Открытый космос
11 мая 2018
В Карачаево-Черкесии начали установку обновленного зеркала на крупнейший в РФ телескоп
Замену зеркала крупнейшего в России оптического телескопа (БТА), расположенного в Специальной астрофизической обсерватории (САО) РАН в Карачаево-Черкесии, планируют провести в мае-июне, сообщила во вторник ТАСС заведующая отделом научной информации и внешних связей обсерватории Екатерина Филиппова. Зеркало было изготовлено в 1974 году по заказу Российской академии наук, и до 1979 года наблюдения в обсерватории велись именно с его помощью, однако потом его заменили из-за возникших дефектов. В 2007 году зеркало направили на реставрацию на Лыткаринский завод оптического стекла в Подмосковье, в феврале 2018 года обновленное зеркало доставили в обсерваторию. После реконструкции резервное зеркало получило более совершенную параболическую форму, что позволит повысить проницающую силу телескопа при исследованиях предельно слабых и далеких объектов Вселенной.
«Работы уже начались, сейчас ведутся подготовительные мероприятия. Замену действующего зеркала на резервное, переполировка которого завершилась в 2017 году, планируется провести в течение двух месяцев. Процесс трудоемкий, работы проводят сотрудники САО», — сказала Филиппова. Большой телескоп азимутальный (БТА) с диаметром зеркала 6 м до 1993 года был самым большим в мире оптическим телескопом, сейчас остается самым большим в Евразии. Его построили в Карачаево-Черкесии в 1975 году на высоте 2070 м над уровнем моря. Его башня достигает в высоту 53 м, масса телескопа в сборе составляет 820 тонн, вес главного зеркала — 42 тонны. Для фундамента котлован рыли вручную, аккуратно вынимая скальную породу, чтобы не нарушить монолит горы и обеспечить устойчивость конструкции. Специальная астрофизическая обсерватория РАН была образована 3 июня 1966 года. Она располагается у подножия горы Пастухова в Зеленчукском районе Карачаево-Черкесии. Научный центр помимо БТА располагает радиотелескопом РАТАН-600.
NASA изучает проект самособирающегося космического телескопа
Если говорить о космических телескопах нового поколения, у NASA есть несколько инновационных концепций. Это и недавно отправившийся в космос Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), и готовящийся к выводу в 2020 году James Webb Space Telescope (JWST), и находящийся в разработке проект Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST).
Кроме этого, в NASA также определили несколько многообещающих предложений для «Исследования десятилетия в астрофизике-2020». И, возможно, самая амбициозная концепция – это идея космического телескопа из самособирающихся модулей. Её недавно выбрали для 1 фазы разработки в рамках программы Инновационных концепций NASA 2018 (2018 NASA Innovative Advanced Concepts) (NIAC).
Концепцию разработала группа исследователей под руководством Дмитрия Савранского, сотрудника кафедры механики и авиа- и ракетостроения в Корнеллском университете. Савранский и ещё 15 экспертов со всей страны создали концепцию 40-метрового (100-футового) модульного космического телескопа с адаптивной оптикой. Главной особенностью концепции является то, что телескоп представляет из себя группу модулей, которые собираются в конструкцию самостоятельно.
У профессора Савранского большой опыт работы в сфере космических телескопов и поиска экзопланет, он участвовал в сборке и испытаниях Gemini Planet Imager – прибора в составе Gemini South Telescope в Чили. Кроме того, он принимал участие в планировании Gemini Planet Imager Exoplanet Survey, когда была открыта планета размером с Юпитер, вращающаяся вокруг звезды 51 Эридана (51 Eridani b) в 2015 году.
Говоря о перспективах, профессор Савранский верит, что будущее – за самособирающимися конструкциями в сфере космических телескопов. Небольшая цитата из сопроводительного текста к проекту:
«Вся конструкция телескопа, включая главное и вторичное зеркала, вспомогательные опорные элементы и плоский солнечный щит, будет создаваться на основе одинаковых серийных космических модулей. Каждый модуль будет состоять из шестиугольного космического аппарата диаметром около метра с установленным на него активным зеркальным сегментом».
Эти модули будут запускаться независимо, а затем перемещаться в точку L2 системы Земля-Солнце на солнечных парусах. Позже из этих парусов будет собран солнечный щит, а основные модули также соберутся вместе, без участия человека или дополнительных роботов. Это может звучать слишком самонадеянно, но это вполне согласуется с планами NIAC.
«Программа NIAC – именно об этом, — сказал профессор Савранский в недавнем интервью «Cornell Chronicle». — Вы высказываете в чём-то безумные идеи, подкрепляя их начальными расчётами, а затем в ходе 9-месячного проекта стараетесь ответить на вопросы о его реализуемости».
Команда Савранского была в числе призёров 1 фазы награждения NAIC 2018, состоявшейся 30 марта, и получит 125 000 долларов для продолжения исследования в течение следующих 9 месяцев. Если всё пройдёт успешно, команда сможет подать заявку на участие во второй фазе. По словам Мейсона Пека, коллеги Савранского по университету и бывшего технического директора NASA, с заявкой на NIAC команда вышла как раз вовремя:
«В последнее время создаётся всё больше космических аппаратов, и мы продолжаем совершенствоваться в создании всё более миниатюрных. Поэтому вопрос, заданный Савранским, сейчас очень кстати: «Можем ли мы создать космический телескоп, который может видеть дальше и лучше, используя только недорогие малые компоненты, которые самостоятельно собираются на орбите?”»
Данная концепция нацелена на миссию «Большой Ультрафиолетовый/Оптический/Инфракрасный исследователь» (Large Ultraviolet/Optical/Infrared Surveyor, LUVOIR), предложение, которое сейчас рассматривается в NASA как часть исследовательской программы следующего десятилетия. Один из двух проектов, представленных в космическом центре Годдарда, миссия заключается в строительстве и запуске космического телескопа с огромным составным зеркалом диаметром около 15 метров (49 футов).
Так же, как и у телескопа «Джеймс Уэбб», зеркало LUVOIR будет собрано из регулируемых сегментов и развернётся уже в космосе. Приводы и двигатели будут активно регулировать и центрировать эти сегменты для получения идеального фокуса и регистрации света от тусклых и далёких объектов. Главная цель этой миссии – открытие новых экзопланет и анализ света от уже открытых, чтобы исследовать их атмосферы.
Как указали в своей заявке Савранский и его коллеги, их концепция полностью соответствует приоритетам технологических карт NASA для научных приборов, лабораторий, сенсорных, роботизированных и автономных систем. Они также считают, что предлагаемая архитектура – это убедительное решение для строительства гигантского космического телескопа, который будет намного больше предыдущих поколений, то есть «Хаббла» и «Джеймса Уэбба».
«Джеймс Уэбб, — говорит профессор Савранский, — будет самой большой астрофизической обсерваторией, которую мы когда-либо выводили в космос, и он невероятно сложный. Если перейти к таким размерам, как 10, 12 или 30 метров, то практически невозможно себе представить, как мы будем создавать такие телескопы, используя методики, по которым мы работали до сих пор».
Получив приз за 1 фазу, команда планирует провести подробные симуляции полётов модулей в космосе и стыковки друг с другом, чтобы понять, насколько большим должен быть солнечный парус. Также планируется провести анализ сборки зеркала, чтобы подтвердить, что после сборки модулей можно получить поверхность требуемой кривизны.
По словам Пека, если всё получится, концепция Савранского изменит правила игры: «Если профессор Савранский докажет, что строительство большого космического телескопа из малых сегментов осуществимо, это изменит наш подход к исследованиям космоса. Мы сможем видеть дальше и лучше, чем когда бы то ни было, может даже посмотрим на поверхность экзопланет».
5 и 6 июня NASA проведёт координационное совещание по программе NIAC в Вашингтоне, где все победители 1 фазы встретятся и обсудят свои идеи. В числе других победителей 1 фазы — проекты роботов-трансформеров для исследования Титана, лёгкие летающие датчики для исследования атмосферы Венеры, роботы с подвижными крыльями для исследований Марса, новая форма лазерной тяги для межзвёздных экспедиций (похожая на Breakthrough Starshot) и самовоспроизводящиеся „дома“ из грибов.
Первые кубсаты для глубокого космоса летят к Марсу
5 мая NASA получило радиосигналы с двух первых кубсатов, находящихся в глубоком космосе. Аппараты успешно пережили запуск. Инженеры проводят проверки бортовых систем аппаратов, перед тем, как мини-спутники отправятся к Марсу. Аппараты Mars Cube One (коротко MarCO) были запущены вместе с марсианским посадочным аппаратом InSight 5 мая с базы ВВС США Ванденберг в Калифорнии.
У спутников-близнецов MarCO – свои задачи. На них будут испытываться технологии кубсатов в условиях глубокого космоса, в частности, система радиосвязи, антенны, двигатели ориентации и основная двигательная установка. Вскоре после отделения от ракеты-носителя, оба мини-спутника раскрыли свои солнечные панели, после чего передали телеметрию о состоянии бортовых систем на Землю. Были опасения, что аппаратам может не хватить заряда батарей, чтобы зарядить аппарат и раскрыть солнечные панели, стабилизироваться, построить ориентацию на Солнце и включить радиопередатчик.
В течение нескольких недель будет проводиться оценка работы всех систем мини-спутников. Если им удастся пережить космическую радиацию, они пролетят над Красной планетой в момент входа в ее атмосферу, спуска и посадки аппарата InSight в ноябре этого года. Каждый будет передавать телеметрию с основного аппарата в течение так называемых «семи минут ужаса», как неформально называют критическую фазу посадки, во время которой погибло немало марсианских аппаратов в прошлом. Однако кубсаты не будут передавать данные с InSight постоянно – эта работа достанется аппарату Mars Reconnaissance Orbiter.
Изначально формат кубсата – мини-спутника массой от 2.5 до 15 кг – был создан для обучения студентов основам создания и испытания спутников. Сегодня кубсаты обеспечивают доступ в космос частным компаниям и исследовательским организациям. Их конструкция – модульная, что позволяет не создавать каждый спутник с нуля, а присоединять нужные элементы как в конструкторе.
На окраине Солнечной системы обнаружен астероид-изгнанник
Международная группа астрономов с помощью телескопов ESO исследовала реликтовое тело, сохранившееся от начальной стадии существования Солнечной системы. Астрономы обнаружили, что необычный объект пояса Койпера 2004 EW95 является углеродным астероидом, первым подтвержденным телом такого типа, найденным в холодных внешних областях Солнечной системы. Вероятно, этот интересный объект сформировался в поясе астероидов между Марсом и Юпитером и был выброшен на миллиарды километров прочь из области его образования в нынешнее свое положение в поясе Койпера.
Ранняя пора существования нашей Солнечной системы была бурным временем. Согласно теоретическим моделям этой эпохи после того, как в ней сформировались газовые планеты-гиганты, они блуждали по всей Солнечной системе, выбрасывая при этом малые каменистые тела из внутренней ее части на далекие орбиты, пролегающие на огромных расстояниях от Солнца [1]. В частности, эти модели говорят о том, что пояс Койпера — холодная область за орбитой Нептуна — должен содержать небольшую фракцию каменистых тел из внутренней части Солнечной системы, таких, например, как богатые углеродом так называемые каменноугольные астероиды [2].
В недавней работе были представлены свидетельства существования первого надежно зарегистрированного каменноугольного астероида в поясе Койпера, что является серьезным аргументом в пользу теоретических моделей ранних этапов развития Солнечной системы. Тщательные измерения, многократно выполненные с несколькими приемниками на Очень Большом Телескопе ESO (VLT) небольшой группой астрономов под руководством Тома Секкалла (Tom Seccull) из Университета Королевы в Белфасте (Queen’s University Belfast) в Великобритании, привели к установлению состава аномального объекта пояса Койпера 2004 EW95, который оказался каменноугольным астероидом. Это позволило предположить, что астероид изначально образовался во внутренней части Солнечной системы, а затем, вероятно, мигрировал на ее далекую периферию [3].
Необычная природа 2004 EW95 впервые проявилась в ходе программных наблюдений, проведенных на Космическом телескопе Хаббла NASA/ESA Уэсли Фрейзером (Wesley Fraser), астрономом из Университета Королевы в Белфасте, который впоследствии тоже стал членом совершившей открытие группы. Отражательный спектр астероида — спектральный состав световых волн, отраженных от поверхности объекта — отличался от спектров подобных ему малых тел пояса Койпера (KBO) — малоинформативных, лишенных особенностей и не позволяющих судить о химическом составе этих объектов.
“Отражательный спектр 2004 EW95 резко отличался от спектров других наблюдавшихся объектов внешних частей Солнечной системы”, — объясняет Том Секкалл, основной автор работы. “Он выглядел настолько необычно, что потребовалось его тщательное дополнительное исследование”.
Группа наблюдала 2004 EW95 с приемниками X-Shooter и FORS2 на VLT. Чувствительность этих спектрографов позволила более детально исследовать свет, отраженный астероидом, и на этом основании сделать выводы об его составе.
Однако, даже при внушительной светособирающей способности VLT, 2004 EW95 оставался крайне трудным для наблюдений объектом. Несмотря на то, что его поперечник составляет 300 километров, он сейчас находится от Земли на огромном удалении в 4 миллиарда километров, что делает сбор данных о его темной и богатой углеродом поверхности крайне трудной научной задачей.
“Это все равно что наблюдать гигантскую гору угля на угольно-черном фоне ночного неба”, — говорит соавтор работы Томас Пузья (Thomas Puzia) из Папского католического университета в Чили.
“Дело не только в том, что 2004 EW95 постоянно движется, он еще и очень слабый”, — добавляет Секкалл. “Нам пришлось использовать довольно изощренные методы обработки данных, чтобы выжать из наблюдений всю возможную информацию”. Особенно замечательными оказались две особенности спектра объекта, которые соответствовали присутствию оксидов железа и филлосиликатов. Этих веществ, никогда еще не обнаруживали в KBO. Их наличие является сильным аргументом в пользу происхождения 2004 EW95 во внутренней Солнечной системе.
Секкалл заключает: “Как как 2004 EW95 сейчас находится в ледяных периферийных областях Солнечной системы, приходится сделать вывод, что он на ранней стадии существования Солнечной системы был выброшен на свою нынешнюю орбиту мигрирующей планетой”.
“Хоть прежде уже появлялись сообщения об обнаружении других ‘нетипичных’ спектров объектов пояса Койпера, ни одно из них не было подтверждено с таким уровнем точности”, — комментирует Оливье Айно (Olivier Hainaut), астроном из ESO, не входивший в исследовательскую группу. “Открытие каменноугольного астероида в поясе Койпера – ключевое подтверждение одного из фундаментальных предсказаний динамических моделей ранней Солнечной системы”.
Примечания
[1] Современные динамические модели эволюции ранней Солнечной системы, такие, как grand tack hypothesis, и ниццкая модель предполагают, что планеты-гиганты мигрировали сначала внутрь, а затем во внешние части Солнечной системы, при этом разрушая и разбрасывая в разные стороны объекты внутренней Солнечной системы. Вследствие этого, небольшой процент каменных астероидов был, по всей видимости, выброшен в облако Оорта и пояс Койпера.
[2] Каменноугольные астероиды содержат углерод или его разнообразные соединения. Эти астероиды относятся к типу C и могут быть идентифицированы по их темным поверхностям, отражательные свойства которых связаны с присутствием молекул углерода.
[3] Другие объекты внутренней Солнечной системы уже были ранее обнаружены на ее периферии, но это первый каменноугольный астероид, найденный столь далеко от места своего происхождения – в поясе Койпера.
Путеводитель по Вселенной. Астероиды
Мы живем на Земле и даже не задумываемся, насколько наш мир хрупок и уязвим. За миллиарды лет на планету неоднократно падали метеориты, вызывая катаклизмы и вымирания отдельных видов животных. И сейчас астероиды, способные уничтожить человеческую цивилизацию, регулярно пролетают в опасной близости от Земли. Что мы сможем сделать, если один из них направится прямиком на нашу планету? Есть ли у НАСА и Роскосмоса реальные средства для уничтожения астероидов? Или они существуют только в фантазиях голливудских сценаристов? На эти вопросы ответят лучшие российские ученые. Ведущий — советский и российский астроном и популяризатор науки, кандидат физико-математических наук, доцент Владимир Сурдин.
Авторы видео научно-популярный канал «Наука 2.0».
