Также по теме

ВНЕАТМОСФЕРНАЯ АСТРОНОМИЯ

ВНЕАТМОСФЕРНАЯ АСТРОНОМИЯ, наблюдения астрономических объектов с помощью приборов, поднятых за пределы земной атмосферы на борту геофизических ракет или искусственных спутников. Ее основные разделы – это астрономия высоких энергий (в рентгеновских и гамма-лучах), оптическая и ультрафиолетовая астрономия, инфракрасная астрономия и родившаяся совсем недавно космическая интерферометрия со сверхдлинной базой. О прямом изучении объектов Солнечной системы и межпланетного пространства рассказано в статье КОСМИЧЕСКИЙ ЗОНД.

НЕОБХОДИМОСТЬ ВНЕАТМОСФЕРНОЙ АСТРОНОМИИ

Астрономические наблюдения из космоса – неотъемлемая часть современной астрофизики. Звезды, туманности и галактики излучают не только видимый свет, но и радиоволны, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение, несущие важнейшую информацию об излучающем объекте. Однако к поверхности Земли, кроме видимого света, доходят только радиоволны и коротковолновое (1–4 мкм) инфракрасное излучение; атмосфера непрозрачна для высокоэнергичного излучения (гамма-, рентгеновского и ультрафиолетового) и почти непрозрачна для длинноволнового инфракрасного света. Поэтому астрономы для исследования этих видов излучения поднимают приборы над поглощающими слоями атмосферы.

Внеатмосферная астрономия нужна и для некоторых наблюдений в видимом свете. Проходя сквозь атмосферу, свет рассеивается на пылинках, поглощается молекулами озона и воды и преломляется на неоднородностях плотности, в результате чего изображения дрожат и становятся размытыми. В 1980-х и 1990-х годах была создана техника адаптивной оптики, способная в реальном времени изменять форму оптической поверхности (например, зеркала телескопа) для компенсации атмосферного дрожания и размытия. Это существенно повысило четкость изображений у наземных телескопов – до десятых долей угловой секунды. Но лучших результатов достигнуть не удается; к тому же собственное свечение ночной атмосферы и рассеянный в ней свет городских и дорожных огней мешают астрономам изучать объекты низкой поверхностной яркости – туманности и галактики, – даже находясь на отдаленных горных обсерваториях. У телескопов, работающих на орбите, небо гораздо темнее и изображения намного более четкие.

Для первых внеатмосферных астрономических наблюдений использовали баллистические ракеты, которые лишь на несколько минут поднимались над плотными слоями атмосферы. Еще в конце 1940-х годов ученые США измерили ультрафиолетовое излучение Солнца, используя захваченные немецкие ракеты «Фау-2», которые запускали на полигоне Уайт-Сэндс (шт. Нью-Мексико). Однако внеатмосферная астрономия реально встала на ноги, когда кратковременные выходы в космос с помощью высотных ракет были дополнены детальными исследованиями с борта орбитальных обсерваторий.

КОНСТРУКЦИИ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ

Системы.

Астрономические спутники во многом похожи на спутники других типов. Источником электроэнергии служат солнечные батареи, а стабилизация поддерживается либо закруткой спутника, либо гироскопами (трехосная стабилизация), которые позволяют лучше управлять ориентацией. Связь с Землей осуществляется по радио либо напрямую, либо через спутник-ретранслятор на геостационарной орбите. Некоторые спутники имеют ракетные двигатели и могут изменять свою орбиту.

Современные астрономические обсерватории (наземные и космические) имеют телескопы для сбора и фокусировки света, а также набор приборов, регистрирующих свойства света в виде цифрового изображения или спектра. К тому же орбитальная обсерватория должна иметь систему наведения и удержания телескопа в нужном направлении, для чего используют несколько оптических датчиков (т.е. вспомогательных телескопов), фиксирующих положение спутника относительно звезд.

Сканирование или наведение.

Астрономические спутники обычно работают в одном из двух режимов. Они могут систематически сканировать все небо, проводя его полный обзор, а могут по многу часов быть нацелены на один объект, переходя затем к изучению следующего. В первые годы спутниковой астрономии выбором объектов изучения занимался коллектив, создающий спутник, но с конца 1970-х годов программы наблюдений составляются по конкурирующим заявкам астрономов, как это принято в наземных обсерваториях.

Выбор орбиты.

Орбиты большинства спутников проходят либо в нескольких сотнях километров от поверхности Земли, либо на расстоянии в десятки тысяч километров, чтобы избежать самых интенсивных областей радиационных поясов Земли. Поскольку астрономические детекторы чрезвычайно чувствительны к радиационной обстановке, их отключают, когда спутник проходит сквозь области высокой радиации. Для спутников на низких орбитах наибольшую проблему представляет район Южной атлантической аномалии, где радиационный пояс ближе всего подходит к поверхности Земли.

Другим фактором при выборе орбиты является удобство наблюдений и обслуживания. Спутником на низкой орбите сложнее управлять, поскольку Земля часто закрывает от него объект наблюдения. С другой стороны, для вывода спутника на высокую орбиту нужна более мощная ракета, и оттуда его нельзя вернуть или отремонтировать с помощью космического челнока.

Контроль наведения.

Астрономический спутник, предназначенный для получения изображений с разрешением лучше одной угловой секунды, требует значительно более точного управления наведением, чем большинство других космических аппаратов. Когда, переходя к наблюдению следующей цели, спутник поворачивается вокруг осей ориентации, система контроля должна следить, чтобы в поле зрения телескопа не попали Солнце или Луна, которые могут оказаться слишком яркими для бортовых чувствительных приборов. В то же время панели солнечных батарей должны быть постоянно ориентированы на Солнце. Наконец, в поле зрения оптических датчиков должно попадать достаточно известных звезд, чтобы можно было убедиться в правильности наведения на цель главного телескопа. Выполнение всех этих требований заметно ограничивает периоды времени, когда можно наблюдать тот или иной объект.

Работа типичной космической обсерватории.

Спутник ROSAT можно рассматривать как типичную космическую обсерваторию. Этот проект родился в Германии, а позже к нему присоединились США и Великобритания. На спутнике был установлен рентгеновский телескоп с тремя детекторами и экспериментальный ультрафиолетовый телескоп жесткого диапазона. Один из рентгеновских детекторов, сделанный в США, давал четкое изображение наблюдаемого источника, а два других, разработанные в Германии, давали менее четкую картину, но зато фиксировали распределение энергии в излучении. Британский ультрафиолетовый телескоп впервые наблюдал небо в экстремально жестком диапазоне этого излучения. ROSAT был запущен 1 июня 1990 с мыса Канаверал (шт. Флорида) ракетой Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) США «Дельта-2» на круговую орбиту высотой 570 км. Это достаточно высоко, чтобы обеспечить существование спутника в течение 10 лет, но и достаточно низко, чтобы влияние радиационных поясов земной магнитосферы не смогло повредить его чувствительные приборы.

Несколько недель длился обычный этап проверки, когда наблюдались либо хорошо изученные источники для настройки и калибровки аппаратуры, либо объекты, представляющие исключительный интерес на тот случай, если спутник преждевременно выйдет из строя. Затем ROSAT перешел к этапу приглашенных наблюдателей, имеющему годичный цикл. Перед началом каждого цикла астрономы присылают руководству проекта заявки, в которых описывают, какие наблюдения они хотели бы провести и какие результаты при этом ожидают получить. После отбора наиболее интересных заявок специальная компьютерная программа составляет расписание наблюдений с учетом ограничений по положению и ориентации спутника на орбите.

Сами астрономы получают по почте данные на магнитной ленте после того, как наблюдения проведены и результаты их предварительно обработаны специалистами из центра управления космическим телескопом. Такая организация позволяет тем астрономам, кто не является узким специалистом по внеатмосферным наблюдениям, использовать данные различных космических обсерваторий, не вникая подолгу в технические детали наблюдений. Через год после того, как астроном получил свои данные, их помещают в архив для всеобщего использования, откуда любой ученый может взять изображения и спектры, исследовать их и опубликовать то новое, что ему удалось обнаружить.