Há sete anos, com a ajuda do
foguete Zenit-3F com o bloco de reforço
Frigate-FB , talvez o projeto científico mais produtivo da história moderna da cosmonáutica russa, o telescópio
Radio Astron , foi lançado em órbita. A história deste projeto e o processo de seu trabalho serão discutidos hoje.
Histórico do projeto
Em
1965, três cientistas soviéticos (Kardashev, Matveenko e Sholomitsky) propuseram o conceito de
interferometria de
rádio com bases ultra-longas, nas quais os radiotelescópios espaçados por longas distâncias permitem que o trabalho conjunto obtenha uma resolução correspondente à distância entre eles. As primeiras experiências nessa direção foram realizadas com telescópios terrestres, mas somente com a remoção de um dos telescópios para o espaço, esse método permitiria obter resultados realmente surpreendentes. A primeira "quebra de caneta" nessa direção foi o observatório de rádio
KRT-10 operando na estação de Salyut, de julho a agosto de 1979. Pela primeira vez, experimentos semelhantes foram realizados com o telescópio terrestre de 70 metros
RT-70 . E já em
1980, foi decidido construir 6 radiotelescópios espaciais, entre os quais o projeto Spektr-R, que mais tarde recebeu o nome de RadioAstron.
No início dos anos 90, foram criadas as primeiras cópias de teste dos receptores de radiotelescópio, os primeiros testes do espelho em 1994 e
em 2003 os primeiros testes do protótipo do telescópio espacial foram realizados no Observatório de Astronomia de Rádio Pushchino, que, devido a atrasos no lançamento, decidiu posteriormente modificar significativamente . Os testes da versão final do RadioAstron foram realizados no início de 2011.
Transporte do telescópio para BaikonurProjeto de aparelhos e objetivos científicos
O RadioAstron
tem uma massa de 3.660 kg, dos quais 2.600 kg são equipamentos científicos, dos quais 1.500 kg, por sua vez, caem na antena principal de 10 metros. O dispositivo foi desenvolvido na ONG com o nome de Lavochkina,
baseado no módulo de serviço Navigator, um dos primeiros exemplos de seu uso foi a série
Electro-L de satélites hidrometeorológicos. O invólucro do dispositivo é um prisma de 8 lados, no lado externo do qual há equipamentos de escritório instalados, uma antena é instalada na parte superior, composta por um bloco sólido central de 3 metros e 27 pétalas que se abrem após a remoção, e no lado inferior havia uma montagem no bloco auxiliar. Trabalhos com comprimento de onda de cerca de 1 cm impuseram grandes exigências à precisão de fabricação e ao mecanismo de abertura do telescópio, uma vez que a superfície do telescópio deveria ter uma ordem de magnitude maior que o comprimento de onda em que opera. Ou seja, um espelho de 10 metros durante sua operação não deve se desviar de sua forma ideal em mais de cerca de 1 mm.
A comunicação com o radiotelescópio é feita através de uma antena direcional de banda X de 1,5 metros, operando a uma frequência de 17 GHz. A taxa de transferência de dados científicos é de 144 Mbps. O RadioAstron é controlado através de estações de comunicação espacial em
Bear Lakes e
Ussuriysk , e os dados científicos são transmitidos através da
antena de 22 metros
do Pushchino Radio Astronomy Observatory e através de uma antena de 43 metros em Green Bank, EUA (conectada ao projeto em setembro de 2013 anos, permitindo dobrar o tempo de observação). Ele usa painéis solares de 2608 W para alimentar o telescópio, enquanto 980 W são necessários para a operação de sistemas de escritório e 1200 watts são necessários para equipamentos científicos (que funcionam cerca de
20% do tempo total), de modo que o sistema de fonte de alimentação possui uma margem significativa. O radiotelescópio possui 4 receptores operando a temperaturas
de -175 a -125 ºC e com as seguintes características:
| Comprimento de onda, cm | 92 | 18 | 6.2 | 1.2-1.6 |
|---|
| Frequência, MHz | 316-332 | 1636-1692 | 4804-4860 | 18372-25132 |
| Resolução, microssegundos | 540 | 106 | 37. | 7 |
* A resolução do Telescópio Espacial Hubble e dos melhores telescópios terrestres para comparação é de cerca de 100 microssegundos.Para garantir a operação de um instrumento tão preciso, foram necessárias definições muito precisas de seus parâmetros de órbita: para o RadioAstron operar em seus comprimentos de onda mais curtos, sua velocidade deve ser determinada com uma precisão de mais de 2 cm / s, aceleração com uma precisão de pelo menos . 10
-7 m / s
2, e para conhecer a distância com uma precisão de menos de 500 m utilizada para esta finalidade como cinco métodos: método radiométrico para medição da velocidade e da distância, o método de determinação da velocidade de Doppler e métodos interferométricos é realizada s via antenas de rádio terrestres; bem como a localização do laser e métodos ópticos para determinar a posição das estrelas de fundo.
Entre os participantes do projeto do lado russo, além da empresa-mãe da ONG em homenagem a Lavochkina contou com a presença de ACC FIAN, OKB Mars, ZAO Vremya Ch e muitas outras organizações. Além disso, há uma
participação internacional notável no projeto: por exemplo, um amplificador de receptor de 92 cm foi fabricado na Índia, 18 cm na Austrália e 1,3 cm nos EUA. Como o telescópio passa através de cintos de radiação durante sua operação, também foi decidido instalar um complexo plasma-magnético Plasma-F para medir parâmetros de plasma e partículas individuais carregadas de cintos de radiação e meio interplanetário com uma resolução de tempo recorde (até 32 microssegundos ) e também projetado para estudar a turbulência nesses ambientes.
O complexo Plasma-F consiste em dois dispositivos: um monitor solar eólico rápido (BMSV) projetado para medir a distribuição de energia, vetor de fluxo, velocidade de transporte, temperatura e concentração de íons (IKI RAS, Instituto de Física Atmosférica da
Academia de Ciências da República Tcheca e
Universidade Charles participou de sua criação
em Praga , República Tcheca); e um monitor de fluxos de íons energéticos (MEP) projetado para detectar íons com energias de 30 keV a 3 MeV e elétrons com energia de 30-350 keV (criado no Instituto de Física Experimental da
SAN em Kosice, Eslováquia). O projeto também exigia uma precisão muito alta da resolução do tempo; portanto, um par de relógios atômicos domésticos com precisão de 10 a
14 foi instalado no telescópio (isso corresponde a uma partida do relógio de 1 segundo em mais de 3 milhões de anos). Além disso, um relógio de rubídio fabricado na Suíça foi instalado como um sistema de backup para determinar a hora. No total, cientistas
de 20 países trabalharam na criação de equipamentos científicos para a RadioAstron (uma lista completa dos participantes pode ser vista
aqui ).
Como esse telescópio recebeu a mais alta resolução entre todos os telescópios modernos, seu principal programa científico previa a observação dos objetos mais compactos do Universo: estrelas de nêutrons,
quasares e nuvens de gás interestelar (os chamados
megamasers emissores de rádio na faixa de rádio de acordo com o princípio do laser).
Lançamento e resultados científicos
O telescópio na posição dobrada e aberta durante testes no solo Processo de abertura do telescópioO telescópio foi lançado em 18 de julho de 2011 às 6,31, horário de Moscou, em uma órbita altamente elíptica de 600x330.000 km, com uma inclinação de 51,3 ° e um período de cerca de 9 dias (durante a operação, sua órbita muda gradualmente sob a influência da gravidade da lua). O telescópio foi aberto na noite de
22 a 23 de
julho e deveria levar apenas 10 minutos, mas as pétalas da antena não ficaram nos grampos na primeira tentativa, por isso foi decidido implantar o telescópio para que o mecanismo de abertura se aquecesse uniformemente sob a luz solar, após o que a segunda tentativa, Passou o dia 23, terminou com sucesso. Em 25 de julho, foi realizada a primeira inclusão do complexo Plasma-F. Os principais relógios atômicos também não funcionaram corretamente na primeira vez, por isso foi decidido mudar para os de backup imediatamente. O telescópio viu a “primeira luz” em 27 de setembro de 2011 - estas eram observações dos remanescentes de supernovas Cassiopeia A e Júpiter, e nos dias 14 e 15 de novembro foram obtidos os primeiros dados científicos: o pulsar B0531 + 21 (localizado na nebulosa do caranguejo) foi obtido, quasares 0016 + 0731 e 0212 + 735; bem como o maser W3 (OH) na constelação Cassiopeia.
Primeiras observações ...
... e os primeiros resultados científicos.Os testes de três receptores de comprimentos de onda mais longos passaram sem complicações, mas com o início do trabalho no intervalo mais curto de 1,3 cm, tive que esperar
cerca de seis meses por razões independentes da Radio Astron: ao contrário do telescópio espacial, seus colegas de terra têm a oportunidade de trabalhar fortemente nessa faixa dependia do clima (mais precisamente, do conteúdo de vapor de água na atmosfera). Além disso, o relógio atômico também bateu com o telescópio americano, que estava trabalhando na época em conjunto com o Radio Astron; portanto, os primeiros resultados científicos nesse comprimento de onda foram obtidos apenas após
6 tentativas e já em conjunto com outro telescópio - um radiotelescópio de 100 metros em
Effelsberg , Alemanha. Mas, apesar disso, o aparato iniciou seu primeiro programa científico
em 10 de dezembro e o principal em
julho de 2013. No final de 2012, o telescópio passou a aceitar inscrições para
um concurso aberto (apenas cientistas dos países participantes do projeto puderam participar do primeiro estágio. ) em que uma vez por ano qualquer pessoa pode participar. Como resultado, todas as solicitações recebidas são avaliadas pelo conselho de cientistas, após o qual o próprio
Nikolai Kardashev (que estava na vanguarda deste projeto) decide quais solicitações serão aceitas para o trabalho.
Uma foto do núcleo da galáxia NGC 1275 Perseus A, quando vista de um telescópio terrestre e do Rádio Astron.No primeiro ano de operação, foram realizadas mais de 100 observações radio interferométricas, com duração total de mais de 200 horas. Entre os objetos observados estavam 29 quasares, 9 pulsares e 6 masers. No início das observações, elas foram realizadas com uma pequena base (a distância entre os telescópios) e aumentadas gradualmente ao máximo: nas observações do quasar 3C273 de
janeiro de 2013, o primeiro recorde mundial de resolução angular foi estabelecido na base de 8,1 diâmetros da Terra - totalizando 27 microssegundos de arco (considerando-se a distância do objeto, seu tamanho era limitado "de cima", com um diâmetro de 0,3 anos-luz). Já em 2013, muito antes de o projeto atingir a capacidade total, descobriu-se que a
temperatura de brilho da substância em jatos quasares na faixa de rádio é de 10 trilhões de graus - o que
é 100 vezes maior que o limite de teorias que existiam na época. Em 14 de fevereiro de 2014, a Radio Astron recebeu um resultado original que não estava relacionado à ciência de nenhuma maneira - foi incluído no Guinness Book of Records como o maior telescópio orbital do mundo.
Além disso, a resolução máxima do telescópio também continuou a aumentar: em 2015, a Rádio Astron observou o quasar
OJ287 (o segundo maior buraco negro atualmente aberto por uma pessoa com uma massa de 18 bilhões de massas solares em torno do qual outro buraco negro gira com uma massa de "apenas" 140 milhões massa do Sol) recebeu uma resolução de 14 microssegundos. Em 2016, esse registro foi aprimorado para um indicador de
11 microssegundos durante a observação de uma nuvem de vapor d'água com um raio de 80 distâncias da Terra ao Sol a uma distância de 20 milhões de anos-luz (essas observações tornaram possível estabelecer que esses
"masers espaciais" têm tamanhos muito compactos) .
Outro exemplo de comparação das resoluções da rede terrestre de telescópios e da Rádio Astron é o disparo do blazar 0836 + 710.O RadioAstron também fez uma descoberta inesperada para todos: descobriu o chamado
espalhamento substrutural , que consiste no fato de que o gás interestelar refrata a emissão de rádio de estruturas compactas, criando vários "pontos" separados no lugar de uma fonte de sinal. Esse efeito nos permite estudar não apenas o objeto observado nas ondas de rádio, mas também o meio localizado entre nós. No entanto, esse fenômeno também cria problemas, pois dificulta a visualização do objeto observado em todos os detalhes. Portanto, em 2016, os cientistas desenvolveram um método de
reconstrução de
imagem , que deve permitir que você veja as fontes de radiação por trás das nuvens de gás e poeira interestelar, como um buraco negro supermassivo localizado no centro de nossa galáxia e suas estrelas circundantes.
O telescópio também é usado em muitos outros estudos científicos que requerem observações com resolução particularmente alta, e seus relógios atômicos foram usados em um
experimento para confirmar a teoria geral da relatividade em termos do fenômeno da dilatação do tempo em um objeto em movimento. Nem todos os dados foram processados ainda, mas a teoria já foi confirmada com uma precisão de 0,01% (isso corresponde à precisão da missão
Gravity Probe A ) e, após o processamento de todos os dados, a precisão do experimento deve aumentar em uma ordem de magnitude. Em 2017, o aparelho
ficou sem hidrogênio neutro para a operação de seus relógios atômicos, então os cientistas tiveram que mudar para outros dois métodos de sincronização: o padrão de frequência de rubídio e o “circuito fechado” - o segundo modo acabou por ser mais preciso e consiste em enviar um telescópio um sinal de referência na frequência de 7 GHz, que é enviado de volta na frequência de 8 GHz. Devido a isso, é possível compensar os atrasos na transmissão do sinal, que mudam devido à falta de homogeneidade da atmosfera, e obter a precisão necessária na sincronização das observações. O experimento para testar a teoria da relatividade já havia sido concluído naquele tempo; portanto, a perda de um relógio atômico não ameaça de forma alguma o programa científico do telescópio.
Uma das fotos recentes do RadioAstron: o núcleo da galáxia ativa BL Lizards localizada a 900 milhões de sv. anos de nósNo total, nos primeiros 5 anos de trabalho, foram realizadas
mais de 5 mil experiências científicas. Durante o último programa científico, foram recebidas
mais de 100 inscrições para trabalhar com o dispositivo e foram feitas cerca de 500 observações, o que mostra que o interesse dos cientistas no projeto não está diminuindo, mas até aumentando. Durante o programa científico de 2017-2018, durante as observações do megamaser NGC 4258, juntamente com o telescópio em Medicin (Itália), a Radio Astron
conseguiu aproximar-se do seu limite teórico de desempenho, atingindo uma resolução de 8 microssegundos de arco. A aceitação de inscrições para o próximo programa de observação (que já é o sexto consecutivo) começou em 22 de dezembro de 2017 e durou um mês padrão (
aqui está uma lista dos estudos que venceram a competição). Durante o trabalho da RadioAstron, observatórios de quase todo o mundo, incluindo Europa, EUA, China, Japão, Austrália, África do Sul e até Coréia do Sul, participaram de observações interferométricas.
E agora passaremos às perguntas para o participante direto do projeto:
Alexander Plavin, pesquisador do Laboratório de Radioastronomia Extragalática do Centro Espacial de Astronomia do Instituto Físico Lebedev e do Laboratório de Pesquisa de Objetos Relativísticos do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou, responde a perguntas.Quais observatórios e países participam de observações interferométricas com a Radio Astron?Quase todos os grandes telescópios do mundo participaram pelo menos uma vez em observações em conjunto com a Radio Astron, até ~ 40 telescópios simultaneamente. Muitos países e vários continentes: Europa / Ásia, América, África, Austrália. Entre as observadas regularmente, por exemplo, as maiores antenas rotativas do mundo, com um diâmetro de 100 metros - em Green Bank (EUA) e Effelsberg (Alemanha), além de muitos outros telescópios.
Poderes de computação estrangeiros são usados para processar e comparar os resultados de observações interferométricas?Em geral, os principais recursos de computação são a correlação de dados de uma estação terrestre e de um telescópio espacial. Regularmente, a correlação é realizada em Moscou (ACC FIAN) e em Bonn (Instituto Max-Planck de Radioastronomia), e diferentes softwares são usados - testes especiais foram realizados para coordenar os resultados. Além disso, apesar de não serem exatamente “poder computacional”, a contribuição do Observatório do Banco Verde (EUA) é importante. Lá, foi instalado um equipamento especial de transmissão e recepção que permite a conexão com o satélite, mesmo quando não é visível no território da Rússia (uma estação de comunicação em Pushchino, perto de Moscou).
Quantas aplicações para trabalhar com um telescópio excedem suas capacidades? Como o tempo é distribuído entre organizações científicas nacionais e estrangeiras?Apesar de alguns programas de longo prazo para revisão e monitoramento de núcleos galácticos ativos terem sido concluídos recentemente, o volume de solicitações enviadas ainda excede as capacidades do telescópio. Ao distribuir o tempo entre os aplicativos, não importa de que país o autor principal seja: como na maioria dos telescópios do mundo, o tempo é fornecido de acordo com uma competição geral aberta. Isso torna possível usar o tempo de tais instrumentos caros do ponto de vista científico de maneira mais eficaz do que se houvesse restrições por país. Além disso, de um modo geral, é impossível separar inscrições de “organizações nacionais e estrangeiras”, pois elas são enviadas por uma equipe arbitrária de autores, que geralmente inclui cientistas de diferentes países.
Spectrum-RG (gama espectro de raios-X)O lançamento do Millimetron foi adiado por muito tempo devido a uma redução no orçamento do Roscosmos, mas recentemente eles começaram a falar em retomar a construção do terceiro radiotelescópio RT-70 no platô de Suff - existem outros projetos de radioastronomia em desenvolvimento agora?Em breve, na primavera de 2019, está previsto o lançamento do próximo satélite da série Spectrum - Spektr-RG, ou seja, raios-X Gamma. Ele ficará localizado próximo ao ponto L2 de Lagrange, ou seja, muito mais longe do que o RadioAstron: quase 2 milhões de km em comparação com 350 mil km.
Observações de longo prazo na faixa de raios-X são planejadas para obter um mapa de todo o céu, bem como uma observação detalhada de galáxias individuais.
Spektr-M (Millimetron)Mais uma vez, obrigado a Alexander Plavin pelas respostas fornecidas, mas aqui você pode ver a entrevista anterior.Projeto futuro
A missão do telescópio já foi estendida várias vezes: até julho de 2015 , final de 2018 e agora (após a próxima correção de órbita, que ocorreu em 17 de julho de 2017, necessária para que o RadioAstron não entre na sombra da Terra por várias horas e não fique sem painéis solares) O trabalho do dispositivo foi estendido até o final de 2019 .« , , » — .
A evolução da órbita do telescópio sob a influência da LuaDevido à alta precisão do lançamento em órbita, a Radio Astron não tem problemas com o suprimento de combustível: no primeiro ano de operação, apenas 10,3 kg de 287 kg da massa total de combustível a bordo foram gastos . Além disso, uma órbita especialmente selecionada para o dispositivo permite uma economia significativa de combustível: as correções da órbita foram realizadas apenas em março de 2012 e julho de 2017 . Então, mesmo agora, depois de sete anos, ele ainda possui 70% da massa inicial de combustível; portanto, o tempo de operação da RadioAstron agora é limitado apenas pela vida útil de seus sistemas de bordo, difíceis de prever.Referências
Boletim da ONG em homenagem a Lavochkin dedicado ao 3º e 5º aniversário do projetoBase aberta de pesquisaTópico no RadioAstron no site Cosmonautics NewsAqui estão os relatórios sobre a operação do telescópioE aqui estão as publicações científicas do projeto