Ещё

Свет в небе: научные достижения спутника «Ломоносов» 

Фото: Вести.Ru
Как отмечается в пресс-релизе университета, «Ломоносов» — масштабный научно-образовательный космический проект Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова в сотрудничестве с другими организациями, направленный на изучение экстремальных астрофизических явлений. За время работы спутника сотрудники Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д. В. Скобельцына (НИИЯФ) МГУ с коллегами получили новые данные о многих малоизученных физических явлениях во Вселенной и в атмосфере Земли. Например, учёные исследовали космические лучи предельно высоких энергий, гамма-всплески от слияния нейтронных звёзд и грозовые области средних и низких слоёв атмосферы Земли. Результаты работы опубликованы в таких высокорейтинговых журналах, как Journal of Cosmology and Astroparticle Physics и Space Science Reviews. Спутник «Ломоносов» стартовал с космодрома «Восточный» в 2016 году. Основная цель спутника — исследовать космические лучи предельно высоких энергий. Также учёных интересуют процессы в глубинах Вселенной и в атмосфере Земли, вызывающие вспышки в оптическом, рентгеновском и гамма-диапазонах. Кроме того, оборудование, установленное на борту «Ломоносова», позволяет наблюдать за потенциально опасными космическими объектами: астероидами и космическим мусором.
О космических лучах сверхвысоких энергий «Вести. Наука» (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали. Учёные до сих пор не знают, какая сила разгоняет эти частицы до энергий 1019–1020 электронвольт. Кроме того, важно точнее узнать состав этих лучей (хотя большинство этих частиц — обычные протоны) и их распределение по энергиям.
Изучать эти космические лучи с Земли очень трудно. Ещё бы: на площади в один квадратный километр одна такая частица появляется в среднем раз в сто лет.
Физики МГУ впервые провели эксперименты по регистрации лучей предельных энергий в верхних слоях атмосферы Земли при помощи телескопа, установленного на борту спутника «Ломоносов». Попадая в атмосферу, комические лучи предельно высоких энергий сталкиваются с атомами воздуха и порождают каскады вторичных частиц (широкие атмосферные ливни, как их называют специалисты). Эти частицы, в свою очередь, взаимодействуют с воздухом, и так далее. Результатом являются кратковременные мощные вспышки ультрафиолетового излучения. Орбитальный телескоп ТУС (Трековая УСтановка) использует атмосферу Земли в качестве гигантской мишени, в которой происходит процесс взаимодействия с космическими лучами предельно высоких энергий. ТУС регистрирует ультрафиолетовые вспышки, порождённые вторичными частицами широких атмосферных ливней. Зная число зарегистрированных фотонов от этих вспышек, можно определить энергию первичных частиц.
Сейчас учёные анализируют данные, собранные орбитальным телескопом за первые месяцы работы. Исследователи надеются, что в дальнейшем это поможет прояснить природу и механизмы ускорения космических лучей сверхвысоких энергий. Телескоп зафиксировал ультрафиолетовые вспышки и иной природы. Из них наибольший интерес представляют транзиентные световые явления — кратковременные, длительностью от одной до сотен миллисекунд, вспышки электромагнитного излучения, предположительно связанные с грозовыми областями в средних и нижних слоях атмосферы. Такие события, конечно, создают нежелательный фон при выполнении основной задачи телескопа — регистрации космических лучей. С другой стороны, выяснить их физическую природу и её связи с атмосферным грозовым электричеством — отдельная актуальная задача современной физики.
На космическом аппарате «Ломоносов» учёные также установили комплекс аппаратуры, состоящий из трех приборов: БДРГ, ШОК и UFFO. Комплекс предназначен для изучения гамма-всплесков. Гамма-всплески — это кратковременные вспышки в гамма-диапазоне, при которых энергия квантов достигает миллиардов электронвольт и больше. Во время таких всплесков выделяется примерно столько же энергии, сколько при взрыве сверхновой, но за одну секунду. Эти явления считаются одними из самых мощных взрывных процессов во Вселенной, однако при этом они слабо изучены. Для правильного понимания природы гамма-всплесков необходимо проводить наблюдения одновременно в оптическом и гамма-диапазонах. Однако зарегистрировать оптическое излучение в момент явления очень трудно, поскольку заранее не известно, в какой области неба оно произойдет. Оборудование на борту «Ломоносова» позволяет регистрировать оптическое излучение непосредственно в момент гамма-всплесков. Прибор БДРГ (Блок Детекторов Рентген-Гамма) представляет собой три детектора гамма-квантов, оси которых перпендикулярны друг другу. Трёхмерные измерения обеспечивают определение точных координат источника всплеска. При регистрации явления БДРГ передаёт специальный сигнал-триггер на оптические широкоугольные камеры (ШОК). При регистрации сигнала компьютер запоминает оптическое изображение области неба, где произошёл всплеск, и передаёт информацию в мировую сеть для наведения на эту область наземных телескопов. Еще один прибор — UFFO (Ultra Fast Flash Observatory) — по специальной команде включает рентгеновский телескоп для регистрации всплеска в жёстком рентгеновском диапазоне. Кроме того, UFFO быстро наводит в нужную область неба оптический телескоп. В ходе проведения экспериментов было достигнуто рекордное на сегодняшний день время наведения оптики — около одной секунды.
За период с запуска спутника до августа 2017 года «Ломоносов» зарегистрировал 20 гамма-всплесков космологического происхождения, а также гамма-всплески от магнетаров — нейтронных звёзд с очень сильным магнитным полем. Данные, полученные со спутника, представляют собой уникальную информацию широкого диапазона длин волн (оптического, рентгеновского, гамма). Российские учёные утверждают, что эта информация позволит сделать большой шаг к пониманию до сих пор мало изученного явления гамма-всплесков.
"Мы осуществили коррелированные наземные и космические измерения гамма-всплеска в оптическом и гамма-диапазонах одновременно на спутнике и на наземной сети роботизированных телескопов МГУ «МАСТЕР». При современном уровне развития космических исследований наземные гамма-обсерватории очень важны для исследований в области высоких энергий, а в космических экспериментах они являются считаются существенным их дополнением", — рассказал один из авторов исследования Михаил Панасюк, доктор физико-математических наук, директор НИИЯФ МГУ.
В ходе работ по проектированию научных приборов и бортовых систем для спутника «Ломоносов» учёные использовали самые современные достижения в области электроники, методик ядерной физики, астрономической оптики и программного обеспечения. У некоторых из этих разработок нет мировых аналогов.
"В инициативном порядке в рамках реализации проекта «Ломоносов» по программе развития МГУ специалистами создан и успешно протестирован в ходе лётных испытаний космический аппарат «Ломоносов» — прообраз космического сегмента оптического мониторинга потенциально опасных объектов техногенного и природного происхождения в околоземном космическом пространстве", — добавил Панасюк.
Опираясь на опыт работы со спутником «Ломоносов», учёные приступили к реализации следующего проекта под названием УНИВЕРСАТ — СОКРАТ (Система Оповещения Космической Радиационной, Астероидной и Техногенной опасности). Проект предусматривает мониторинг радиационной обстановки, электромагнитных транзиентов и потенциально опасных объектов естественного (астероиды, метеоры) и техногенного (космический мусор) происхождения. Мониторинг околоземного космического пространства будет осуществляться почти в режиме реального времени, что чрезвычайно важно для оперативного оповещения о возможных угрозах для беспилотных космических аппаратов и пилотируемых космических кораблей.
Комментарии
Читайте также
Новости партнеров
Новости партнеров
Больше видео