Radioastron-未来の望遠鏡

400年前、ガリレオはパイプと2つのメガネから最初の望遠鏡を作り、空に送りました。 これは、宇宙の研究における人類のブレークスルーでした。 長年にわたり、研究機器はより複雑で高価になりました。 それらは、科学、技術の最新の成果に基づいて作成され、それ自体が驚くべきエンジニアリングの記念碑になりました。 同時に、彼らは知識の境界を広げ、時には人類が持っていたすべてのアイデアをひっくり返しました。 今日、宇宙科学の最先端のそのようなデバイスは、指で数えることができます：ハッブル望遠鏡、ケプラー系外惑星狩り望遠鏡、チャンドラX線望遠鏡、火星の好奇心、土星のカッシーニ。 地球上では、VLT、ALMA、そしておそらくLHC望遠鏡をここに追加する必要があります。 たぶん何かを見逃したかもしれませんが、今ではロシアの宇宙電波望遠鏡Spektr-RとRadioastronプロジェクトがこのシリーズに含まれることは間違いありません。





発売からほぼ2年が経過しました。 この間、予備的な科学プログラムが実施されました。 すぐに終了し、Spektr-Rは、宇宙を揺るがすことはないとしても、既知の境界を大幅に拡大することを約束する主要な科学プログラムに乗り出します。





5月23日、名付けられたNGOで S.A. Lavochkinaは、トピック「Radioastron-最初の科学的証拠」に関する科学技術会議を通過させました。 実際、それはデバイスを構築した人々にデバイスを注文した科学者による報告でした。



ジャーナリストはそこに招待されませんでした。なぜなら、一部の科学的結果はNatureや他の世界の科学雑誌での出版を待っているからであり、厳しい要件があります。 会議で話すことができます。 しかし、マスコミのどこかでしか登場しませんでした-それだけで、新しい研究を始めることができます。 したがって、私も聞いたことをすべて伝えません。





冒頭の発言は、ロシア科学アカデミーの学者であり、レベデフ物理研究所の宇宙物理センターの所長であるニコライ・カルダシェフによって行われました。 彼が1965年に宇宙電波干渉計の創設者の1人だったことは注目に値します。 つまり、彼は「デバイスを作るためにここでこの原理を試すことができました」から「見た、クールなデバイスを手に入れた」まで、長い道のりを歩むことができました。 基礎科学では、これは誰にとっても可能ではありません。



報告書の主要部分が始まったとき、私は異なる現実と異なる時間に自分を感じました。 70年代、ソビエトの科学者が日常の声で科学の最前線で世界の重要性のある種の研究を語ったとき、私は一瞬、ソ連に行きました。 しかし、いや、何もありませんが、日常生活は、物理学および数理科学の医師ユーリ・コバレフの言葉ではありませんでした。 長い間、私はロシアの科学者が彼らが行う研究の種類に対する熱意と誇りにあふれていたのを見たことがない。 おそらくそのような誇りを持って、クラスメートの前にいる小学生は、新しいiPhoneを自慢しており、それを使って学んだ物理学者が宇宙エンジニアやデザイナーに自分のデバイスについて話した。



Radioastronの結果と成果の説明に進む前に、理論的な部分を説明する必要があります。 準備がなければ、ほとんどの場合、これらの干渉計、マイクロ秒、および地球の直径のベースはすべて、理解できない単語のセットのように見えます。 仕事の原理と研究の最初の結果の説明は、1つの記事のボリュームに収まらなかったので、私は2つに分けました。 しかし、読んだ後、最終的に、科学者が彼らのプレスリリースで言いたかったことを理解することは可能です。



動作原理による電波望遠鏡は、実際には放物面鏡を備えた従来の反射望遠鏡に対応し、異なる範囲の電磁波を収集するだけです。 したがって、望遠鏡の特性は同様の方法で決定されます。 光学望遠鏡はずっと鮮明なので、私はそれらを類推として使用しました。





望遠鏡の最も重要な指標は解像度です。 現在、カメラの解像度はピクセル単位で示すために慣例となっています。 しかし、望遠鏡の解像度の概念は、ピクセルが登場するずっと前に登場しました。

望遠鏡の解像度は、画像内のある点を別の点から分離する能力で表され、角度の秒またはアーク秒で測定されます。 円の周りの大空は、360度、60度で1度、60秒で1分、次に10分の1、100分の1、1000分の1などに分割されます。





人間の目の解像度は1分角、月の見かけの直径は30分、地上の望遠鏡の限界解像度は約1秒、ハッブル望遠鏡の解像度は0.05秒です。





望遠鏡の直径が大きいほど、解像度が高くなり、遠くまで詳細に見ることができます。 ハッブルの直径2.4メートルは、多くの地上望遠鏡より劣りますが、その利点は、大気の歪み効果を排除することです。



電波望遠鏡は、電波の範囲で「見える」ため、大気の影響を受けず、物理的な制限があります。 解像度（回折限界）は、式φ=λ/ Dによって決定されます（解像度は、波長と受信ミラーの直径の比に等しくなります）。 光学範囲の波は非常に短いため、小さな鏡はすでに人の視覚能力を大幅に向上させます。 電波は数桁長いため、たとえば、3 cmの波長では、100メートルの巨大な電波望遠鏡のプレートが人間の目のように解像度を与えます。





この短所をすぐに認識した科学者は、 干渉法を使用し始めました。 詳細に入ることなく、その動作の原理を一般的な用語で説明します。 干渉法は、1つのソースから2つ以上の受信デバイスへの信号の受信です。 この場合、取得される信号解像度は、受信デバイス間の距離に正比例します。 干渉計の動作原理は、目の例を使用して視覚化できます。2つの「受信デバイス」が1つのオブジェクトを見て、1つの画像が脳に形成されます。

干渉法は、光学天文学（ VLTなど ）と無線の両方で使用されます。





干渉計が、開口合成を使用して信号に正確に結合または同期することは、精度を高めるという期待される結果を得るために非常に重要です。



最初の無線干渉計はケーブルで接続され、単一のメカニズムとして同期して動作しました。 これにより作業が簡略化されましたが、サイズ制限が課されました。

1965年、ソビエトの科学者L. I.マトヴェンコ、N。S. Kardashev、およびG. B.ショロミツキーは、信号を減らすためにコンピューターを使用することを提案しました。 つまり、ケーブルの必要性がなくなり、さまざまな大陸でも電波望遠鏡を使用できるようになりました。 これにより、電波天文学の新たなマイルストーンである超長距離ベース（VLBI）を用いた電波干渉計を開くことができました。 干渉計の「ベース」は、単一のアンテナ/ミラーの「直径」と同じです。

宇宙を研究するそのような方法の論理的な限界は、地球の大きさでした。



12,000 kmを基準とするこのような条件付き「プレート」の解像度は、ハッブルの能力の100倍を超えます。



光学望遠鏡と電波望遠鏡を比較すると、もう1つの重要な違いを理解する必要があります。 電波望遠鏡は「画像」を取得しません。 アンテナが向けられているソースからの信号強度に関する情報のみを受信できます。 つまり、実際には、信号の1回の測定の結果により、将来の画像の1つの単一ピクセルが得られます。 電波源（および光学源）の強度は輝度と呼ばれ、電波望遠鏡は光源のさまざまなポイントの輝度を測定します。 さまざまなポイントの輝度データから、たとえばマトリックスプリンターのように、回路図イメージを作成できます。





無線干渉計に戻ります。 70年代以来、世界最大の電波望遠鏡が1つのネットワークで機能し始めました。 しかし、地球の大きさの限界に達した科学者たちは、宇宙に出ることを考えました。 最初の10メートル電波望遠鏡は、1979年にソリュート6軌道ステーションのソ連に設置されました。 彼は干渉計モードでは動作しませんでしたが、同じ年に彼らは一連の宇宙望遠鏡を作成することに決めました。その最初のものはラジオアストロンでした。





電波干渉計のベースの数桁の増加を約束する見通しにもかかわらず、1979年のプロジェクトは2011年にのみ実施されました。 これに先立ち、90年代に日本の装置HALCAは干渉計として飛行し、実験を繰り返すつもりはありませんでした。 今、中国はこのような望遠鏡を2つ建設する予定です。



「Radioastron」は、超長基部を使用した電波干渉法によって宇宙を研究するプロジェクト全体の名前であり、デバイス自体は「Spectrum-R」と呼ばれます。





2トン半以上の科学機器を搭載し、ロシアで最も遠い独立した宇宙遠征です。 地球から最も近い軌道で600 km離れている場合、最も遠い-約34万kmです。 思い出させてください：月に39万キロ。



正式には、軌道の遠点をベースとして、Radioastronは驚くべき34万kmの条件付き「プレート」のサイズを提供していると言えます。 アーサー・クラークでさえ、彼のスペース・オデッセイでそのようなスケールを夢見ていないようです。 しかし、実際、科学者は地球の直径で考慮されるより短いベースを使用します。



Spektr-Rアンテナの直径は10 mであり、このような設計の打ち上げと成功した自動開示の事実は、技術的な偉業です。 アンテナを開いた時点で、MCCでは、好奇心の着陸時のNASAほど感情は変わらなかったと思います。 私たちがこれを見なかったことは残念です。 ある程度まで、その瞬間の緊張と重要性は、Radio Astronに特化した Cosmonautics News フォーラムのトピックによって伝えることができます。





電波望遠鏡は、92 cm、18 cm、6 cm、1.3 cmの4つの波長範囲で観測を行い、さまざまな範囲でさまざまな科学的タスクを実行できます。

干渉計モードで正常に動作するために、Radioastronは地球上のカップルを必要とします。 そして今日、世界最大の電波望遠鏡はすべて研究プログラムに参加しています。





地球上の電波望遠鏡の動作とSpectrum-R-Earthペアの動作には1つの重要な違いがあります-宇宙船は約8 km / sの速度で飛行します。 したがって、2つの信号を減らすには、観測時の正確な位置を知る必要があります。 これを行うために、その軌道はレーザー距離計によって定期的に決定され、非常に正確な原子時計（水素周波数標準）が搭載されています。 それにもかかわらず、2つの信号を正確に混合することは非常に重要なポイントであり、常に達成できるとは限りません。干渉のピーク（「花弁」）は常に電波天文学者の間で喜びをもたらします。

光学的アナロジーに戻ると、失敗した観測の結果は、オフセット付きの2つの画像の形で表示される可能性があり、実際の画像は機能しません。





これに照らして、最初のテスト中に、ドイツの100メートルのプレートと組み合わせた18 cmの波長で「花弁」がほぼすぐに得られたことは特に重要です。





1.3 cmの周波数はより多くの困難を引き起こしました。その理由は波の短さです。 最高の解像度を約束しますが、同時に2つの望遠鏡からの信号の同期の品質に最高の要件を課します。 水蒸気はこの周波数に強い影響を与えるため、状況は悪化し、結果は観測時の地上望遠鏡の天気に大きく依存します。



最初のテストでは、6回目から1.3 cmの周波数で信号を減らすことができましたが、結局のところ、失敗は天気だけでなく、アメリカの望遠鏡で原子時計が故障したためにも発生しました。 その結果、最初の正常な同期はヨーロッパの望遠鏡でのみ可能になりました。 この問題では、Spectr-R電波望遠鏡が6 cmと1.3 cmの2つの波長で信号を記録する能力が役立ちました。より長い波長では、「花弁」を捕まえやすく、同じ間隔で6 cmが記録されました。オランダの電波望遠鏡で1.3 cm時間。



観測中、望遠鏡は信号を蓄積することができます-見る距離が長いほど、受信する信号は強くなります。 たとえば、有名な明るいハッブルの写真はすべて、博覧会中に数時間（ 最長 -555時間）で撮影されました。 これらのオブジェクトの近くを飛行しても、目で見ることはありません。 地球上の電波望遠鏡では、すべてが悪化しています。 大気の歪みの影響により、有効な信号蓄積時間は波長1 cmで約100秒です。最初のテストで、望遠鏡の別の特徴が明らかになりました。宇宙からのSpectrum-Rは2倍の有効な観測時間を示しました。



継続するには、初期の科学プログラムの結果を次のように...



PS私は、HabrのおかげでLavochkin NGOのRadioastronの科学技術評議会に到着しました。 はい、Mars-3とElectro-Lの後、ロスコスモスはHabrを読み始めました！ 少なくともNGO Lavochkina。 彼らは、自分の仕事の普及に情報提供を提供することを約束しましたので、私は1つのSpectrum-Rに自分を制限しないようにします。 VKontakteを介して自分の仕事をフォローするのが簡単になりました。 私はNGO Lavochkinのグループを作成し、彼らは新鮮な素材を手伝うと約束しました。



PPSオフトピックからCosmonautics Hubを削除してくれたUFOに感謝します。 彼らが私の要求にこれほど迅速かつ積極的に応答するとは思っていませんでした。