;
Кейсы 9 августа 2021

Вселенная в диапазоне до миллиметра: как создают сложнейший в России телескоп «Миллиметрон»

Далее

Обсерватория «Спектр-М» или «Миллиметрон» будет исследовать разные объекты Вселенной в миллиметровом и инфракрасном диапазонах, чтобы узнать о ее структуре, строении и эволюции галактик, их ядер, звезд и планетных систем. Рассказываем, на каком этапе разработки находится обсерватория и что о ней известно.

Работа «Спектр-М» или «Миллиметрона»

У обсерватории будет миллиметровый и инфракрасный диапазоны длин волн с криогенным телескопом диаметром 10 м.

В режиме связи с Землей она будет работать как крупнейший виртуальный радиотелескоп, способный исследовать структуру ядер галактик, черных дыр, пульсаров, изучать реликтовое излучение, искать самые ранние следы формирования Вселенной, белые дыры и кротовые норы. 

Рабочий диапазон телескопа от 20 мкм до 17 мм. Предполагается, что телескоп сможет работать как в одиночку, так и в составе интерферометра с базами «Земля — Космос» с наземными телескопами.

Что будет исследовать обсерватория

Научная программа проекта «Миллиметрон» включает три основных направления:

  • физические процессы в ранней Вселенной. «Миллиметрон» попытается обнаружить искажения в спектре реликтового излучения. Такие исследования впервые дадут ученым возможность заглянуть в «невидимую» часть Вселенной в эпоху до рекомбинации, когда она была непрозрачной для излучения.
  • Исследование активных ядер галактик. За счет чувствительности и углового разрешения «Миллиметрон» сможет проверить гипотезу существования кротовых нор. Он сможет исследовать структуры магнитных полей вблизи гипотетических входов кротовых нор и возможные истечения материи из этих областей.
  • Происхождение жизни во Вселенной. Именно в терагерцевом диапазоне, в котором будет наблюдать «Миллиметрон» объекты в небесной сфере, расположено большое количество молекулярных линий для сложных молекул, так называемых пребиотиков, без которых существование жизни, по современным представлениям, невозможно. Также благодаря «Спектру-М» ученые смогут изучать протопланетные диски, некоторые экзопланеты, атмосферы этих планет и планеты земного типа.

Научное оборудования обсерватории

  • Институт радиотехники и электроники РАН создал для обсерватории гетеродинные приемники с частотой до 600 гигагерц.
  • НТК «Криогенная техника» разработал криогенную бортовую машину для охлаждения зеркала телескопа в космосе до сверхнизких температур — минус 243 °C. Это необходимо в первую очередь для режима одиночной антенны, поскольку для достижения максимально высокой чувствительности болометрических матричных приёмников необходимо охладить их как можно сильнее.
  • Концерн Sumitomo произвел высокомодульное углеволокно для панелей антенны.
  • Научно-исследовательский институт космических и авиационных материалов (НИИКАМ) — разработчик связующего для высокомодульного углеволокна.

Зачем изучать космос в разных диапазонах электромагнитного излучения

Благодаря науке человек может наблюдать окружающей мир в разных диапазонах. В зависимости от длины волны электромагнитные колебания мы называем по разному. Длинные волны — от километров до сантиметров — это «радио». Например FM радиоволна имеет длину около 3 метров, сотовая связь — 16 см, микроволновки — 12 см, а экспериментальная сеть 5G в Сколково — 6 см.

Если длина волны укорачивается меньше сантиметра, и составляет миллиметры или их доли — это уже миллиметровый диапазон излучения. Это такое переходное состояние между радио и светом.

Если укорачивать волны дальше, то получим инфракрасное «тепловое» излучение, потом видимый свет, потом ультрафиолет, рентген и самое жесткое и энергичное излучение — гамма. Всё это и называется «спектр электромагнитного излучения».

По графику видно, что только малую часть реальной информации об этом мире воспринимают наши глаза — всего семь цветов, которые мы видим как радугу. 

То, что мы воспринимаем глазами как цвета, это просто электромагнитные колебания разной длины волны, например длина волны красного света — 650 нанометров, а синего — 450 нанометров.

По такому же принципу ученые создают цветные картинки из снимков в тех диапазонах излучения, в котором наши глаза не видят вообще, например в инфракрасном или ультрафиолете, или даже рентгене.

Излучение, которое достигает Земли, далеко не всегда прямо совпадает с тем, которое покинуло источник. Разница зависит от скорости источника относительно приемника, расстояния и свойств среды между ними.

Если мы учтем весь объем факторов, то только так сможем извлечь огромный объем данных о близком и далеком космосе: изучать строение, движение и эволюцию звезд, находить экзопланеты и черные дыры, наблюдать процессы в ядрах галактик, измерять расстояние в галактических и галактических масштабах, изучать свойства межгалактического и межзвездного пространства, заглядывать в прошлое галактик на миллиарды лет.

Главное в новой обсерватории 

Самая важная часть телескопа — это главное зеркало. Оно позволяет собирать электромагнитное излучение и фокусировать на принимающие детекторы. Чем больше излучения может собрать зеркало и направить в нужную точку, тем «резче» телескоп, или в научных терминах — выше его угловое разрешение. Поэтому у главного зеркала телескопа есть два ключевых показателя, от которых зависят его характеристики — диаметр, и качество поверхности.

Зеркало «Миллиметрона» будет состоять из 96 сегментов, 72 из которых будут разворачиваться после выведения на рабочую орбиту.

Для придания идеально гладкой поверхности композитным элементам зеркала «Миллиметрона» используются ситалловые формы. Всего таких форм должно быть четыре по одному на каждый ряд сегментов зеркала.

Точность поверхности ситалловой формы — 1 микрон. Точность композитных сегментов космического телескопа, которые сейчас получаются на этих формах — около 4 микрон, т.е. необходимая точность достигнута.

Температура жидкого азота около -196°C, на орбите же поверхность зеркала должна охладиться до температуры -269°C, т.е. всего на четыре градуса выше абсолютного нуля.

Такое охлаждение возможно, только если телескоп полностью оградить от нагрева солнечными лучами. При этом «Миллиметрон» планируют запустить в точку Лагранжа L2 системы Земля-Солнце, и ближайшая естественная тень будет в 1 млн км от телескопа. Поэтому нужно будет разворачивать теплоизолирующий щит над зеркалом. 

Международное сотрудничество по запуску обсерватории

Планируется, что представители России подпишут межправительственные соглашения с Китаем, Южной Кореей, Францией и Италией об их участии в создании астрофизической космической обсерватории.

На данный момент проводится формализация сотрудничества с Китаем, Южной Кореей, Францией и Италией на государственном уровне, то есть готовятся к подписанию соответствующие межправительственные соглашения, где будет прописана конкретная роль каждой страны-участницы проекта на основе ранее достигнутых договоренностей.

Лариса Лихачева, заместитель директора Физического института РАН

Ранее стало известно, что Южная Корея может помочь проекту сетью наземных антенн миллиметрового диапазона и гетеродинными приемниками с широкополосным смесителем, Китай и кооперация ученых из Франции, Швеции и Нидерландов — матричными приемниками, Италия — длинноволновым матричным спектрометром.

Когда произойдет запуск обсерватории

Официальный срок запуска намечен на 2029 год. Сегодня еще не завершены испытания композитных сегментов зеркала. Водородная ступень для ракеты «Ангара-А5В» еще не создана, и не готов стартовый стол на Восточном.

Но один из самых сложных этапов в создании телескопа — технология производства зеркала — уже в процессе освоения, со вполне наглядными результатами. Все ситалловые основы уже сделали, и после готовности технологии можно налаживать производство всех 96 сегментов.

Читать далее:

Замедление вращения Земли вызвало выброс кислорода на планете

Астрономы заметили в далеком космосе необычные структуры

Посмотрите на наскальное искусство неандертальцев, которому более 60 тыс. лет

Загрузка...