Российские ученые и инженеры готовят новое окно во Вселенную.
Как выглядит начало космической обсерватории? Обычно мы представляем стартовый стол, рев двигателей, уходящий в небо факел ракеты. На самом деле все начинается гораздо раньше - в конференц-зале, где астрофизики спорят о том, какие объекты Вселенной станут целями будущего телескопа.
Именно такой «предстартовый отсчет» прошел на недавней конференции «Ультрафиолетовая Вселенная - 2026», где обсуждалась научная программа космической астрономической обсерватории «Спектр-УФ», которой предстоит получать данные об объектах Вселенной в ультрафиолетовом диапазоне длин волн после завершения миссии легендарного «Хаббла».
Организаторами проходящего уже в четвертый раз форума стали Институт астрономии Российской академии наук (ИНАСАН) и Отделение физических наук РАН. А его участниками были не только астрономы, но и инженеры, конструкторы, специалисты по космическому приборостроению. В течение трех дней в здании Президиума РАН обсуждались особенности строящегося космического аппарата и будущее исследований, которые он сделает возможными.
По сути это была своеобразная генеральная репетиция жизни после запуска новой орбитальной станции. В четвертой декаде XXI века «Спектр-УФ» станет главным, а возможно, и единственным действующим инструментом для исследований в ультрафиолетовом диапазоне.
Космическая обсерватория «Спектр-УФ» на орбите. Иллюстрация АО «НПО Лавочкина»
Изучающий космос с 1990 года телескоп «Хаббл», который сейчас является основным поставщиком УФ-данных, находится на этапе завершения своей миссии, а запущенный в 2021 году орбитальный комплекс «Джеймс Уэбб» оптимизирован для инфракрасного диапазона.
Почему астрономам важен именно ультрафиолет? Дело в том, что в этой области спектра скрываются ответы на многие вопросы современной астрофизики. Здесь оставляют свои самые выразительные «подписи» многие химические элементы и молекулы. Здесь особенно ярко проявляют себя самые горячие объекты космоса. УФ-телескопы позволяют увидеть, как рождаются молодые массивные звезды, как звезды теряют вещество (явление так называемых звездных ветров), как и почему светятся облака межзвездного газа.
Однако есть одно препятствие: атмосфера Земли практически полностью поглощает ультрафиолетовое излучение. Защищая все живое от его разрушительного воздействия, она закрывает ученым целый пласт информации о Вселенной. Чтобы увидеть новые миры, необходимо вынести телескоп далеко за пределы атмосферы.
А увидеть в УФ-диапазоне можно многое. Поэтому программа конференции получилась необычайно широкой. Ученые обсуждали вопросы, связанные с изучением атмосферы планет нашей Солнечной системы и экзопланет, звезд разных стадий эволюции, межзвездной среды, галактик. Не менее подробно обсуждались новые методы наблюдений, технические решения, заложенные в проект будущей обсерватории, и ее научный потенциал.
Всего было представлено 57 научных докладов, в том числе пленарные сообщения 12 приглашенных спикеров. Среди почти 100 участников были ведущие российские специалисты по астрофизике, представлявшие более 20 научных организаций, инженеры космической отрасли.
Начиная разговор о будущем, участники форума отдали дань памяти человеку, во многом благодаря которому появился на свет проект «Спектр-УФ». Конференция была посвящена 95-летию со дня рождения академика Александра Боярчука - одного из создателей отечественной космической астрофизики, первой крупной советской ультрафиолетовой космической обсерватории «Астрон», успешно работавшей на орбите в 1980-е годы. Этот эксперимент стал отправной точкой для разработки проекта ультрафиолетового телескопа нового поколения.
Будучи организатором и первым директором Института астрономии РАН, Боярчук сумел превратить этот замысел в долгосрочную программу развития отечественной космической астрономии.
О достижениях своего учителя и коллеги рассказал научный руководитель ИНАСАН академик Борис Шустов. Воспоминания о первых орбитальных проектах докладчик перемежал малоизвестными эпизодами биографии выдающегося астрофизика и историями из жизни института. Некоторые реалии он осмысливал в стихотворной форме. «Надеюсь, доложил вам внятно и убедил наверняка, что многогранна многократно звезда А.А.Боярчука», - таким стал финал выступления.
Ощущение преемственности присутствовало на форуме. Серия российских космических обсерваторий «Спектр» уже давно визитная карточка отечественной астрофизики. Радиоастрономический «Спектр-Р», запущенный в 2011 году, позволил создать гигантский виртуальный радиотелескоп размером гораздо больше Земли. В 2019 году на орбиту отправился «Спектр-РГ», который продолжает составлять детальную рентгеновскую карту Вселенной. Теперь эстафету должен принять ультрафиолетовый телескоп.
Путь к нему оказался долгим. Идея ультрафиолетовой обсерватории появилась еще в начале 1990-х годов. В начале 2000-х проект вырос в международный и получил масштабное название - «Всемирная космическая обсерватория - Ультрафиолет» (World Space Observatory - Ultraviolet, WSO-UV). Он неоднократно корректировался: переносились сроки запуска, менялся состав участников, приходилось заново решать технические и организационные задачи. В 2022 году проект получил статус российского национального. Разработчикам пришлось заменять многие зарубежные компоненты и приборы отечественными аналогами. Совместная работа ученых и инженеров позволила не только сохранить проект «Спектр-УФ», но и довести его до завершающего этапа разработки.
Об этом говорил директор ИНАСАН профессор РАН Михаил Сачков. По его словам, Российская академия наук рассматривает запуск телескопа в 2031 году как принципиальную задачу.
– Мы делаем этот проект не для одного института, - отметил Михаил Евгеньевич в разговоре с корреспондентом «Поиска». - Это национальная обсерватория, которая создается для всего астрономического сообщества. После запуска заявки зарубежных исследователей также смогут участвовать в конкурсном отборе наблюдений.
Запрос астрономического сообщества на получение ультрафиолетовых данных огромен. На телескоп «Хаббл» подается в 50 раз больше заявок, чем реализуется. Так что по мере приближения к запуску частота проведения наших традиционных конференций серии «Ультрафиолетовая Вселенная», возможно, увеличится. Уже сейчас необходимо выявить самые актуальные научные задачи и сформировать программу исследований, которая определит работу телескопа на многие годы вперед.
В этом и состоял смысл форума - договориться о том, какие вопросы современной астрофизики должны оказаться в центре внимания новой орбитальной обсерватории. Фактически речь шла о будущем российской космической астрономии.
Одним из центральных оказался доклад начальника отдела бортовых целевых и научных комплексов НПО им. С.А.Лавочкина Александра Шаханова, представившего текущее состояние проекта «Спектр-УФ». За сухими словами «статус работ» скрывалась огромная кооперация предприятий и научных организаций, которой предстоит превратить проект в реальный космический аппарат.
Государственным заказчиком проекта выступает Госкорпорация «Роскосмос», головным разработчиком орбитального комплекса является НПО им. С.А.Лавочкина, а научное руководство осуществляет Институт астрономии РАН. Свой вклад в создание обсерватории вносят Институт космических исследований РАН, Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе, Институт физики полупроводников СО РАН, новосибирский завод «Экран-ФЭП» и многие другие организации, разрабатывающие оптические системы, детекторы и научные приборы. Такая широкая кооперация - пример того, как объединяются возможности академической науки, космической промышленности и высокотехнологичных предприятий.
Сам космический аппарат тоже заслуживает отдельного рассказа. Его основу составляет хорошо зарекомендовавшая себя платформа «Навигатор», на которой уже построено несколько российских орбитальных обсерваторий. Главный элемент комплекса - телескоп Т-170М с диаметром главного зеркала 170 см. Высокочувствительные спектрографы и камеры рассчитаны на работу в диапазоне длин волн, который практически полностью недоступен наземным обсерваториям.
Но едва ли не самым необычным решением станет орбита. Если знаменитый «Хаббл» работает на высоте около 540 километров, то «Спектр-УФ» после запуска с космодрома Восточный ракетой «Ангара-А5М» и разгонным блоком «Персей» должен выйти на геосинхронную орбиту высотой почти 36 тысяч километров. Такая траектория позволит значительно увеличить продолжительность непрерывных наблюдений, сократить влияние земной тени и эффективнее использовать время работы телескопа.
Кроме того, на «Спектре-УФ» будет действовать первая в истории ультрафиолетовая камера, работающая на такой высокой орбите. Это важно для ультрафиолетовых исследований над толщей водородной оболочки Земли, мешающей наблюдениям в УФ. Всем проектам-предшественникам приходилось смотреть на объекты Вселенной сквозь эту оболочку.
О научной аппаратуре космической обсерватории рассказал заместитель директора ИНАСАН по научной работе С.Г.Сичевский. Он подробно остановился на технических и организационных аспектах: характеристиках научной аппаратуры, организации наблюдательных программ, принципах подготовки заявок.
Астрономов интересовали конкретные характеристики приборов, сроки готовности отдельных систем, результаты импортозамещения, возможности модернизации аппаратуры. Было заметно, что для участников конференции «Спектр-УФ» - это уже не абстрактный космический проект, а будущий рабочий инструмент, с которым им предстоит иметь дело многие годы. Астрофизики синхронизировали свои планы с возможностями будущего телескопа, чтобы сразу после его запуска начать эффективную работу.
Каждый день конференции ощущался как погружение в свой «слой» Вселенной. В первый состоялась планетная секция, на которой обсуждались атмосферы горячих юпитеров, биомаркеры - возможные признаки жизни на экзопланетах, экзосфера (верхняя разреженная граница) атмосферы Земли. Именно в ультрафиолетовом диапазоне можно увидеть, как под действием излучения родительской звезды планета буквально теряет свое вещество. Такие наблюдения помогают понять, почему одни планеты сохраняют атмосферу миллиарды лет, а другие постепенно превращаются в безжизненные каменистые миры.
Кульминацией смотрелась открытая дискуссия с говорящим названием: «Все, что вы хотели знать о проекте “Спектр-УФ”, но не получалось спросить» - живой диалог, где были сняты последние вопросы.
Второй день был посвящен звездам и межзвездной среде. Для специалистов по звездообразованию ультрафиолет - возможность проследить самые ранние этапы рождения звезд, увидеть раскаленный газ, мощные звездные ветры и процессы, определяющие дальнейшую эволюцию молодых светил. Исследователи межзвездной среды получают другой набор возможностей. В УФ-диапазоне расположены линии многих атомов и молекул, определяющих физическое состояние газа между звездами. Это позволяет буквально «прочитать» химический состав космических облаков, узнать их температуру, плотность и историю формирования.
В финальный день встречались космологи, исследователи галактик, межгалактической среды, ранней Вселенной. Наблюдения активных ядер галактик, межгалактического газа и первых поколений звезд позволят уточнить современные представления об эволюции вещества на протяжении миллиардов лет после Большого взрыва.
Конференция продемонстрировала, что «Спектр-УФ» нужен не отдельной группе исследователей, а практически всем направлениям современной астрофизики.
Сильное впечатление оставило большое число молодых ученых в зале. По данным организаторов, около 40% участников были моложе 40 лет. Для столь долгосрочного проекта это имеет особое значение. Именно этим исследователям предстоит работать со «Спектром-УФ» в течение всего срока службы комплекса, создавать новые каталоги, публиковать открытия и, возможно, получать результаты, которые спустя годы войдут в учебники.
В принятой по итогам конференции резолюции подчёркнут ее высокий научный уровень, отмечена возрастающая актуальность формирования научной программы «Спектра-УФ», предложено обеспечить оперативную публикацию материалов форума и сделать подобные встречи регулярными по мере приближения запуска обсерватории.
В космонавтике принято говорить о «первом свете» телескопа - моменте, когда прибор впервые получает изображение Вселенной. Но этому событию всегда предшествует другой, не менее важный свет. Свет научной идеи. Именно он стал главным событием конференции «Ультрафиолетовая Вселенная - 2026».
Надежда Волчкова
Обложка: сборка телескопа Т-170М в АО «НПО Лавочкина». Фото АО «НПО Лавочкина»
