Делюсь своим эссе "Радиоастрономия на Земле, Луне и в космосе". Писалось оно в состоянии "яничертанеуспеваю" для курса "Основы астрономии" на Открытом Образовании.
Однокурсники оценили мои старания на 75/75 баллов, и это "win", особенно если знать, что это мои первые шаги в академические дебри изучения космоса)
---
Многим известна фраза: "чтобы заглянуть на миллионы лет назад, не нужно машины времени, - достаточно поднять голову и посмотреть на звезды". Это действительно так, и сотни, и тысячи лет назад люди смотрели в прошлое, восхищаясь бездонным небом.
Сейчас это немного сложнее. И одновременно проще. Яркие огни ночных городов мешают нашим глазам (да и зачастую оптическим телескопам тоже) увидеть настоящее ночное небо. Но многое из того, что предлагает космос, невооруженным глазом и не увидеть: джеты галактических ядер, реликтовое излучение, сигналы пульсаров - все это доступно нам исключительно в радиодиапазоне.
Этим и занимаются радиоастрономы - исследуют излучение астрономических объектов в диапазонах радиоволн. Получаемые ими результаты не столь живописны, сколь фотографии оптических телескопов, но, если мы действительно хотим разгадать тайны Вселенной, радиотелескоп - наш лучший помощник.
Давайте знакомиться. Радиотелескоп - это крупногабаритная радиоантенна, конструкция которой почти не изменялась с 1937 года: поворотный механизм, параболический отражатель и радиоприемник. С помощью первого такого радиотелескопа Грот Ребер построил радиокарту Северного полушария неба. Затем, в 1964 году, Арно Пензиас и Роберт Уилсон зарегистрировали реликтовое излучение. А после радиотелескопы для связи с космическими аппаратами и фиксации космических сигналов в широком электромагнитном диапазоне стали строить уже по всему миру.
Радиотелескоп имеет одно существенное ограничение - диаметр параболической антенны, от которого зависит качество принимаемого сигнала. Но наука ограничений не приемлет, и оригинальным решением этой проблемы стали радиоинтерферометры.
Сплетение радиотелескопов в своеобразную паутину, управляемую из единого центра, позволило получать такую четкую карту источника излучения, как если бы наблюдение велось с одного радиотелескопа, по размерам равного расстоянию между всеми участниками сети. Радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами помимо "внешних" исследовательских проблем позволила нам ближе познакомиться и с родным домом: теперь мы способны, к примеру, отслеживать перемещение литосферных плит и изучать динамику вращения планеты. Сегодня все крупнейшие радиотелескопы мира объединены в глобальную систему, с помощью которой радиоастрономы смогли наблюдать взрыв сверхновой звезды в его начальной стадии и обнаружить чрезвычайно массивные черные дыры. А ведь это только начало!
34 мировых института занимаются вопросом перекрытия диапазона от 100 МГц до 25 ГГц несколькими широкополосными приемными системами фазоуправляемых радиотелескопов, построенных по схеме разностного приема. Этот международный проект называется "SKA" ("решетка площадью в квадратный километр"), и его задачей станет поиск первичных структур во Вселенной.
Нельзя сбрасывать со счетов и радиоастрономов-любителей - они не подключены к мировой сети, однако вносят свой посильный вклад в будущее радиоастрономии, используя самодельные радиотелескопы для прослушивания неба. Их диапазон, с одной стороны, сильно ограничен размерами антенны, но с другой - такой "радар" можно направить почти в любую часть небесной сферы.
Следующим логичным шагом для радиоастрономии стал вывод радиотелескопа в космос. Наземные телескопы, конечно, обладают высокой скоростью передачи данных, но они сильно ограничены некоторой величиной яркости и не позволяют определить, равна ли ей реальная яркость источника. Вывод же радиотелескопов в космос сводит на "нет" мешающее влияние атмосферы и ионосферы.
Космический радиотелескоп, работающий совместно с наземной сетью, также образует радиоинтерферометр, и длина его базы определяется высотой орбиты. Идеальной локацией для него является область на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли в противосолнечном направлении – тогда космический телескоп с 12-метровым зеркалом будет эквивалентен по чувствительности наземному радиотелескопу с зеркалом диаметром 3 километра. В интерферометрическом же режиме его разрешение будет в тысячи раз выше, чем интерферометры с предельной наземной базой!
Тут можно порадоваться за отечественную науку - наш "Радиоастрон" вращается по эллиптической орбите с апогеем 350 000 километров, то есть, близкой к лунной. Большое разнесение радиотелескопа с его наземными "коллегами", синхронизированными с ним с помощью атомных часов, позволяет получить высокое угловое расширение компактных радиоисточников.
Разумеется, космические радиотелескопы тоже не без слабостей. Например, потеря излучения при распространении в космическом пространстве, возникающая из-за рассеяния радиоволн на скоплениях межзвездной плазмы и поглощения в отдельных районах межзвездной среды. А главное - любой космический аппарат на околоземной орбите постоянно испытывает действие лунной гравитации и, если не корректировать его орбиту, рано или поздно упадет.
Тогда разумно рассмотреть саму Луну как площадку для следующего "маленького шага для астрономии и гигантского шага для человечества". Наш спутник почти идеален для радиотелескопа: медленное вращение вокруг своей оси, отсутствие атмосферы и ионосферы, слабое притяжение... Здесь не помешает проблема постороннего радиошума, потому что не будет его искусственных источников. Появится возможность более тесного "знакомства" с самой Луной: как на Земле мы изучаем нашу литосферу, так и на ней сможем заглянуть под оболочку. Да и одно плечо радиоинтерферометра "Луна-Земля" (а в будущем, наверняка, и "Марс-Земля") колоссально растянет базу, все больше и больше увеличивая разрешение!
Конечно, главная заслуга радиоастрономии в том, что она расширила возможности человечества по изучению космоса до воистину космических масштабов. В том, что позволила нам "заглянуть в прошлое". Но помимо всего этого радиоастрономия изо дня в день напоминает нам о тех возможностях, которые люди могут получить, работая только в глобальном взаимодействии. О чем, в условиях нашей вечной борьбы каждого с каждым, действительно важно помнить.
#астрономия #радиоастрономия #космос #открытоеобразование #эссе
