www.roscosmos.ru/media/img/2020/June/rgb_final_annotated_fig1.png
Может быть я ошибаюсь, но такое чувство, что знаковое событие во
внеатмосферной астрономии, произошедшее 10 июня, прошло практически
незамеченным. Речь про то, что космический флагман нашей и немецкой
астрономии телескоп Спектр-РГ завершил первое полное сканирование
всего неба.
Попробую это исправить. Для этого постараюсь объяснить в двух
словах чем отличаются разные телескопы, чем важен для мировой науки
этот аппарат и описать особенности его работы. Тем более, что судя
по тем публикациям прошедшим публикациям, порой авторы не понимают,
что означает фраза о его рекордной точности, относя ее вообще ко
всем телескопам подобного диапазона.
Дело в том, что орбитальные телескопы уже достаточно давно
разбираются на два типа: обзорные и детальные. Первые,
предназначены для поиска новых объектов на небесной сфере,
желательно с составлением полной карты неба. Вторые, уже нужны для
детального изучения выявленных новых источников с выяснением их
физической природы и дополнительных характеристик.
Для первых, допустимо использовать широкоугольные оптические
системы, для вторых системы, с как можно меньшим углом. Кроме зоны
осмотра, это часто задает ограничения времени наблюдения. Самым
близким аналогом является выдержка в фотографии. Чем более широкий
угол объектива, тем меньше выдержка для получения одного снимка и
наоборот. Ниже это будет показано на примере.
Перед пуском вторых, должны идти первые станции. Именно это
позволит ученым управляющим первыми аппаратами, как сказал мне один
астрофизик, рассказывая про Спектр-РГ:
Перестать тыкаться
наудачу, как слепые котята.
Лучше всего это можно показать на примере реальных телескопов.
Например, первым обзорным аппаратом в диапазоне жесткого
гамма-излучения был COS-B, запущенный в 1975 году. Он имел поле
зрения порядка 30х30 градусов, то есть для полного перекрытия
небесной сферы ему нужно было сделать 50 наблюдений. Из-за
специфики его орбиты ожидалось, что он построит карту неба в гамма
лучах за 4 года, а в реальности за 6 лет работы только около
половины всего неба. Но и это был очень весомый результат.
Для примера детальной станции можно взять НЕАО-2 Эйнштейн изучавшей
в 1978-1981 годах мягкий рентгеновский диапазон. Ее поле зрения
было порядка 1 градуса, разрешение до 2 угловых секунд, а
чувствительность датчиков требовало выдержки около 10
4
секунд (2.7 часа).
Если бы от этого телескопа потребовали составить карту всего неба,
ему бы понадобилось для этого порядка 100 лет. За время своей
работы он просмотрел только 3% неба, но, с качественной точки
зрения, это были очень важные 3%. Он изучил почти всех
представителей классов рентгеновских источников и даже открыл
новые.
И он бы не смог это сделать, если бы ученые не знали заранее, куда
смотреть, благодаря пусть и менее детальным картам всего неба,
полученным обзорными телескопами.
Так как обзор всего неба это качественный результат, повторять его
другим аппаратам с тем же результатом обычно не имеет смысла. В
отличии от детальных станций. Последних желательно иметь, как можно
больше, пусть и с равным разрешением. Это позволит быстрее изучить
открытые районы.
В обзорных системах, для каждой следующей карты желательно повышать
разрешение на порядки, что весьма не просто. И проблема даже не в
том, что нужно переварить на порядок больший трафик аппарата.
С технической точки зрения обзорный аппарат нужно делать
стабилизированным вращением, чтобы за один виток он снимал узкую
полосу на небе. И после каждого оборота новую. Именно эта схема и
была реализована для Спектра-РГ. Он был впервые для наших аппаратов
выведен в точку Лагранжа, после чего занял постоянную ориентацию на
Солнце и начал сканировать небо. Это хорошо видно на схеме из
Вестника НПО им Лавочкина.
Полный период обращения аппарата вокруг своей оси составляет
порядка 4 часов. За эти часы благодаря движения Земли, плоскость
вращения аппарата изменилась приблизительно на 0.17 градуса и в
поле зрения телескопов попали новые области неба.
Выглядит просто, но каждая следующая карта, дается со все большим
трудом. Видно, что время сканирования, передачи и параметров
сканирующей системы должны быть жестко синхронизированы.
Но чем более узкое поле зрения, тем быстрее проходит объект через
него. Скажем, при угле зрения 10х10 градусов, объект из плоскости
эклиптики будет в поле зрения 10
5 секунд (почти сутки),
а при угле 1х1 градус, максимально возможная выдержка падает в сто
раз до 10
3 секунд (16 минут). Требования к приемникам
возросли в 100 раз, а линейное разрешение всего в 10 раз. А если
потребуем сделать следующий шаг, что максимально возможная выдержка
снизиться до считанных минут. А при такой выдержке даже в
оптическом диапазоне могут быть проблемы, не говоря о
рентгеновском.
В результате, если изначально на обзорных аппаратах были достаточно
простые приемники, то на том же Спектре-РГ применены сложнейшие
телескопы косого падения некоторые элементы которых буквально могут
изготовить всего несколько предприятий в мире. И не факт, что когда
все научные открытия Спектра-РГ будут изучены детальными
телескопами, создание следующей обзорной станции будет упираться
только в финансовые проблемы, а не встретит сложные технические и
научные ограничения.
Сравнение одного участка неба с разных телескопов.
АРТ-П/Гранат(детальный), ART-XC/Спектр-РГ (обзорный), NuSTAR
(детальный)
Впрочем, до этого еще далеко. Первая обзорная карта неба в
рентгеновском диапазоне построена, за следующие несколько лет
станция ее дополнительно уточнит, просканирует небо несколько раз.
После чего на десятилетия затянутся изучение новых объектов, как по
данным Спектра-РГ, так и при помощи более детальных станций.