|
|
  |
Главная страница / Архитектура отрасли Глаз размером с землюЗаглянем за небеса В предыдущем номере мы рассказывали о Михаиле Федоровиче Решетневе - создателе первой в мире системы космической связи. К сожалению, многие современные школьники не знают, кто такой Юрий Гагарин, не говоря уж о Сергее Королеве. А космос становится все ближе. Космический телескоп Хаббл за шесть лет своей работы на околоземной орбите выдал уже более ста тысяч изображений - от фотографий планет Солнечной системы до самых далеких галактик, и, что ни фото, то открытие. В прошлом году были открыты планеты почти у десятка звезд. Американский космический зонд "Галилей" изучает систему спутников Юпитера, посылая на Землю информацию об их устройстве. Два американских космических корабля летят к Марсу, готовятся экспедиции к Сатурну и Плутону, В общем, земляне принялись за освоение небес всерьез. Естественно, мы не можем стоять в стороне от столь интересных событий и будем о них рассказывать, восстанавливая связь Земля-Космос. Кроме того, космические исследования всегда были и остаются самым передним фронтом научных и технологических изысканий, о которых полезно и интересно знать Чем глубже ученые пытаются проникнуть в тайны мироздания, будь то элементарные частицы или устройство космоса, тем все более монументальные приборы им требуются. Размеры современных ускорителей частиц достигают десятков километров, а установки, работающие на них, похожи на многоэтажные дома, начиненные сложнейшей электроникой. Но астрономы пошли еще дальше: они хотят создать телескоп размером с Землю, а то и вдвое больше. И это вполне реально, если наземную сеть телескопов использовать вместе с телескопом, запущенным на околоземную орбиту японскими учеными. Он будет вращаться на сильно вытянутой орбите от тысячи до девятнадцати тысяч километров над поверхностью Земли. Телескоп из лоскутков Давно известно, что способность радиотелескопа различать в небесах детали напрямую зависит от его размеров. Стометровая тарелка различает в два раза более мелкие детали по сравнению с пятидесятиметровой. Казалось бы: хочешь видеть лучше, строй телескоп больше. Но проблема в том, что более чем стометровый телескоп построить трудно: он не выдерживает собственного веса и деформируется. Тогда астрономы придумали делать телескопы из кусочков. Чтобы понять, как работает телескоп "из лоскутков", давайте мысленно разобьем большой телескоп на четыре части. Радиоволны, пришедшие из космоса, попадают на кусок под номером 1, отражаются и идут на приемник, где складываются с волнами от кусочков 2, 3 и 4. Радиоволны, отраженные от элемента 2, комбинируются еще и с элементом 3, а также 4, а от 3 еще и с 4. В итоге получается шесть возможных комбинаций: 1-2, 1-3, 1-4, 2-3, 2-4, 3-4. Теперь представьте себе, что два элемента мы выбросили, а два других оставили, но сделали их подвижными. Фиксируем первый элемент в положении 1, а второй передвигаем по позициям 2, 3 и 4, получаем первые тем в положение 2, а второй двигаем на позиции 3 и 4. Наконец, получаем последнюю комбинацию (3-4) и имеем то же, что и для большого телескопа. Только там все сигналы приходили и складывались одновременно, а для "лоскутного" телескопа - последовательно, по мере перемещения кусочков в новое положение. Процесс складывания информации из кусочков называется апертурным синтезом. На самом деле астрономы суммируют картинки, полученные от "лоскутков-телескопов", разбросанных по всей Земле. Чем больше вариантов, тем четче изображение. Ученым помогает вращение Земли: она постоянно меняет положение наземных телескопов. Дальше наступает ответственный момент: все данные необходимо собрать в одно место, очень точно синхронизировать и сложить, причем для каждого кусочка информации надо знать момент наблюдения, иными словами, положение Земли и направление на исследуемый объект. Называется такая система VLBI - Very Long Base Interferometry - интерферометрия с очень большой базой. Именно благодаря ей астрономы получают в свое распоряжение телескоп размером с Землю. Конечно, по качеству изображения он уступает настоящему, но не так уж сильно. Естественное развитие идеи - вывести телескопы в космос. До последнего времени японские исследователи не проявляли большой активности в мировом астрономическом бизнесе. Доминировали Северная Америка, Европа и Австралия. Теперь же японцы резко вышли вперед и претендуют на лидирующие позиции: в феврале 1997 года их ракета M-V вывела на орбиту восьмиметровую параболическую антенну. Антенна-сеточка Однако вытащить на орбиту телескоп такого размера совсем не просто. Японцам пришлось придумать для этого нечто удивительно красивое - антенну-сеточку. Струны из толстых кевларовых нитей были растянуты словно лучи морской звезды между шестью опорами. Сверху натягивалась сеточка-телескоп из молибденовых нитей с золотым покрытием. Это уникальное сооружение было создано компанией Mitsubishi. Весит оно 226 килограммов, а форму держит жестко: ни одна из точек сети не может отклоняться от идеальной параболы более чем на полмиллиметра. Но главной проблемой было упаковать все это в двухметровый контейнер, который можно погрузить в ракету и вывести на орбиту. Более всего руководителя проекта Хисаши Хирабаши волновало, как все это великолепие будет раскрываться в космосе. "Подобное состояние похоже на ожидание ребенка - ты надеешься, что все будет хорошо, и тем не менее очень волнуешься". После раскрытия антенна начнет передавать 130 мегабайт информации в секунду на пять наземных станций: в Японии, Западной Виргинии (США), в центре НАСА в Калифорнии, в Австралии и Испании. Каждая из приемных станций снабжена одиннадцатиметровой антенной, разработанной в НАСА. Все участники проекта подчеркивают, что он в принципе был бы неосуществим без глобального международного сотрудничества. В проекте задействовано почти сорок радиотелескопов из пятнадцати страа территории от Англии до Китая, и столько же в Южном полушарии от Австралии до Южной Африки. Информация записывается на магнитные ленты компьютера и передается в два места: японский исследовательский центр Митака в пригороде Токио и в штат Нью-Мексико (США), где обрабатывается и согласуется с данными, полученными наземными телескопами. Абсолютная синхронность Теперь поговорим о синхронизации данных: все эти собранные кусочки информации можно складывать только при условии, что они получены одновременно. Для решения этой проблемы на каждую магнитную ленту записываются метки времени от специального сверхточного устройства - водородного мазера. В космосе его нет, поэтому космическую информацию наземные станции помечают уже после приема. Вслед за запуском японского спутника начнется интенсивный период тестирования, проверки работы электронной аппаратуры в космических условиях и согласования информации. Лишь в мае ученые надеются приступить непосредственно к научным изысканиям. Подобная система уже опробована в США с целью синхронизации сигналов от космического телескопа Хаббл и наземных телескопов. Она имела гораздо меньше элементов и не очень большое разрешение, но все же позволила определить размеры некоторых квазаров - самых мощных радиоизлучателей в космосе. "Мы убедились, что такая синхронизация возможна и от предстоящего эксперимента с японским небесным телескопом можно ждать удивительных открытий, - говорит Антон Ценсус, сотрудник НАСА в Виргинии. - По нашим оценкам, чувствительность новой системы такова, что мы сможем различить отпечатки следов космонавтов на поверхности Луны". Это в три раза превышает существующую точность измерений. Современная VLBI-система включает в себя десять двадцатипятиметровых телескопов на поверхности Земли. Она заработала в 1993 году и уже позволила сделать немало открытий. Одно из самых интересных - обнаружение быстровращающегося кольца газа в центре галактики NGC 4258. По колоссальной скорости вращения удалось установить, что в ограниченном пространстве в центре галактики находится объект, масса которого в 36 миллионов раз превышает массу Солнца. Большинство астрономов сходятся во мнении, что это убедительное свидетельство существования черных дыр - загадочных сверхплотных объектов, которое давно было доказано теоретически. Их гравитационное притяжение так велико, что даже лучи света не могут вырваться за пределы этих "монстров" - отсюда и название. После находки в галактике NGC 4258 ученые считают, что в центре большинства квазаров и активных галактик расположены черные дыры. Заглядывая в черную дыру Черные дыры с огромной силой притягивают к себе всю окружающую их материю, и обычно вокруг них вращается диск, постепенно приближающийся к ним и в конце концов падающий в центр. Кроме того, астрономам известно, что из черных дыр бьют наружу фантастической силы струи разогретого газа, простирающиеся на тысячи световых лет. Никому еще не довелия вещества до таких скоростей, но с помощью VLBI уже удалось разглядеть начальные участки этих струй. Оказалось, что они напоминают штопор. Это означает, что вокруг черной дыры действуют необычайной силы магнитные поля и только им под силу закрутить путь заряженных частиц таким образом. Чтобы убедиться в правильности гипотезы, надо проследить за путем струй как можно ближе к черной дыре - это и станет одной из главных задач новой системы. Честно говоря, именно стремление получше рассмотреть, что происходит вокруг черных дыр и в центрах активных галактик, и служит главной движущей силой создания космической VLBI. У нее, кстати, есть теперь собственное название VSOP - VLBI Space Observation Programme. Конечно, до детального разглядывания черных дыр далеко, но начинать надо. Чтобы вы могли представить разрешающую силу VSOP, приведем один пример: она способна из Лос-Анджелеса разглядеть рисовое зернышко, оброненное в Токио. Японские астрономы уже планируют следующие шаги по расширению VSOP. Не отстают от них и американцы. НАСА разрабатывает проект двадцатипятиметрового зеркала на основе майлара - прочного пластика. (Четырнадцатиметровое зеркало было испытано в мае 1996 года во время одного из полетов американского космического челнока Шаттл.) В этом проекте планируют принять участие Европа и Россия, но пока он остается только проектом, потому что денег на его реализацию не выделено и даже орбита для расположения зеркала не выбрана. Судьба финансирования зависит от успешности работы VSOP. Более реальные планы у России: в 1998 году намечен запуск десятиметровой пятитонной тарелки. Орбита ее будет очень вытянутой, телескоп будет отходить от Земли на 77 тыс. км., что должно в три раза повысить разрешение VSOP. У наших соотечественников есть и глобальные идеи. Николай Кардашев из Физического института Академии наук им. Лебедева разрабатывает проект, по которому тарелки телескопов окажутся на орбитах в миллионе километров от Земли. Такой телескоп в сто раз превысит размеры Земли. "Это будет нечто удивительное,- считает Ценсус. - Вот тогда мы и доберемся до того, что упрятано в центрах квазаров". По материалам пресс-релизов НАСА, сети Internet и журналов Главная страница / Архитектура отрасли |