Дмитрий Вибе: Спитцер, телескоп и человек

АрхивКолонка Вибе

Весной 2012 года NASA приняло решение о продлении финансирования нескольких космических телескопов. Среди счастливчиков оказался и инфракрасный телескоп "Спитцер".

Лайман Спитцер-младший в России и ближнем зарубежье известен, пожалуй, в основном как автор двух монографий - "Физика полностью ионизованного газа" и "Физические процессы в межзвёздной среде". Про первую книгу ничего сказать не могу, а вот вторая таки действительно библиографическая редкость, настольная книга и классика жанра. Правда, сложновато написана. Автор более современного учебника по физике межзвёздной среды, Александр Тиленс, даже счёл нужным предупредить потенциальных читателей учебника Спитцера, что "многих перспективных молодых учёных в последний раз видели, когда они покупали эту книгу".

На Западе же он считается, во-первых, основоположником современных представлений о звёздообразовании, во-вторых, чуть ли не автором идеи о размещении большого телескопа в космосе. Конечно, с авторством идеи имеет место явный перегиб. Мысль о выводе астрономического инструмента за пределы атмосферы не настолько глубока, чтобы была возможность приписать её какому-то конкретному человеку. О фотографировании небесных тел из космоса Роберт Годдард и Герман Оберт писали ещё в начале XX века. Если говорить конкретно о больших телескопах, то у Беляева в "Звезде Кэц" фигурируют космические рефлекторы с зеркалами поперечником в сотни метров.

Правильнее, наверное, будет сказать, что Спитцеру принадлежит идея не космического телескопа вообще, а вполне конкретного инструмента, который нам теперь известен как Космический телескоп имени Хаббла. Впервые Спитцер написал о таком телескопе ещё в 1946 году, но по понятным причинам - и финансовым, и техническим - идею пришлось невероятно долго "продавливать": практическая разработка проекта началась в 1971 году, а полетел он только в 1990-м.

Хотя "Хаббл" в большой степени был детищем Спитцера, в NASA нет практики присвоения инструментам имён живущих персон. В момент запуска Спитцер был ещё бодрым семидесятипятилетним учёным. Кроме того, в то время не боялись давать космическим аппаратам имена задолго до запуска: "Хаббл" обрёл своё имя в 1983 году. Поэтому в честь Спитцера был назван другой инструмент - космический телескоп инфракрасного диапазона, запущенный в 2003 году, через шесть лет после смерти учёного.

"Хаббл" и "Спитцер", вместе с гамма-обсерваторией Комптона и рентгеновской обсерваторией "Чандра", составляют четвёрку Больших обсерваторий NASA. "Спитцер" в этой флотилии отвечает за самый длинноволновый диапазон. Первоначально его чувствительность простиралась от 3.6 до 160 микрон, охватывая ту часть спектра, которая с Земли практически ненаблюдаема. Основу вооружения "Спитцера" составили два фотометрических инструмента - IRAC и MIPS. Первый обслуживал ближний ИК-диапазон, второй - дальний ИК-диапазон. Четыре фильтра IRAC позволяли получать снимки в полосах, центрированных примерно на 3.6, 4.5, 5.8 и 8 микрон. MIPS работал в полосах вокруг 24, 70 и 160 микрон.

У каждого из этих чисел есть конкретное физическое обоснование. В три из четырёх фильтров IRAC (кроме 4.5 мкм) попадают сильные полосы излучения полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Диапазон 4.5 мкм выбран так, чтобы в нём этих полос как раз не было. Это позволяет при необходимости приближённо вычесть из других полос излучение, не связанное с ПАУ. Фильтры MIPS предназначены для фиксации излучения соответственно горячей, тёплой и холодной межзвёздной пыли.

Помимо двух фотометрических инструментов в боекомплект "Спитцера" входил ещё спектрограф IRS, работавший в диапазоне от 5 до 40 мкм, однако спектроскопические наблюдения более трудоёмки, поэтому на IRS, конечно, получено гораздо меньше результатов, чем на IRAC и MIPS.

Благодаря большому зеркалу (85 см) и необычной орбите ("Спитцер" летает не вокруг Земли, а вокруг Солнца), телескоп превзошёл по чувствительности всех своих предшественников и на долгие годы стал "законодателем инфракрасных мод", иногда даже в несколько комической форме. Исходные снимки в каждом фильтре IRAC, естественно, "чёрно-белые". Чтобы для наглядности представить их в цвете, комбинированные снимки в четырёх диапазонах IRAC раскрашивали в искусственные цвета, причём для диапазона 4.5 мкм был выбран зелёный. Благодаря этому совершенно условному выбору в астрономии появился термин "протяжённый зелёный объект" (extended green object, EGO), или, более неформально, - Green Fuzzy. И эти объекты теперь навсегда останутся зелёными, даже если для сходного диапазона ИК-телескопов будущего будет выбран другой искусственный цвет.

Наиболее востребованными и результативными диапазонами "Спитцера" (хотя тут, может быть, сказывается и мой персональный вкус) оказались 8 мкм (излучение ПАУ), 24 мкм (излучение горячей пыли) и 70 мкм (излучение холодной пыли). На длинах волн короче 8 мкм всё ещё значителен вклад звёзд, так что в этих изображениях сложнее разбираться. В диапазоне же 160 мкм угловое разрешение "Спитцера" низковато (около 40 секунд дуги), да и качество изображений часто оставляет желать лучшего (и эти желания воплощает "Гершель"!).

Но увы! Время работы "Спитцера" именно в этих, самых интересных диапазонах было ограничено запасами охладителя, которые иссякли в мае 2009 года. Для прежних космических ИК-обсерваторий это означало финал. Но судьба "Спитцера" оказалась более счастливой: для него три года назад началась "тёплая миссия". Даже нагретая до десятков К аппаратура позволяет беспрепятственно использовать два коротковолновых диапазона IRAC - 3.6 и 4.5 мкм.

Надо сказать, что решение о продлении работы "Спитцера" не столь очевидно, как может показаться на первый взгляд. С одной стороны, конечно, глупо выключать работающий телескоп, у которого - помимо длинноволновых приёмников - все системы работают безупречно. Но, с другой стороны, его эксплуатация стоит недёшево, и это при том, что "в работе" остались два наименее интересных диапазона, к тому же в какой-то степени доступных для наблюдений с Земли. Кроме того, "Спитцер" и так отработал на холодной стадии в два раза дольше, чем планировалось вначале.

Тем не менее в начале марта 2012 года специальная комиссия NASA рекомендовала продолжить работу телескопа как минимум до сентября 2014 года, с возможностью дальнейшего продления до 2016 года. В отчёте комиссии отмечен поразительный факт: телескоп не просто сохраняет работоспособность. На нём постоянно что-то подвинчивается и подкручивается, из-за чего качество наблюдений не остаётся стабильным; оно всё время повышается. Улучшается точность наведения, сводится к минимуму дрейф телескопа во время наблюдений, на матрице за много лет работы выявлены "самые лучшие" пикселы, позволяющие проводить фотометрию с наивысшей точностью.

Возможность проведения высококачественной фотометрии, в частности, делает "Спитцер" мощным инструментом для исследования внесолнечных планет. Вот, например, совсем недавнее сообщение о наблюдении затменной планетной системы 55 Рака, которое позволило зафиксировать излучение ближайшей к звезде планеты в этой системе на длине волны 4.5 мкм. Благодаря удалённости от Земли один и тот же объект на "Спитцере" можно непрерывно наблюдать на протяжении многих часов - далеко не лишнее качество для получения кривых блеска в системах с транзитными планетами. Да и для решения многих других задач "Спитцер" по-прежнему пригоден и весьма востребован - объём заявок на наблюдения превышает возможности телескопа почти в четыре раза.

Так что телескоп, скорее всего, не будет выключен и в 2016 году, а там, глядишь, уже и JWST подтянется, если не возникнут на его пути очередные непреодолимые препятствия. По крайней мере, первый инструмент для JWST - камера MIRI - уже готов!