Российские ученые «перезагружают» астрофизику.
В конце мая отечественным космонавтам, работающим на Международной космической станции, предстоит необычная операция. Во время выхода в открытый космос они установят на внешней поверхности МКС научную аппаратуру «Солнце-Терагерц», созданную в Физическом институте им. П.Н.Лебедева РАН (ФИАН). Прибор должен открыть для исследователей практически неизученный диапазон солнечного излучения - терагерцевый (участок электромагнитного излучения между микроволнами и инфракрасным светом). Ученые рассчитывают, что новые данные помогут понять природу солнечных вспышек и улучшить прогнозирование космической погоды.
О том, почему этот эксперимент называют уникальным, какие трудности пришлось преодолеть разработчикам и чем терагерцевые наблюдения важны не только для фундаментальной науки, но и для практики, корреспонденту «Поиска» рассказал заведующий лабораторией физики Солнца и космических лучей ФИАН Владимир МАХМУТОВ.
- Владимир Салимгереевич, в чем принципиальная новизна прибора «Солнце-Терагерц»?
- Сегодня одна из ключевых задач физики Солнца - понять механизм ускорения заряженных частиц во время солнечных вспышек. Сейчас для этого используются данные микроволновых, субмиллиметровых, рентгеновских и ультрафиолетовых наблюдений. Но терагерцевый диапазон фактически остается белым пятном. Наша аппаратура позволит впервые провести измерения солнечного излучения в диапазоне от 0,4 до 12 терагерц. Наземные наблюдения здесь практически невозможны: атмосфера Земли сильно поглощает такое излучение. Поэтому для полноценного исследования нужен именно космический эксперимент.
- Почему ученым важен этот диапазон?
- В последние годы исследователи обнаружили интересную особенность ряда солнечных вспышек. На частотах 212 и 405 гигагерц поток излучения неожиданно возрастал, хотя классическая теория предсказывает спад. Возник вопрос: продолжается ли этот рост дальше, уже в терагерцевом диапазоне?
Мы рассчитываем определить, существует ли так называемая частота «перегиба» спектра и связана ли она с ускорением энергичных электронов и протонов в нижних слоях солнечной атмосферы. Иными словами, речь может идти об открытии нового спектрального компонента солнечных вспышек, существующего одновременно с привычным микроволновым излучением.
- Эксперимент может привести к пересмотру представлений о солнечных вспышках?
- Именно. Мы надеемся получить данные, которые помогут уточнить физическую природу вспышек и механизмов энерговыделения на Солнце. Для солнечной физики это фундаментальный вопрос.
- Но у таких исследований есть и вполне прикладной смысл?
- Безусловно. Мощные солнечные вспышки влияют на радиационную обстановку в околоземном пространстве. Они сопровождаются потоками заряженных частиц, выбросами корональной плазмы, ударными волнами и усилением магнитных полей. Все это воздействует на спутники, связь, навигацию, энергосистемы и даже на условия работы космонавтов. Чем точнее мы понимаем динамику и спектральные характеристики солнечных вспышек, тем эффективнее можно развивать методы прогноза космической погоды. А это важный вопрос технологической безопасности.
- Насколько этот проект вписывается в новую космическую программу страны?
- Разработка аппаратуры велась в 2017-2024 годах в рамках государственного контракта между ФИАН и РКК «Энергия» им. С.П.Королева. В марте нынешнего года прибор «Солнце-Терагерц» был доставлен на МКС грузовым кораблем «Прогресс МС-33». Начался следующий этап - проведение самого космического эксперимента. В этих работах участвуют также специалисты Центрального научно-исследовательского института машиностроения.
Проект связан с программами научных исследований на российском сегменте МКС и напрямую соответствует задачам федерального проекта «Космическая наука», где квалифицированным заказчиком выступает Российская академия наук.
- За таким экспериментом, очевидно, стоит большая кооперация?
- Да, это результат совместной работы многих организаций. Основные исследования и разработки осуществлял ФИАН, но серьезную роль сыграли и партнеры - РКК «Энергия», ООО «Тидекс», Московский авиационный институт, Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В.Скобельцына МГУ, АО «Конструкторское бюро радиотехники и электроники». Испытания проводились также в Институте космических исследований РАН. Кроме того, мы опирались на результаты совместных международных исследований солнечных вспышек в субмиллиметровом диапазоне, в том числе экспериментов на телескопе SST в Аргентине и Бразилии, а также стратосферного проекта Solar-T.
- Что оказалось самым сложным при создании прибора?
- По сути, нам пришлось впервые создавать космическую аппаратуру для регистрации солнечного терагерцевого излучения. Нужно было подобрать фильтры, обеспечить селективность каналов, проверить качество оптики, откалибровать детекторы. При этом прибор должен был стать частью инфраструктуры российского сегмента МКС: корректно взаимодействовать с бортовыми системами и не создавать помех другой научной аппаратуре.
- Что уже сделано в космосе?
- В апреле космонавты провели проверки внутри гермоотсека станции: включение аппаратуры, тестирование программного обеспечения, взаимодействие с бортовыми системами. Были проложены коммуникационные кабели между бортовым компьютером и двухосной платформой наведения, на которой будет размещен прибор. Теперь предстоит монтаж снаружи станции.
- Насколько это сложная операция?
- Выход в открытый космос - это всегда серьезная и технологически очень ответственная работа. Космонавтам предстоит вынести аппаратуру на внешнюю поверхность служебного модуля, установить ее на платформе, которая обеспечит непрерывное наведение прибора на Солнце на дневном участке орбиты МКС, подключить питание, управление и линии передачи данных. После этого будет проверяться готовность системы к автоматическому наведению на Солнце.
Все действия многократно отрабатывались заранее в Центре подготовки космонавтов, потому что работа идет в скафандрах, при жестких ограничениях по времени и с очень высокими требованиями к надежности.
- Как будет организована работа с полученными данными?
- Аппаратура будет передавать временные ряды данных сразу в восьми спектральных каналах. На Земле информация станет обрабатываться с помощью специального программного комплекса, который мы разработали. Далее эти результаты будут сопоставляться с данными наземных радиотелескопов и спутниковых наблюдений рентгеновского и гамма-излучения. Надеемся, что уже первые наблюдения позволят получить уникальную информацию, которой мировая наука пока не располагает.
Надежда Волчкова
Обложка: пресс-служба ФИАН
