30 января открылся новый сезон проекта «Публичные лекции Полит.ру». С первой в новом году лекцией «РадиоАстрон и тайны Вселенной» выступил Юрий Юрьевич Ковалев, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией Астрокосмического центра ФИАН, руководитель научной программы проекта «РадиоАстрон».
Радиоастрономии в 2014 году исполняется 82 года. Ее история началась с того, что Карл Янский построил антенну для исследования помех в беспроводной трансатлантической связи. Помимо помех от грозовых разрядов Янский обнаружил радиоизлучение, усиливавшееся с периодом 23 часа 56 минут, что совпадает со звездными сутками, периодом обращения Земли вокруг своей оси. Янский сумел отождествить источник этого излучение с Млечным Путем.
В дальнейшем основатель радиоастрономии не занимался исследованиями космического радиоизлучения. Первым радиоастрономом стал в 1939 году американец Гроут Ребер. Свой телескоп он построил самостоятельно. Это первый в истории радиотелескоп представлял собой параболическое зеркало из металла диаметром 9,5 метров. С его помощью Ребер подтвердил открытие Янским радиоизлучения Млечного Пути, а также обнаружил ряд других радиоисточников. В 1944 году Ребер опубликовал первую карту северного неба в радиодиапазоне, на волне 1,87 метра (160 МГц). В 1950 годы Ребер перебрался в южное полушарие, в Тасманию, и продолжил работу там.
Примерно в этот момент ученые осознали, что теперь перед ними открывается новая, невидимая ранее карта Вселенной – карта радиоизлучения. После Второй мировой начали строить большие радиотелескопы. В 1947 году в Британии, возле Манчестера, появился параболический телескоп диаметром 66 метров, в 1957 там же – уже 76-метровый радиотелескоп. За Великобританией последовали Австралия, США и другие страны.
В 1962 году в обсерватории Грин-Бэк в США появился радиотелескоп диаметром 92 метра. Годом спустя на острове Пуэрто-Рико в обсерватории Аресибо появляется радиотелескоп, диаметр зеркала которого 304,8 метра. В 2009 году в Грин-Бэке вступил в строй новый радиотелескоп в виде параболического сегмента размером 100 на 110 метров. В Европе есть 100-метровый немецкий радиотелескоп возле Эффельсберга и 76-метровый британский в Чешире.
Есть большие радиотелескопы и в России. Радиотелескоп Академии Наук (РАТАН-600) не имеет единого зеркала, но состоит из алюминиевых щитов размером 11,4 на 2 метра, расположенных по кругу диаметром 576 метров. Диаметр зеркала Калязинской радиоастрономической обсерватории 64 метра.
Помимо открытий на радиокарте неба радиоастрономия имеет и вполне земные применения. Для нужд навигации, в частности, для работы всем известных систем GPS и ГЛОНАСС, необходимы точные данные о параметрах вращения Земли. Ведь период ее обращения вокруг оси не равен с точностью 24 часам, а постоянно меняется, да еще и земная ось прецессирует – меняет свое направление под влиянием притяжения Луны и Солнца. Следить за всем этим можно с помощью радиотелескопов. Также мы порой слышим, что скорость движения такой-то литосферной плиты составляет столько-то сантиметров в год. Эту скорость и направление движений материков также устанавливают при помощи радиоастрономии.
Но зачем такая гонка за размерами антенны? Дело в том, что угловая разрешающая способность радиотелескопа определяется отношением длины волны к диаметру антенны. Чем меньше это отношение, тем более близкие объекты способен различать телескоп. Соответственно, увеличивая диаметр параболической антенны, можно улучшать эту характеристику телескопа. Но всё равно разрешающая способность оставалась слабым местом радиоастрономии. По этому параметру она сильно уступала астрономии оптической. Даже в лучших телескопах угловое разрешение редко превышает 1 угловую минуту, что примерно соответствует зоркости невооруженного глаза. И излучение от двух или более источников, расположенных близко друг от друга, радиотелескопы воспринимают как один радиоисточник.
Для преодоления этой проблемы были придуманы радиоинтерферометры – системы из нескольких радиотелескопов, связанных между собой и работающих синхронизировано. В таком случае угловая разрешающая способность определяется не диаметром зеркала одного телескопа, а расстоянием между телескопами (так называемой базой радиоинтерферометра). С появлением радиоинтерферометров радиоастрономия резко обогнала по разрешающей способности оптическую астрономию. Например, радиоинтерферометр МЕРЛИН (Multi-Element Radio Linked Interferometer Network, MERLIN), представляющий собой сеть из семи радиотелескопов в Англии, которые отстоят друг от друга на расстояния несколько более 200 километров, имеет разрешающую способность 0,05 угловой секунды. Если бы наш глаз имел такую же разрешающую способность, мы могли бы видеть монету диаметром два сантиметра на расстоянии почти 100 километров. По этому параметру МЕРЛИН превосходит знаменитый космический телескоп Хаббл.
Затем были созданы радиоинтерферометры со сверхдлинной базой (РСДБ, Very Long Baseline Interferometry, VLBI). Эти системы объединяют радиотелескопы, разнесенные на тысячи километров и находящиеся в разных странах, а часто и на разных континентах. Излучение, принятое на каждом из них записывается и обрабатывается в едином центре. Конечно, такая работа требует идеально точной синхронизации по времени. Европейская РСДБ-сеть (European VLBI Network, EVN), в которой работают и российские радиотелескопы, на некоторых радиочастотах имеет разрешающую способность 0,15 уже не секунд, а миллисекунд дуги!
Наконец, наступил следующий этап в эволюции инструментов радиоастрономии. Если запустить радиотелескоп на околоземную орбиту и наладить его работу синхронно с земными телескопами, то получится интерферометр с базой, равной расстоянию от Земли до этого космического телескопа. Так и возник проект «РадиоАстрон», который был основной темой лекции Юрия Ковалева.
История этого проекта от замысла до воплощения заняла три десятилетия, на которые пришлись такие события, как распад СССР и переход на рыночную экономику. Научная концепция «РадиоАстрона» появилась в Астрокосмическом центре ФИАНа (ранее – один из отделов Института космических исследований), там же была разработан комплекс научной аппаратуры, а сам радиотелескоп и космический аппарат «Спектр-Р», на котором он установлен, созданы специалистами НПО имени Лавочкина.
Запуск состоялся на космодроме Байконур 18 июля 2011 года в 6:31 по московскому времени. Аппарат был успешно выведен на орбиту, и там 27 лепестков его антенны удачно раскрылись. Апогей орбиты (то есть база интерферометра) составляет 340 тысяч километров. В качестве «наземного плеча» интерферометра выступают радиотелескопы в России и других странах. Угловое разрешение «РадиоАстрона» составляет до 8 угловых микросекунд (то есть до 0,000008 секунды дуги) на частоте 1,35 см.
О результатах двух лет работы «РадиоАстрона» на орбите можно будет узнать из видеозаписи лекции Юрия Ковалева, которая вскоре появится на Полит.ру.
