Этим летом состоялась годовщина старта российского научно-исследовательского космического аппарата СПЕКТР-Р, более известного как РадиоАстрон. В своем интервью руководитель ранней научной программы Радиоастрон, заведующий лабораторией АКЦ ФИАН, доктор физ.-мат. наук Юрий Ковалев прокомментировал наиболее важные стороны этой космической одиссеи.

О научной программе

Полная программа РадиоАстрон объединяет 12 научных направлений по исследованию черных дыр и релятивистских струй в ядрах активных галактик, космологии, физике нейтронных звезд, процессам образования звезд и планет и т.д. Научная программа РадиоАстрон стартует с этапа под названием «ранняя научная программа», – это исследования, выполняемые в первый год работы спутника.

Ранняя научная программа концентрируется на трех направлениях:

• изучение ядер активных галактик,
• исследование быстро вращающихся нейтронных звёзд – пульсаров,
• исследование областей мазерного излучения – так называемых протозвёздных, протопланетных областей, где рождаются звёзды и планеты.

После этого будет начата работа в рамках открытой программы по ряду ключевых задач и направлений, по которым ожидаются заявки от групп отечественных и зарубежных ученых.

Помимо программ по исследованию свермассивных чёрных дыр (с массой порядка миллиарда солнечных масс) и исследованию далёких галактик будут также решаться задачи, связанные с получением характеристик межзвёздной среды. Последнее очень важно, так как будет получена информация о том, как «портится» излучение на пути распространения от космических объектов до Земли. Зная характеристики среды, можно восстановить первоначальный уровень излучения.

В случае успеха гравитационных экспериментов РадиоАстрон появится возможность приступить к проверке некоторых положений общей теории относительности Эйнштейна.

Кроме того будут проведены измерения потенциала гравитационного поля Земли на расстояниях вплоть до Луны – высокоэллиптическая орбита спутника позволяет это сделать.

Изначально РадиоАстрон был рассчитан на изучение наиболее компактных объектов Вселенной. Это возможно благодаря небывалому угловому разрешению («чёткости»), которую имеет этот наземно-космический радиоинтерферометр. Благодаря этому РадиоАстрон может решать и уже решает уникальные научные задачи.

Чёрные дыры

Сегодняшние представления о Вселенной невозможны без принятия факта, что чёрные дыры существуют. Если ученым удастся подтвердить их реальность, то это будет крайне важно. Если же будет доказано, что черные дыры не существуют, это повлечет за собой пересмотр многих современных теорий. Работа РадиоАстрона позволит максимально близко подойти к решению этой задачи, хотя вопрос, что считать доказательством существования черной дыры, – весьма не простой. Черная дыра – это очень тяжёлый объект, за пределы которого свет выйти не может. Эти пределы определяются так называемым гравитационным радиусом, который легко подсчитать, зная массу черной дыры.

Если представить далёкую активную галактику, в центре которой находится черная дыра, то можно определить, каков приблизительно размер её гравитационного радиуса. Однако сам объект увидеть нельзя, так как он ничего не излучает, а только поглощает. Так же нельзя увидеть излучение, существующее позади этого объекта. Есть возможность увидеть лишь так называемую тень черной дыры, то есть что-то в виде «бублика» или «полумесяца». Раньше этого никто не видел, поскольку такая тень очень мала, но ниша РадиоАстрона – это именно изучение ультракомпактных космических объектов. Его небывалое угловое разрешение и позволяет рассчитывать на то, что данная задача будет успешно решена. Помешать может лишь наличие какого-либо поглощающего вещества перед изучаемым объектом, которое может сработать как непрозрачный экран.

На сегодня существует по крайней мере две галактики – Дева А и Центавр А, – находящиеся сравнительно недалеко от Земли, – каких-нибудь 16 и 5 мегапарсек, соответственно (в отличие от тех гигапарсерсек расстояний, с которыми обычно приходится иметь дело при изучении квазаров), по которым можно работать, учитывая разрешающую способность РадиоАстрона.

Результаты первого года

После запуска, осуществлённого ровно год назад, проходили долгие и непростые комплексные испытания космического телескопа РадиоАстрон. На эти тесты ушло именно то время, которое изначально планировалось, хотя по некоторым видам бортового оборудования работа немного затянулась, но не более чем на полмесяца – месяц.

Для долговременной работы на орбите на борту спутника находится водородный стандарт частоты – атомные часы, запуск которых в космос осуществлён только второй раз за всю историю и при этом впервые. Важно, что впервые в космос запущены атомные часы российского производства, которые работают, обеспечивая именно ту высочайшую стабильность, которая нужна для проведения такого рода исследований.

В соответствии с программой, нужно было проверить работу этих часов, а далее – провести проверки самого космического аппарата, космического телескопа, тестирование и калибровку в режиме одиночной антенны – когда работает только бортовая система. Испытания проводились по разным космическим объектам от планет солнечной системы, туманностей и пульсаров до далеких галактик.

Всего РадиоАстрон имеет 4 частотных диапазона работы и оснащён 4 космическими приёмниками, настроенными на длины волн: 92 см, 18 см, 6 см, 1,35 см. В создании этих уникальных приёмников принимали участие специалисты из России, США, Финляндии, Голландии, Индии, Германии, Австралии.

После того как был протестирован сам телескоп, была проверена его работа в режиме интерферометра, то есть совместно с наземными радиотелескопами. Проверки, проведённые по всем диапазонам частот, дали положительные результаты.

Ранняя научная программа РадиоАстрон стартовала в феврале 2012 года, и уже к настоящему времени получены впечатляющие результаты по каждому из трех основных ее направлений – исследованию квазаров, пульсаров и галактических источников мазерного излучения.

Атомные часы

В космических исследованиях, использующих интерферометрию, неприемлема точность даже в малые доли секунды. Дело в том, что записи, полученные космическими и наземными радиотелескопами по одному и тому же объекту, в одно и то же время, в том же диапазоне волн, должны совмещаться с точностью на уровне атомных часов. Точность современных атомных часов составляет величину около 10–14 – 10–15, то есть 1 секунда за несколько миллионов лет и более. Если это не обеспечивается, то не будет даже отрицательного результата, будет просто неработающая машина.

Атомные часы отличаются тем, что способны обеспечивать необходимую синхронизацию записей, принимаемых из разных точек в космосе и на Земле, без неизбежного в таких случаях «расплывания». Кстати, методика, которая используется в такого рода работах была предложена в 60-х годах XX-ого века советскими учёными Л. И. Матвеенко, Н. С. Кардашевым и Г. Б. Шоломицким. Академик Николай Семенович Кардашев – руководитель АКЦ ФИАН, как известно, является научным руководителем проекта РадиоАстрон.

Международный координационный совет Радиоастрон

Международный научный координационный совет РадиоАстрон работает уже несколько десятков лет, его участие в программах РадиоАстрона обусловлено целым рядом соображений. Во-первых, совет объединяет представителей разных международных исследовательских ресурсов, которые необходимы для успешной работы проекта. Во-вторых, члены совета обладают обширным опытом такого рода исследований. Таким образом, совет активно консультирует и помогает АКЦ ФИАН в организации работы наземно-космического интерферометра на международном уровне.

В настоящее время совет реорганизован так, чтобы отвечать требованиям нового этапа проекта, начавшегося после запуска спутника и завершения летных испытаний. Сопредседателями совета являются доктор физ.-мат. наук Юрий Ковалев (от миссии РадиоАстрон, ФИАН) и иностранный член РАН Кен Келлерманн (от иностранных участников проекта, Национальная радиоастрономическая обсерватория США).

Современные системы радиотелескопов настолько дороги, что доступ исследователей к их работе (наблюдательному времени) осуществляется в форме открытых и равноправных конкурсов заявок. Этот подход будет применен и в проекте РадиоАстрон. В июне 2012 года совет обсуждал детали реализации конкурсного принципа в доступе к космическим и наземным ресурсам. К февралю 2013-го ожидается поступление заявок от международных групп ученых в международный Совет экспертов РадиоАстрон (председатель – Др. Фил Эдвардс, Австралия), который и будет определять рейтинг заявок на получение наблюдательного времени. Научные работы по отобранным программам начнутся с середины 2013 года.

Жизненный цикл спутника

Деградация компонент спутника, как правило, происходит под влиянием космического излучения, которое может повредить элементы или материалы бортовой аппаратуры и систем. Заявленный ресурс работы РадиоАстрона определён сроком до 2016 года. Однако на борту спутника нет ни одной детали, ресурс которой заканчивался бы строго через 5 лет после запуска. Поэтому время жизни РадиоАстрона может оказаться более продолжительным. Следует заметить, что НПО им. Лавочкина – основной разработчик спутника – ранее производило успешные космические аппараты, обычно с существенным запасом по ресурсу.