралия. Среди регулярно наблюдающих, к примеру, самые большие в мире поворотные антенны диаметром 100 метров — в Green Bank (США) и Effelsberg (Германия), а также многие другие телескопы.

Используются ли иностранные вычислительные мощности для обработки и сравнения результатов интерферометрических наблюдений?

Вообще, основные вычислительные ресурсы — это корреляция данных с наземных станция и с космического телескопа. На регулярной основе корреляция проводится в Москве (АКЦ ФИАН) и в Бонне (Max-Planck-Institut für Radioastronomie), причём используется различное ПО — проводилось специальное тестирование на предмет согласования результатов. Также, несмотря на то, что это не совсем «вычислительные мощности», важен вклад обсерватории Green Bank (США). Там было установлено специальное приёмо-передающее оборудование, которое позволяет соединяться со спутником даже когда он не виден с территории России (станция связи в Пущино, недалеко от Москвы).

Насколько число заявок на работу с телескопом превосходят его возможности? Как распределяется время между отечественными и иностранными научными организациями?

Несмотря на то, что недавно завершились некоторые долгосрочные программы обзора и мониторинга активных ядер галактик, объём поданных заявок всё равно превышает возможности телескопа. При распределении времени между заявками не играет роли, из какой страны основной автор: как и для большинства телескопов всего мира, время предоставляется согласно открытому общему конкурсу. Это позволяет наиболее эффективно с научной точки зрения использовать время таких дорогих инструментов, чем если бы существовали ограничения по странам. Также, вообще говоря, нельзя разделить заявки от «отечественных и иностранных организаций», так как они подаются от произвольного коллектива авторов, в который обычно входят учёные из разных стран.

Спектр-РГ (Спектр-Рентген-Гамма)

Запуск «Миллиметрона» надолго отложили из-за сокращения бюджета Роскосмоса, но недавно снова заговорили о возобновлении строительства третьего радиотелескопа РТ-70 на плато Суффа — есть ли сейчас ещё какие-нибудь радиоастрономические проекты в разработке?

Относительно скоро, весной 2019 года, планируется запуск следующего спутника серии «Спектр» — Спектр-РГ, то есть Рентген-Гамма. Он будет находиться около точки Лагранжа L2, то есть намного дальше, чем РадиоАстрон: почти 2 млн км по сравнению с 350 тыс км. Планируются долговременные наблюдения в рентгеновском диапазоне для получения карты всего неба, а также подробное наблюдение отдельных галактик.

Спектр-М (Миллиметрон)

В очередной раз спасибо Александру Плавину за предоставленные ответы, а здесь можно увидеть предыдущего его интервью.

Будущее проекта

«Мы оптимистично смотрим на перспективы проекта после этого срока и рассчитываем, что он будет продлён и дальше, поскольку это действительно уникальный аппарат с уникальными возможностями» — сообщили в лаборатории Астрокосмического центра ФИАН по поводу очередной коррекции орбиты.

Эволюция орбиты телескопа под действием Луны

Благодаря высокой точности выведения на орбиту у «РадиоАстрона» не наблюдается никаких проблем с запасом топлива: за первый год работы его было потрачено всего 10,3 кг из 287 кг общей массы топлива на борту. Кроме этого специально подобранная для аппарата орбита позволяет ощутимо экономить топливо: коррекции орбиты проводились только в марте 2012 года и июле 2017 года. Так что даже сейчас, спустя 7 лет, у него остаётся 70% от изначальной массы топлива, поэтому время работы «РадиоАстрона» сейчас ограничивается только сроком работы его бортовых систем, которые трудно предсказать.

Источник