Инфракрасный телескоп расправил крылья в небе

На простой вопрос "зачем запускать телескоп в космос?" существует такой же простой ответ: "да видно оттуда лучше". Астрофизикам нужны увеличительные приборы такой разрешающей способности, что на Земле их использовать затруднительно из-за помех. Вот поэтому телескопы летят в звёздное небо. Правда удовольствие это дорогое. Но зато существует эффективная альтернатива – телескоп на самолёте.

О представителе последнего типа и пойдёт речь сегодня. Причём до сей поры постоянного бортового телескопа (то есть регулярно поднимаемого на высоту лайнером), работающего в ИК-диапазоне попросту не было. Сейчас же, когда "Стратосферная обсерватория инфракрасной астрономии" (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy — SOFIA) не только "сошла со стапелей", но и впервые показала себя в деле, стоит познакомиться с этим занимательным и беспрецедентным проектом.

SOFIA – совместное детище NASA и немецкого аэрокосмического центра DSI. Этот 17-тонный ИК-телескоп, диаметр главного стекла которого – 2,5 метра, встроен в отдельный открывающийся отсек самолёта-носителя Boeing-747SP.

Вывод телескопа в стратосферу позволяет избежать поглощения в целом ряде участков электромагнитного излучения. 99% водяного пара в атмосфере находится ниже отметки в 12-14 километров – так что SOFIA в буквальном смысле оставляет все трудности позади.

Как сообщается в пресс-релизе NASA, на днях обсерватория впервые успешно прошла испытания в ночных условиях, на протяжении почти восьми часов проведя массу наблюдений. Координировали процесс десять учёных, находившихся на борту лайнера.

В записи одного из тестовых полётов, датированном декабрём прошлого года, продемонстрировано во всех деталях, как в процессе полёта "Боинга" открывается уникальная скользящая дверь и зачехлённая SOFIA "смотрит" на небо.

Тогда лайнер находился в воздухе в общей сложности 1 час и 19 минут, а двери отсека с самим телескопом были полностью открыты в течение двух минут. Заявленной целью полёта предполагался сбор инженерами данных о течении воздушных потоков снаружи при открытом люке.

А началась история воздушных обсерваторией давным-давно, когда примитивные по нынешним меркам оптические приборы поднимали в небо на примитивных же летательных средствах – в основном, аэростатах (впрочем, как мы увидим далее, эта любопытная традиция не канула в забвение). Теперь в распоряжении учёных есть современные самолёты и уникальная техника, а небо остаётся всё там же, и технические трудности — практически всё теми же.

Любопытный факт: первым идею авиаобсерватории предложил нидерландско-американский астроном Джерард Койпер.

В 1960-х годах он собственноручно подал окружающим весьма эксцентричный пример, выставив из окна авиалайнера 30-сантиметровый телескоп. А всего 20 лет спустя NASA уже запускало в воздух бывший военный грузовой самолёт с 90-сантиметровым прибором на борту.

Бортовые телескопы – своеобразный "спецназ" в армии оптических наблюдателей – вместо рутины фиксированной орбиты они совершают отдельные вылеты с чётко обозначенными целями.

Известно, что каждый раз для проведения инфракрасных наблюдений в космосе специалистам приходится сталкиваться с гигантской и трудоёмкой работой отправки большого груза: помимо самого телескопа это ещё и устройства для обработки и передачи информации и охладитель, задача которого уберечь ИК-приёмник от собственного фонового излучения (инфракрасных квантов).

Из-за сопряжённых трудностей – за всю историю непосредственно в космосе работало очень мало ИК-телескопов. Первая обсерватория такого типа была запущена только в январе 1983 года, в рамках совместного американо-европейского проекта IRAS.

В состав этого комплекса входил телескоп-рефлектор с диаметром зеркала 57 сантиметров, а детекторы регистрировали длины ИК-волн в 12, 25, 60 и 100 микрометров. IRAS охлаждался жидким гелием (температурой лишь 2,4 К) и после исчерпания запасов охладителя, отключился, проработав на орбите в общей сложности 10 месяцев.

Его преемником стал японский AKARI, уже вскорости повторивший и превзошедший успехи IRAS.

Позже американский Spitzer принёс настоящий вал открытий, но для научного мира давно уже стало очевидно, что куда проще и дешевле создать инфракрасный телескоп воздушного базирования. Однако, чтобы первый реальный проект обрёл плоть и кровь, понадобилось ждать 13 лет.

В ходе уже реальных миссий SOFIA будет подниматься на высоту до 13,7 километров, а "эталонный" полёт должен продолжаться порядка восьми часов. Перед каждым вылетом телескоп будут охлаждать, чтобы он не лопнул при открытии защитного люка на такой высоте.

Нынешний телескоп для агентства разработали специалисты из нескольких университетов, входящих в ассоциацию USRA. И этот триумфальный ночной полёт – только пробный шаг перед стартом масштабной 20-летней программы.

"Цель – провести самый широкий спектр научных наблюдений, невозможных на поверхности Земли", – говорит Йон Морзе (Jon Morse), директор отделения астрофизики NASA.

Будучи поднятым на заявленную высоту, SOFIA позволит отслеживать космические объекты в широчайшем спектре излучения — от 0,3 до 1600 микрометров (т.е. в видимом, инфракрасном, ультрафиолетовом и субмиллиметровом диапазонах). Но инфракрасный диапазон – конёк аппарата. С её помощью специалисты надеются изучать звёзды, эволюцию Вселенной, природу чёрных дыр и многое другое.

Как сообщается в пресс-релизе NASA, уже сегодня все четыре основных инструмента SOFIA полностью готовы к работе. Каждому из них посвящена отдельная страничка на сайте проекта: это камера FORCAST, фотометр HIPO и спектрометры GREAT и FIFI-LS.

Ещё два тестовых полёта запланированы на весну следующего года. Ещё нуждаются в подтверждении эффективности системы виброизоляции, инерционной стабилизации и контроля направления объектива. Но это всё мелочи по сравнению с тем, что уникальный инфракрасный глаз в небе теперь точно обогатит наши знания о Вселенной. А свои знания о проекте можно обогатить в этом ролике.