НАУЧНЫЕ СТАТЬИ
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Научные Статьи
Космические исследования
Телескопы и обсерватории XXI века

    Телескопы и обсерватории – неотъемлемая составляющая работы любого астронома. Однако современные телескопы далеко ушли от своих предшественников. Так, например, выросли размеры зеркал, повысилась точность их изготовления, стали широко использоваться космические телескопы и, наконец, значительно возросло количество диапазонов длин волн, в которых ведутся наблюдения. Ведь оптический диапазон, видимый человеческому глазу – это крайне узкий интервал частот, тогда как многие другие процессы во Вселенной сопровождаются излучением на совершенно других частотах. Таким образом, постройка наземных и космических обсерваторий, работающих в инфракрасном, ультрафиолетовом, рентгеновском, терагерцовом и других диапазонах поможет открыть новые объекты и найти новые закономерности во Вселенной.

Краткое описание:

Новый чилийский телескоп займется «холодной Вселенной».

    Обсерватория APEX для исследования «холодной Вселенной» была официально открыта 25 сентября. С помощью нового телескопа, установленного в чилийской пустыне Атакама, астрономы собираются изучать межзвездное вещество и космическую пыль, которые недоступны обычным оптическим системам. Телескоп с 12-метровой антенной одновременно чувствителен к самым коротким радиоволнам и самому длинноволновому инфракрасному излучению - этот участок спектра называют субмиллиметровым (длины волн 0.2-1.5 мм). Как установил Макс Планк в начале 20 века, в таком диапазоне рассеивается тепловая энергия тел с температурой от нескольких до 100-150 градусов Кельвина.
    Миллиметровая и субмиллиметровая астрономия предоставляет уникальные возможности по изучению первых галактик, сформировавшихся во Вселенной, а также процессы рождения звезд и планет. В частности, APEX позволит астрономам изучать химические и физические условия в молекулярных облаках – плотных газопылевых образованиях – где и происходит формирование звезд. Новый телескоп - крупнейшее из подобных приспособлений в южном полушарии. До этого, с 1987 по 2003 годы, для наблюдений в похожем диапазоне (сдвинутом в сторону меньших частот и меньших температур) использовали 15-метровый телескоп SEST. Известно, что крупнейшие оптические телескопы пока обладают меньшими зеркалами, а антенны радиотелескопов могут быть намного больше. Промежуточные размеры объясняют промежуточными требованиями к неровностям зеркала. APEX - часть Южной европейской обсерватории (ESO), принадлежащей десяти странам Евросоюза и Швейцарии и объединяющей несколько расположенных в Чили инструментов. Предполагается, что в будущем APEX станет частью распределенной сети телескопов ALMA.

Новый инфракрасный телескоп для космических наблюдений.

    Большая часть Вселенной остается невидимой для нас. Причина состоит в том, что наши глаза воспринимают лишь небольшую часть электромагнитного спектра. Между тем, наблюдения, например, в инфракрасных лучах позволяют астрономам обнаружить скрытые звездные объекты и такие процессы, как рождение звезд. Через два года ученые смогут проводить наблюдения на самом крупном инфракрасном космическом телескопе Herschel («Хершель»). Недавно корреспонденты журнала Euronews Space получили возможность посмотреть на этот телескоп, который является «жемчужиной» высоких технологий и имеет самое большое главное зеркало из когда-либо выведенных в космос. Новая обсерватория Европейского космического агентства, которую планируется запустить в 2007 году, имеет предшественников с богатой историей. Так, в 1980-х годах спутник IRAS, совместно разработанный США, Великобританией и Голландией, провел наблюдения 25 тысяч космических ИК-источников. Новый спутник ISO Европейского агентства, запущенный в 1995 году, продолжил наблюдения, предоставляя большое количество данных вплоть до мая 1998 года. В настоящее время роль космической инфракрасной обсерватории выполняет телескоп Spitzer (космическое агентство NASA). Новый же телескоп Herschel еще раздвинет границы ИК-астрономии и даст ученым возможность вести наблюдения на еще больших длинах волн.

Граница Солнечной системы
Наши глаза воспринимают лишь небольшую часть электромагнитного спектра. Между тем, наблюдения в инфракрасных лучах позволяют астрономам обнаружить скрытые звездные объекты и такие процессы, как рождение звезд.
Новый инфракрасный телескоп для космоса

    Хотя сам спутник находится под ответственностью Alcatel Space, главным подрядчиком на его конструирование является EADS Astrium. В течение последних недель, инженеры EADS Astrium подвергли телескоп серии механических квалификационных тестов. Все испытания проводились в условиях высокой частоты, чтобы избежать какого-либо загрязнения поверхности зеркала из-за конденсации, пыли или молекулярных следов. Ивс Тулемон (Yves Toulemont), руководитель проекта Herschel, отмечает крайне малый вес зеркала. «Для сравнения, Hubble имеет главное зеркало с диаметром 2.4 метра, и весит этот телескоп 1500 кг. Наш же телескоп имеет диаметр 3.5 метра, при массе всего 320 кг», - говорит он. Создание подобного телескопа потребовало применения самых современных технологий. Так, главное зеркало состоит из 12 «лепестков», бесшовно соединенных друг с другом. Структуру зеркала составляет керамическая основа из карбида кремния. Ее толщина равна всего 4 миллиметрам, но, в то же время, она весьма устойчива к механическим и температурным воздействиям, которые возникнут при выводе телескопа в космос. Высота неровностей зеркала не превышает трех микрометров.
    Вторичное зеркало телескопа также изготовлено из карбида кремния, и высота его неровностей не превышает одного микрона. Оба зеркала покрыты тонким слоем алюминия, с помощью которого и происходит отражение. Стартовая масса телескопа составляет чуть более трех тонн. Основную ее часть составляет криостат – гигантский «термос», охлаждаемый жидким гелием. Внутри него расположены все детекторы трех основных научных инструментов телескопа. Последние получают инфракрасное излучение, собираемое зеркалом, и должны держаться при температурах ниже –271 градуса Цельсия. Herschel будет выведен в космос ракетой Ariane 5 во второй половине 2007 года вместе с другим спутником Planck, который будет изучать космическое микроволновое фоновое излучение. Затем два аппарата разделятся, и «Хершель» будет направлен в особую точку – так называемую точку Лагранжа L-2. «Точка L-2 находится на расстоянии 1.5 млн. километров от Земли в направлении, противоположном Солнцу. – объясняет Тулемон. – Она является особой, так как аппарат будет иметь фиксированное расположение относительно Солнца и Земли».
    Herschel будет первой космической обсерваторией, способной перекрывать диапазон от далекого инфракрасного до субмиллиметрового излучения. «Телескоп даст нам возможность не только изучать невидимую вселенную в этом диапазоне, но и собирать максимальное количество излучения», - объясняет Джованни Бигнами (Giovanni Bignami), председатель Совещательного комитета по космической науке ESA (ESA Space Science Advisory Committee). «Herschel будет способен обнаруживать очень специфические виды излучения, связанные с колебаниями молекул воды или органических молекул. – добавляет он. – Нахождение этого излучения, разумеется, не будет доказательством существования жизни, но, по крайней мере, будет косвенным ее свидетельством». Таким образом, изучая с помощью нового телескопа молекулярный состав Вселенной, исследуя процессы рождения звезд и формирования и эволюции галактик, астрономы продолжат наблюдения, начатые аппаратами IRAS и ISO.

Наблюдение лучей высоких энергий открывает загадки природы.

    Уникальная обсерватория в Аргентине начала открывать тайны, связанные с космическими лучами высоких энергий. Среди ученых до сих пор нет единого мнения по поводу их происхождения. Энергия таких частиц с 10 млн. раз выше, чем может быть получена на современных ускорителях. Аргентинская обсерватория Пьера Оже (Pierre Auger Observatory) нацелена на их изучение и стремится использовать их как источник информации о Вселенной. Так, с 9 по 11 ноября 2005 года ученые обсерватории представили первые результаты исследований. Чтобы зарегистрировать столь редкие явления, как пролет данных частиц, в обсерватории был сконструирован массив из 1600 детекторов, занимающих территорию более 3000 кв. километров. Каждый «черенковский» детектор содержит 3000 галлонов воды и фиксирует свечение, возникающее при прохождении частицы. Массив окружают 24 телескопа, которые в безлунные ночи регистрируют ультрафиолетовую флуоресценцию, возникающую при прохождении частиц сквозь атмосферу.
    «Такие лучи высоких энергий являются посланниками Вселенной», - говорит нобелевский лауреат Джим Кронин, Чикагский университет (University of Chicago), который основал данный эксперимент совместно с Аланом Ватсоном (Alan Watson) из Университета Лидса (University of Leeds). По их мнению, это большая возможность для открытий. Ватсон добавляет по этому поводу: «Как природа создала такие условия, где частицы ускоряются до столь огромных энергий? Если мы отследим их происхождение, это даст ответ». Обсерватория набирает данные с того момента, когда были собраны только первые элементы массива. Полученные результаты включают в себя спектр лучей при самых высоких энергиях и результаты по анизотропии и поиску источников излучения.
    Основные моменты полученных результатов: - Был получен спектр космических лучей (количество частиц как функция их энергии). По мере увеличения энергии, количество частиц с такой энергией падает. - Как правило, космические лучи – это заряженные частицы. Лучи с низкой энергий подвержены сильному влиянию магнитных полей галактик, что значительно искривляет их траектории. Лучи с более высокой энергией распространяются более прямолинейно. Если в наблюдениях будет приходить больше частиц с одного направления, чем с другого (анизотропия), то тогда можно будет начать поиска их источника. - Также ученые хотят узнать состав так называемых «начальных частиц» (частиц, которые исходно сталкиваются с атмосферой Земли и вызывают в итоге каскад других частиц (ливень)). Являются ли они протонами, атомными ядрами или фотонами? Исследователи установили, что доля фотонов среди таких частиц не может превышать определенного числа, что в итоге повлияет на отбор теорий относительно происхождения космических лучей. - Эти экзотические теории рассматривают различные гипотетические объекты, оставшиеся после Большого взрыва – «космические струны», «стены областей» и «монополи». Если такие объекты существуют, а потом коллапсируют, то выделяется огромное количество энергии, которое и ускоряет частицы. В таком случае, часть космических лучей должна быть фотонами. Однако пока данных недостаточно, чтобы опровергнуть или доказать любую из теорий. Поэтому в обсерватории будут набирать новые данные, чтобы сужать круг поисков.

Детектор CONDOR начал изучение космоса в терагерцовом диапазоне.

    В ноябре 2005 года начал работу детектор CONDOR (CO N+ Deuterium Observation Receiver), установленный в обсерватории APEX (Atacama Pathfinder EXperiment), которая расположена в чилийских Андах. Его задача заключается в изучении горячих газов вблизи молодых массивных звезд на сверхвысокой радиочастоте 1.5 ТГц. Данные наблюдения являются первыми терагерцовыми исследованиями, выполняемыми на большом телескопе (диаметром 12 метров). Они дали некоторые неожиданные результаты, а потому надежды, возлагаемые на новое направление в астрономии, уже оправдались. Успех детектора CONDOR был результатом совместных усилий ученых из Первого физического института Университета Кельна (First Physical Institute of the University of Cologne) и Института Макса Планка по радиоастрономии (Max Planck Institute for Radio Astronomy).

Граница Солнечной системы
В ноябре 2005 года начал работу детектор CONDOR (CO N+ Deuterium Observation Receiver), установленный в обсерватории APEX, которая расположена в чилийских Андах.
CONDOR (Deuterium Observation Receiver)

    «CONDOR полностью соответствует нашим ожиданиям», – говорит Мартина Виднер (Martina Wiedner), руководитель данного проекта. Так как существуют трудности по детектированию электромагнитных волн столь высокой частоты (которая, для сравнения, в тысячи раз выше используемой в сотовых телефонах), были использованы уникальные приемники. Специальное устройство, называемое Hot Electron Bolometer, созданное Карлом Якобсом (Karl Jacobs) и его коллегами в Университете Кельна, преобразует излучение терагерцовых частот в сигнал с частотой порядка 1 ГГц. С последним сигналом уже намного проще работать. Для достижения высокой чувствительности приемник охлаждается до температуры –269 градусов Цельсия, что всего на 4 градуса выше абсолютного нуля.
    Для проведения наблюдений с помощью детектора CONDOR необходимо, чтобы количество воды в атмосфере было крайне мало, так как она существенно поглощает терагерцовое излучение. Чилийская пустыня Атакама, расположенная на высоте 5100 метров над уровнем моря, обеспечивает необходимый крайне сухой воздух. Именно здесь находится обсерватория APEX. Ее телескоп имеет основное зеркало диаметром 12 метров, представляющее идеальный параболоид с точностью 15 микрон. Ранее на телескопе уже были установлены приемники на частоты в диапазоне 300-900 ГГц. CONDOR является первым приемником, который работает на частоте выше 1 ТГц. «Эти наблюдения проводятся на самых высоких частотах, которые здесь можно достичь. – объясняет менеджер проекта APEX Рольф Гаштен (Rolf Gasten). – При еще более высоких частотах земная атмосфера становится уже непрозрачной – вплоть до инфракрасных частот». Новые наблюдения позволили изучать практически неизвестную до этого «терагерцовую Вселенную». «Мы делаем открытия, рассматривая космос на различных частотах. – поясняет Виднер. – В частности, спектральные признаки горячего газа (вращательные переходы высоких уровней молекул моноксида углерода CO) видны на терагерцовых частотах. Наблюдение в этом спектральном диапазоне важно, так как горячий газ является существенным компонентом при формировании массивных звезд» (на фото показана область формирования звезд в туманности Ориона. График в верхнем правом углу показывает сигнал детектора CONDOR).


Япония запустила космический телескоп. (21 февраля 2006)

    Ракета M-5, несущая космический телескоп Astro-F, стартовала сегодня с космического центра «Учинура» (Uchinoura Space Centre) в Японии. Новый телескоп будет проводить исследования в инфракрасной области, чтобы изучать тепловое излучение космических объектов, скрытых облаками космической пыли. 500-дневная работа на новой обсерватории будет совместно вестись европейскими и японскими астрономами. Задача телескопа – составление карты Вселенной. Для этого Astro-F будет иметь орбиту, проходящую над северным и южным полюсами, так что он будет захватывать все участки небесной сферы. «Изучение всего неба» (All Sky Survey), как называется данная миссия, будет проводиться с гораздо большей чувствительностью по сравнению с предыдущей, IRAS, имевшей место в 1983 году. «Это потрясающее новое окно для наблюдения ранней Вселенной», - комментирует Стефен Сержант (Stephen Serjeant), лектор по астрофизике в Открытом университете (Open University) в Милтон Кейнс, Великобритания. «Считается, что Astro-F станет одной из наиболее важным международных обсерваторий десятилетия», - добавляет он.
    Гленн Уайт (Glenn White), профессор астрономии того же университета, говорит, что данная миссия является мощным средством по изучению рождения и формирования звезд и планет. Сотрудничество с Европейским космическим агентством. Прошло всего два десятилетия с основания космической инфракрасной астрономии; с тех пор каждое десятилетие отмечается запуском новой ИК-обсерватории, которая коренным образом меняет наше понимание космоса. Инфракрасные обсерватории делают возможным регистрацию холодных объектов, включая планетарные системы, межзвездную пыль и газ, то есть все, что сложно наблюдать в видимой области спектра. Посредством ИК-астрономии также возможно изучать рождение звезд и галактик. Европейское космическое агентство (ESA) имеет большой опыт в инфракрасной астрономии, что теперь нашло отражение в участии в программе Astro-F. Так, ESA обеспечивает связь с обсерваторией через наземную станцию в Швеции. Кроме этого, агентство производит обработку получаемых данных – вычисление точного местоположения наблюдаемых на небе объектов, чтобы ускорить составление небесного каталога и, в конечном счете, получить полное описание «инфракрасной Вселенной». Взамен ESA получает 10% всех возможностей для наблюдения обсерватории во время выполнения ей второй и третьей фаз миссии. По мнению специалистов, «сотрудничество, которое Япония предложила ESA, позволит развиваться европейским астрономам, что поможет в создании другого ИК-телескопа Herschel».

http://promgazarm.ru/ система автоматического контроля загазованности сакз.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru