Архивы: по дате | по разделам | по авторам

Дмитрий Вибе: Летающие инфракрасные телескопы

АрхивКолонка Вибе
автор: Дмитрий Вибе   10.09.2012

Осенью 2012 года начинаются полномасштабные наблюдения на телескопе инфракрасного диапазона "SOFIA". На протяжении следующих 13 месяцев самолёт-телескоп поднимется в воздух 46 раз.

В комментариях к предыдущей колонке меня упрекнули в обманчивости названий. Я и правда стараюсь придумывать нетривиальные названия, рассудив, что колонка не научная статья и допускает некоторую художественную вольность (впрочем, сейчас усиливается тенденция и научные статьи называть как-нибудь повычурнее). Пару раз было даже так, что я сначала изобретал название, а потом дописывал к нему колонку. Но что для автора шалость, то для читателя обман, и потому в этот раз, выбирая название, я обратился за помощью к КО.

Всем (или почти всем) известно, что главным препятствием для астрономических наблюдений является земная атмосфера. Но если в видимом свете она лишь портит изображение, то во многих других диапазонах атмосферное поглощение делает наземные наблюдения полностью невозможными. Самое кардинальное решение — создавать обсерваторию в космосе — оказывается весьма дорогим и сложным. Поэтому не прекращаются попытки найти какие-то промежуточные пути.

Наиболее многообещающим в этом плане оказывается инфракрасный (ИК) диапазон. В ультрафиолете (УФ), например, поглощение связано с озоновым слоем, значит, телескоп УФ-диапазона нужно выводить за пределы стратосферы. Это требует если не космической обсерватории, то уж как минимум геофизической ракеты. (Кстати, первые внеатмосферные астрономические наблюдения проводились в 1946 году при помощи "Фау-2" именно в ультрафиолетовом диапазоне.)

В ИК же основными поглотителями являются "парниковые газы" (углекислый газ и водяной пар), которые прижаты к Земле гораздо сильнее. Поэтому проблему атмосферных помех можно решить при помощи самолёта или воздушного шара. Причём первый вариант куда предпочтительнее, ибо воздушным шаром бывает сложно управлять.

Вообще, первые астрономические наблюдения с борта самолёта были проведены 89 лет назад: 10 сентября 1923 года в воздух над Калифорнией поднялись шестнадцать самолётов, участвовавших в кампании по наблюдению солнечного затмения. Однако на протяжении следующих сорока лет никаких особых продвижений в этой области не было. Серьёзные перемены начались лишь в 1960-е годы: самолёты становились всё больше, приёмники ИК-диапазона — всё чувствительнее, благодаря чему зародилась мысль об использовании авиации не для разовых наблюдений солнечных затмений, а для создания постоянно действующей обсерватории.

Первым весьма успешным проектом такого рода была обсерватория "Галилео" на борту самолёта Convair-990 (NASA). Телескоп был установлен внутри салона и смотрел на небо через стекло иллюминатора, что ограничивало доступные длины волн. Тем не менее результаты оказались вполне впечатляющими. Например, при помощи этой обсерватории американскому астроному Джерарду Койперу впервые удалось показать, что в атмосфере Венеры нет воды, развеяв тем самым длительное заблуждение.

В то же время — в конце 1960-х годов — появился и проект большого телескопа, который устанавливался бы не в салоне самолёта, а в открытом отсеке. Свой первый рейс летающая обсерватория, оборудованная 90-сантиметровым инструментом, совершила в 1974 году, а в 1975 году, с началом регулярных наблюдений, ей было присвоено имя Койпера.

Обсерватория Койпера (Kuiper Airborne Observatory, KAO) проработала больше 20 лет — до 1995 года, совершая примерно по 70 вылетов в год. Судя по воспоминаниям участников, это было весёлое время. Весьма умеренная тепло- и шумоизоляция транспортного самолёта С-141 во время долгих полётов (типичная длительность рейса составляла около 7 часов) побуждала участников, среди которых всегда было много студентов и аспирантов (не стареньким же профессорам летать в таких условиях), не только к научному, но и к художественному творчеству. Одним из результатов работы обсерватории стал сборник стихов и песен, написанных (и исполнявшихся) во время наблюдений. А в труды симпозиума 1995 года, посвящённого наблюдениям на обсерватории Койпера, попала и вот эта статья, пересказать которую я не берусь.

За двадцать лет на КАО было сделано много интересных наблюдений. На время её работы пришлись такие важные астрономические события, как пришествие кометы Галлея, вспышка сверхновой 1987 года, падение кометы Шумейкеров-Леви на Юпитер. Однако для инфракрасного диапазона 90-сантиметровое зеркало — это всё-таки очень мало. На самых длинных волнах, доступных обсерватории Койпера (сотни микрон), разрешение составляло несколько угловых минут. Поэтому с середины 1980-х годов параллельно с наблюдениями на KAO шла работа над авиационной обсерваторией следующего поколения — SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy). В 1995 году наблюдения на телескопе Койпера были свёрнуты, чтобы освободить финансы для нового инструмента.

Обсерватория SOFIA "рождалась" в муках. Проект многократно пересматривался; один раз он был почти остановлен. Но сейчас всё это позади. После двух удачных тестовых научных программ 2010 и 2011 годов обсерватория наконец-то начинает полноценную работу.

По всем параметрам она существенно превосходит обсерваторию Койпера. Рабочий диаметр зеркала — 2,5 метра. Масса телескопа — 15 тонн. Самолёт — "Боинг-747". Максимальная длительность полёта — больше двенадцати часов, из которых сами наблюдения занимают около восьми часов.

Для анализа собранного телескопом света пока доступно четыре прибора: камеры FLITECAM и FORCAST (1-40 микрон), спектрометр со скромным именем GREAT (60-240 микрон) и скоростной фотометр видимого диапазона HIPO. В ближайшие два года приборов станет семь, и они обеспечат фотометрию, спектроскопию и поляриметрию в диапазоне от 0,3 до 240 микрон. Теоретически диапазон телескопа простирается до 1600 микрон, однако пока весь его использовать не предполагается.

Впрочем, удобство обсерватории на самолёте состоит в том, что оборудование можно при необходимости обновлять. Время от времени NASA будет собирать заявки на изготовление новых приборов, так что, как написано на сайте проекта, каждые несколько лет астрономическое сообщество будет, по сути, получать новую инфракрасную обсерваторию.

SOFIA является совместным проектом США и Германии. Германия предоставляет телескоп и два научных прибора, Штаты — всё остальное, включая наземную инфраструктуру, поэтому наблюдательное время распределено в такой пропорции: 20 процентов отдано Германии, 80 - США. Правда, на сайте проекта написано, что "американское" время открыто для всего астрономического сообщества. Судя по объявленным 30 августа результатам отбора заявок для первого наблюдательного цикла, это действительно так — доминируют в списке американские организации, но много и заявок "со стороны". Наряду с наукой не забыта и просветительская миссия. Гостями обсерватории в каждом полёте будут учителя из США и Германии — эта традиция возникла ещё на обсерватории Койпера.

Плановое время работы обсерватории — двадцать лет. При нормальном функционировании она будет совершать по три-четыре вылета в неделю. Составление их планов будет довольно непростой задачей. Во-первых, во время полёта нельзя менять оборудование, так что для конкретного рейса придётся подбирать заявки на один и тот же прибор, скажем на камеру или спектрометр. Во-вторых, нужно учитывать, что во время длительных наблюдений самолёт не может маневрировать, чтобы всё время быть повёрнутым к наблюдаемому объекту нужным боком. Хотя отверстие отсека для телескопа постарались сделать максимально большим, верхняя часть фюзеляжа остаётся закрытой, и потому телескопу недоступны объекты, расположенные меньше чем в 30 градусах от зенита.

Последнее ограничение компенсируется мобильностью: если нужная область неба оказывается слишком высоко над горизонтом, можно просто пролететь по широте так, чтобы она стала ниже! Телескоп базируется в Калифорнии, однако это не означает, что ему будут доступны только объекты северного неба. Если для наблюдений понадобится лететь в южное полушарие, самолёт сможет сесть для дозаправки в любом крупном аэропорту. Позже предполагается организовать в южном полушарии постоянную базу.

Вообще, SOFIA кажется телескопом мечты. Широчайший диапазон, большое зеркало, богатое оборудование, возможность наблюдений чуть ли не с любой широты обоих полушарий… Только бы проработал положенный срок. К сожалению, читая про обсерваторию, нет-нет да и натыкаешься на страшные слова "недостаток финансирования".

Поделиться
Поделиться
Tweet
Google
 
© ООО "Компьютерра-Онлайн", 1997-2017
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на "Компьютерру" обязательна.