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 порядка 104 секунд (порядка 3 часов).
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 это он бы не смог 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 105 секунд (почти сутки), а при угле 1х1 градус, максимально возможная выдержка падает в сто раз до 103 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.
