Loading...

«Гранат»: астрономический археолог
IKI RAN

Меньше чем через три недели космический телескоп James Webb отправится на орбиту Земли для наблюдения за планетами Солнечной системы, экзопланетами, протопланетными дисками, галактиками и их скоплениями, а также квазарами. Мы продолжаем рассказывать об уникальных телескопах, которые расширили наше представление о космосе. О том, как получить изображение центра галактики, создать телескоп без линз и открыть первый микроквазар – в новом материале цикла «Взгляд в темноту» от InScience.News.

Космический аппарат «Гранат» стал второй непилотируемой неатмосферной обсерваторией, созданной в Советском Союзе. Главным разработчиком стало Научно-производственное объединение имени С. А. Лавочкина, которое совместно со специалистами из Франции, Дании и Болгарии разработало семь приборов, вошедших в состав специализированной обсерватории. Благодаря им обсерватория могла покрывать диапазоны энергий от оптического до гамма. Именно благодаря этому ученые в ходе исследований смогли получить уникальные результаты, которые вошли в историю астрофизики. За время работы аппарата удалось обнаружить более 20 ранее неизвестных источников рентгеновского излучения, собрать данные о спектрах излучения черных дыр и нейтронных звезд, зарегистрировать более 250 всплесков гамма-излучения.

Главной особенностью этой обсерватории стал колоссальный диапазон, в котором приборы могли воспринимать излучения – от 2 кэВ до 100 МэВ. Появление такого инновационного (по меркам конца 1980-х годов) комплекса давало возможность измерять температуры тепловой плазмы в скоплениях галактик, рентгеновских пульсарах, аккреционных дисках вокруг черных дыр, выявлять космических объектов, где работают нетепловые механизмы излучения. Более того, именно эта обсерватория стала одним из первых в мире искусственных спутников, которые могли вести непрерывное наблюдение до 24 часов в сутки.

Из чего состоял «Гранат»

Главной и основной частью «Граната» стал гамма-телескоп Sigma, который был создан в Центре изучения космических излучений и Центре ядерных исследований во Франции. Особенностью этого телескопа стало то, что он составлял изображения без использования линз и зеркал, как это было принято раньше, а с помощью маски из прозрачных и непрозрачных элементов. Источники света в разных положениях формируют разные тени. Для того, чтобы получить изображение неба, необходимо обработать полученные результаты. Такой метод очень популярен при изучении рентгеновских и гамма-лучей, которые невозможно сфокусировать с помощью линз и зеркал.

В длину этот телескоп составлял 3,5 метра, а его диаметр достигал 1,2 метра. Весил аппарат около тонны. Кроме масок и позиционно-чувствительного детектора, Sigma также имела звездные датчики и даже бортовой компьютер.

Еще один телескоп АРТ-П, входивший в состав комплекса научной аппаратуры для «Граната», создали в России, в Отделе астрофизики высоких энергий Института космических исследований АН СССР (Москва). Как и Sigma, АРТ-П работал с помощью кодирующих масок, которых было четыре штуки. Кроме них на телескопе расположены позиционно чувствительные газовые счетчики. Для того, чтобы проводить обработку поступающей информации, в телескопе имелся микропроцессор. А для обмена информацией с «французским коллегой» Sigma были установлены специальный канал и запоминающая система «Старт». Перед тем, как отправить инструмент на орбиту, ученые провели наземную калибровку АРТ-П. Для этого был изготовлен стенд в виде 15-метровой трубы.

Французский аппарат Phebus был предназначен для отслеживания всплесков гамма-излучения. В конструкцию входили шесть сцинтилляционных детекторов – детекторов, сделанных из особых веществ, которые, поглощая ионизирующее излучение, излучают свет. Детекторы собирают его в фотоприемнике и регистрируют в той или иной системе. Phebus использовал в качестве сцинтилляторов кристаллы германата висмута BGO.

Датский институт космических исследований разработал аппарат Watch, который представлял из себя рентгеновский монитор, охватывающий большую часть неба – около 80%. Чередующиеся сцинтилляционные пластинки из NaI и CzI использовались в качестве детекторов.

Инструмент АРТ-С был также произведен в Институте космических исследований. Это коллимированный спектрометр, угол зрения которого составляет 2°×2°. В его конструкции основную роль играли газовые счетчики. Однако он, как и прибор для регистрации гамма-всплесков КОНУС и комплекс приборов на поворотной платформе «Подсолнух», почти не использовались в исследованиях из-за разных технических проблем.

Работа «Граната» в космосе

Международная астрофизическая обсерватория «Гранат» была запущена на орбиту 1 декабря 1989 года с помощью ракеты-носителя «Протон». Запуск прошел на космодроме «Байконур». Период вращения вокруг Земли был равен всего четырем дням, а каждые три дня проводились научные наблюдения.

Контроль за деятельностью обсерватории осуществлял Центр дальней космической связи под Евпаторией, который также принимал данные со спутника. Для этого использовалась антенна, высота которой составляла 70 метров. Благодаря высокому уровню технического оснащения Центра удалось минимизировать количество ошибок в поступающих данных, а также проводить экспресс-анализ научной информации.

«Гранат» пробыл в космосе девять лет, причем ученые перевели комплекс в режим сканирования, то есть сбора данных перед утилизацией, через пять лет после запуска. Таким образом, в ноябре 1998 года работа была закончена, а в мае следующего года «Гранат» разрушился при входе в атмосферу.

Результаты исследований

Благодаря комплексу «Гранат» удалось сделать ряд необыкновенных открытий, которые оказали существенное влияние на всю мировую астрофизику. Спутник проводил мониторинг большого количества космических объектов, расположенных как в нашей галактике, так и за ее пределами.

Особых успехов «Гранат» смог достичь в исследовании солнечной активности. Он обнаружил синтез дейтерия в ядерных реакциях на поверхности звезды во время ярчайших солнечных вспышек. Также космический аппарат отслеживал гамма-всплески, и за все время работы ему удалось зафиксировать 250 таких выбросов.

Однако особо важным открытием стало получение изображения галактического центра в мягком и жестком рентгеновских диапазонах. Вообще центр галактики уже довольно продолжительное время (с 1970-х годов) привлекал ученых, и «Гранат» помог ответить на ряд вопросов. Основным было происхождение жесткого и переменного излучения в этой области (тогда это было принято связывать с черной дырой). 

Так, благодаря данным «Граната» выяснилось, что в рентгеновском диапазоне светимость центра галактики очень мала, однако стало известно о диффузном излучении вокруг него. Также стало известно о кандидатах в черные дыры и нейтронные звезды — все благодаря обнаружению неизвестного раннее рентгеновского излучения. Более того, благодаря аппаратуре этого космического аппарата удалось создать полноценные спектры излучения черных дыр и нейтронных звезд.

Более того, именно благодаря «Гранату» мир узнал о первом микроквазаре – двойной системе звезд, которая одна звезда сжата в темный компактный объект, а другая движется по орбите вокруг первой. Обе они связаны гравитацией. Этот микроквазар сегодня известен под названием GRS1915+105, а находится он прямо у нас в галактике.


Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram