Измерить космос

В июле наконец стартует "Радиоастрон" — самый амбициозный проект российской науки нового тысячелетия и самый большой космический долгострой: его запуска ученые ждали более четверти века

Владимир Тихомиров

Космический аппарат "Спектр-Р" внешне похож на бутон какой-то диковинной золотой розы, готовый вот-вот раскрыться. Но произойдет это только на орбите, и тогда 27 "лепестков", сделанных из алюминия и углепластика, образуют чашу антенны диаметром 10 метров, покрытую "золотом" — экранно-вакуумной оболочкой из нескольких слоев желтой фольги, которая отражает солнечный свет, не давая приборам перегреваться.

Но конструкторы этого аппарата из НПО им. С.А. Лавочкина далеки от поэтических сравнений. Для них предметом любви и гордости является не столько антенна, сколько ее основание — невзрачный массивный шестигранник, базовый модуль "Навигатор", обеспечивающий всю жизнедеятельность и ориентацию антенны в космосе. Все-таки это не просто спутник, а телескоп, поэтому он должен смотреть в строго заданном направлении, не отклоняясь даже на долю градуса. Добиться этого помогут атомные водородные часы и сложная система синхронизации, и, как говорят ученые, создать эту конструкцию куда сложнее, чем упрятать 10-метровую тарелку под конус обтекателя космической ракеты.

"Навигатор" — аппарат нового поколения, и нынешний запуск станет для него настоящим боевым крещением. Если он сработает успешно, то этот базовый блок станет рабочей матрицей новой серии космических аппаратов, предназначенных для фундаментальных астрофизических исследований в различных диапазонах электромагнитного спектра. К примеру, как заявляют сами разработчики, после "Спектра-Р" запланирован запуск и других обсерваторий: к примеру, "Спектр-УФ" (то есть лаборатория, работающая в ультрафиолетовом спектре) и "Спектр-РГ" (в рентген-гамма-волнах), за ними — "Спектр-М" (для работы в миллиметровых волнах). В совокупности все эти аппараты должны дать астрофизикам такой объем информации, что ученые обещают устроить настоящий переворот в науке.

Не "Хабблом" единым

Чаще всего российский проект "Радиоастрон" сравнивают с американским "Хабблом", но такой подход в корне неверен. Ничего общего, кроме орбитального базирования, у этих проектов нет: Hubble — это оптический телескоп, работающий в видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном частях спектра, а "Спектр-Р" — радиотелескоп, который, по сути, является радиоантенной.

Но зачем ученым вообще понадобился в космосе радиотелескоп? Для ответа на этот вопрос следует понять, что космические объекты во Вселенной разделены такой огромной пустотой, которую человеческий мозг представить порой не в состоянии. И для лучшего восприятия проблем астрономии ученые переводят все космические пропорции в понятные нам величины. Итак, представьте себе наше Солнце в виде обычного пшеничного зернышка, висящего в пустоте. В этом масштабе наша Земля отыщется от Солнца всего в 15 сантиметрах от зернышка, но саму планету вы вряд ли заметите — по своим размерам она будет напоминать уже бактерию. Расстояние от Солнца до самых крайних объектов Солнечной системы составит 5 метров, а вот до ближайшей к нам звезды, Проксимы Центавра — вернее, такого же крохотного пшеничного зернышка,— будет уже 30 километров. Зато до центра нашей Галактики — 3 тысячи километров, как от Москвы до Лондона. Представьте себе, как в пустоте парят эти зернышки, разделенные 3 тысячами километров, и станет понятно, почему астрономы не могут разглядеть в обычные телескопы многие удаленные объекты даже в нашей Галактике — слишком уж огромны расстояния.

Прибавьте сюда и тот факт, что как раз возле нашего сектора Галактики находятся мощные газопылевые облака, которые заслоняют от нас миллиарды звезд, в том числе и центр нашей Галактики. Неизвестно, какую картину наблюдали бы земляне, если бы не это облако. Только представьте себе грандиозный сияющий эллипсоид ядра с бесчисленным количеством звезд, который бы сиял в небе с яркостью 100 лун.

Словом, нет ничего удивительного, что уже к середине прошлого века ученые пришли к выводу: традиционные оптические методы наблюдения в области видимого света исчерпали свой потенциал для развития астрономии. И тогда на помощь ученым пришли радиотелескопы. Открытие, что звезды излучают волны не только в видимом спектре света, но производят еще и рентгеновское, инфракрасное, гамма-излучение, произвело настоящую революцию в науке. К примеру, военные летчики вдруг выяснили, что, используя методы радиоастрономии, они могут прекрасно ориентироваться по солнцу в условиях облачной погоды или тумана. И ведущие державы бросились развивать эту новую область науки.

Размер имеет значение

В СССР у истоков создания отечественных радиотелескопов стояли ученые Института космических исследований и Физического института им. П.Н. Лебедева Академии наук (ФИАН), которые в начале 1950-х построили самую крупную в мире радиообсерваторию в Крыму. Там же в 1956 году трое ученых — Николай Кардашев, Геннадий Шоломицкий и Леонид Матвеенко — предложили идею метода РСДБ, то есть радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой. Собственно, сам метод интерферометрии исследовал еще Исаак Ньютон, а простейший радиоинтерферометр — это пара антенн, разнесенных друг от друга на некоторое расстояние и соединенных между собой кабелем. Расстояние между антеннами называется базой, и эта база определяет задержку, с которой один и тот же радиосигнал от источника придет на разные антенны. В итоге, складывая радиоволны, пришедшие из космоса, астрономы научились различать объекты на сверхдальнем расстоянии, к примеру там, где в самый мощный оптический телескоп было заметно лишь тусклое пятнышко, ученые смогли подсчитать миллиарды звезд. По сути, именно благодаря интерферометрам окружающая нас Вселенная внезапно увеличилась в миллиарды раз — до середины прошлого века астрономы думали, что наша Вселенная это и есть Млечный путь, а существуют ли другие галактики, никому не было известно. Но после изобретения радиотелескопов Млечный путь оказался рядовой из тысяч вновь открытых галактик.

В 1970-е выяснилось что и метод радиоинтерферометрии имеет свои ограничения, так, из-за размеров нашей планеты оказалось невозможно разнести антенны дальше, чем на 12 тысяч километров. К тому же стоящие на противоположных концах Земли аппараты не могут вместе смотреть в одну точку: им мешает вращение планеты. Так возникла идея вынести одну из антенн радиоинтерферометра в космос — вместе с антеннами на Земле она образует единую систему. Были проведены эксперименты на орбитальной станции "Салют", но в конце концов ученые решили, что лучше запустить автоматическую антенну.

Так, в 1985 году и возник проект "Радиоастрон", под который набрали специалистов и ученых. Запуск был запланирован на 1991 год, но случилась перестройка, а после распада СССР о проекте просто забыли.

Впрочем, пока российская наука пребывала в упадке, идею быстро подхватили иностранцы. Так, в 1997 году японские ученые запустили свой космический радиоинтерферометр HALCA с 8-метровой антенной. К сожалению, революции в космосе этот прибор не произвел: из-за мощной вспышки на Солнце аппаратура телескопа вышла из строя и аппарат упал в океан. Неунывающие японцы, впрочем, объявили о продолжении исследований, в 2012 году запланирован запуск его преемника — аппарата Astro-G с диаметром антенны 9 метров.

Тем временем и отечественная наука понемногу вышла из ступора. О проекте "Радиоастрон" вспомнили в 2000 году, и, к удивлению чиновников, оказалось, что многие из набранных в 1985 году ученых по-прежнему продолжают работать. В 2001 году специальным решением Российской академии наук и Российского космического агентства проекту был присвоен наивысший приоритет, запуск первого аппарата "Спектр-Р" был внесен отдельной строкой в Федеральную космическую программу, но с тех пор старт ракеты с космической обсерваторией на борту переносился множество раз: с 2006 на 2007-й, потом на 2008-й, затем на 2009-й... Даже сегодня осторожные ученые не называют точной даты запуска, как говорит директор Астрокосмического центра ФИАН академик Николай Кардашев, запуск запланирован на "середину июля". Хотя, уже и сам аппарат "Спектр-Р", и ракета-носитель доставлены на космодром Байконура и ждут своего часа в цеху монтажно-испытательного комплекса.

Что будем искать?

Планируется, что аппарат "Спектр-Р" проработает на орбите пять лет, и все это время уже давно расписано буквально по минутам астрофизиками: на плечи "Радиоастрона" возложены задачи по изучению галактик, черных дыр и радиопульсаров, измерению расстояний до них, определению фундаментальных космологических параметров. Графики наблюдений жестко согласованы, так как нужно, чтобы и орбитальный телескоп, и все наземные радиотелескопы в определенный момент смотрели в одну точку в одно время. Координировать действия будет центр управления в НПО им. Лавочкина.

Одна из первых целей "Радиоастрона" — это черная дыра в центре галактики Туманность Андромеды. Эта наша ближайшая и самая большая галактическая соседка, удаленная от нас на расстояние в 2,52 млн световых лет, в километрах эту бездну пустоты и представить себе невозможно. Собственно, долгое время считалось, что это и не галактика вовсе, а звезда, но в начале 1950-х годов астрономы с помощью наземных радиотелескопов открыли, что за светлым пятнышком скрывается исполинская звездная спираль с поперечником, в полтора раза большим, чем у нашей собственной Галактики. Вдохновленный этим открытием писатель-фантаст Иван Ефремов тогда воспел эту галактику в своем романе "Туманность Андромеды", где даже удивительным образом предсказал наличие гигантской черной дыры. Только в те годы в науке еще не было такого термина, и поэтому звездолет "Тантра" попадает в плен чудовищного тяготения некой железной звезды, расположенной в самом центре туманности. Позже выяснилось, что никакой железной звезды там, конечно, нет, но все звездные скопления вращаются вокруг черной дыры в 37 млн солнечных масс.

Позже с помощью американского рентгеновского телескопа "Чандра" был получен и первый портрет этого небесного тела, заинтересовавший всех ученых: ничего подобного наука до сих пор не знала.

Впрочем, это не единственная черная дыра, внесенная в список задач для "Радиоастрона". К примеру, все астрофизики мечтают увидеть "портрет" черной дыры в центре галактики М87, согласно всем расчетам, масса этого монстра превышает массу Солнца в 2 млрд раз! Еще объекты для изучения: некий загадочный радиоисточник "Стрелец А" — невидимый и неизвестный науке объект в Галактике, активно излучающий радиоволны и рентгеновские лучи.

В поисках "норы"

Но есть в списке задач "Радиоастрона" и одна особая задача — поиск "кротовых нор", которые образовались 13 млрд лет назад, когда наша Вселенная, стремительно расширяясь после Большого взрыва, образовала множество мест с аномалиями пространства - времени. В ряде случаев из таких аномалий впоследствии появились черные дыры — замкнутые на себя области, притягивающие материю. Из других же аномалий, как гласит теория Эйнштейна, образовались "кротовые норы" — туннели в иные области пространства. То есть, по сути, эта такая же черная дыра, но с одной существенной разницей: если из обычной черной дыры невозможно выбраться, то "кротовая нора" всасывает материю в одном месте и выбрасывает ее в другом — за миллионы световых лет. И вполне возможно, что загадочный объект "Стрелец А" — это и есть выход из такой "кротовой норы".

Конечно, считается, что после того как Вселенная приняла более или менее современный вид, все подобные аномалии и искривления схлопнулись сами собой, но ученые надеются, что некоторые из них все-таки до сих пор работают. И если это так, то у человечества появляется шанс найти их и использовать для космических путешествий на дальний конец Галактики. Кто знает, может, наши потомки когда-нибудь и увидят наш мир в полном его великолепии.