Наблюдения в субтерагерцовой части спектра затрагивают наиболее актуальные вопросы современной астрофизики, которая занимается изучением эволюции ранней Вселенной, процессы образования звезд, планет, а также поиск космических сложных органических соединений и исследование сверхмассивных объектов. Отдельная задача связана с изучением ранней Вселенной и поиском искажений в спектре реликтового излучения. Именно субтерагерцовые частоты позволяют добиться необходимой четкости, которую не могут дать радио- и ИК-диапазоны.
На сегодняшний день в Российской Федерации практически нет телескопов, способных выполнять наблюдения на частотах выше 100 ГГц. Также на всем северо-востоке Евразии нет обсерваторий субтерагерцового диапазона. Это негативно влияет на качество их наблюдений. Однако Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (АКЦ ФИАН) активно работает над созданием космической обсерватории «Миллиметрон» («Спектр-М»). В новой работе специалисты из АКЦ ФИАН рассмотрели несколько концепций обсерваторий субтерагерцового диапазона. Ими стали проекты субтерагерцовой наземной антенной решетки (массив антенн малого диаметра), космического интерферометра и телескопа, расположенного на поверхности Луны. Наземные антенные решетки смогут работать совместно с наземными телескопами, а также с космической обсерваторией «Миллиметрон» в режиме интерферометра со сверхдлинной базой.
Прототип решетки для отработки ключевых технологий будет состоять из нескольких антенн (трех-шести антенн) диаметром от трех до пяти метров. Сначала его планируют установить в Пущинской радиоастрономической обсерватории (ПРАО), где есть все условия для тестирования системы. После завершения испытаний ученые предполагают создать на базе прототипа антенны и несущей платформы полноценную обсерваторию субтерагерцового диапазона. Она будет состоять из шести полноповоротных антенн диаметром до восьми метров и качеством поверхности антенн порядка 40 микрон. Причем начать наблюдения можно будет уже при наличии трех антенн. Угловое разрешение получившегося инструмента достигнет 0,59'' угловых секунд. Разместить антенную решетку планируют либо на локальном плато на горе Маяк в Дагестане (высота над уровнем моря 2352 м), либо на пике Хулугайша в Саянах (высота над уровнем моря 3015 м).
С научной точки зрения крайне перспективными будут лунные телескопы, работающие в недоступных на поверхности Земли диапазонах электромагнитного спектра. Это низкочастотный (частота ниже 10 МГц, метровые волны) и высокочастотный (> 100 ГГц, включая дальний инфракрасный диапазон). В первом случае наблюдениям с Земли мешают ограничения ионосферы и техногенный шум радиоэфира, во втором ограничения связаны с поглощением и флуктуациями излучения при прохождении атмосферы. На поверхности Луны эти проблемы отсутствуют. Но научные задачи для высокочастотного диапазона более приоритетные. АКЦ ФИАН проработал сразу несколько вариантов радиоинтерферометрической антенной решетки в зависимости от места размещения обсерватории на Луне.
В первом случае для снижения нагрузки на криосистемы научных приборов планируется размещать весь комплекс антенных решеток внутри лунного кратера, куда не проникают лучи Солнца, однако это усложнит их энергообеспечение; второй вариант – строительство наблюдательного комплекса в приполярной зоне на освещаемом Солнцем участке. Это снимает проблему энергообеспечения антенн и делает их более автономными. Такая лунная решетка вместе с наземной сетью телескопов позволит «рассмотреть» тени черных дыр с разрешением до 30 раз лучше, чем это сделал Телескоп горизонта событий. Это приведет к прорыву в изучении физики сверхмассивных черных дыр. Также лунная обсерватория будет исследовать раннюю Вселенную через наблюдения спектральных искажений реликтового излучения и изучать некоторые проблемы звездообразования.
Третьим направлением, которое может использовать опыт создания универсальной антенной решетки, это космический интерферометр (интерферометр «космос – космос»), который может иметь проекции баз до 1,5 миллиона километров и более. Это позволит достичь предельно высокого углового разрешения, необходимого для исследования сверхкомпактных астрономических объектов: черных дыр, внегалактических мазерных источников и нейтронных звезд. Космический интерферометр, в отличие от антенной решетки, расположенной на поверхности Луны, сможет вести наблюдения близких окрестностей сверхмассивных черных дыр в динамике.
В дальнейшем в России планируется создание новых обсерваторий субтерагерцового диапазона и новых концепций космических обсерваторий и интерферометров, а также развитие уже существующей наземной сети телескопов-интерферометров со сверхдлинными базами (РСДБ).
Источник: пресс-служба РАН
распечатать статью
