Книга: Космос

Реализуемые проекты и программы наблюдений

Реализуемые проекты и программы наблюдений

Существует множество масштабных и эффективных программ и проектов мониторинга опасных космических объектов. Часть из них успешно реализуется.

Реальные и систематические меры для обнаружения опасных объектов предпринимают в США.

В 1980 г. в лаборатории Луны и планет Университета Аризоны (США) профессор Том Герелс и доктор Роберт Мак-Миллан организовали научную группу, которую назвали «Spacewatch» («Космический дозор»). Одной из главных задач группы стал поиск астероидов и комет, опасно сближающихся с нашей планетой. Эта группа, работающая в обсерватории Стюарда Аризонского университета, первой освоила ПЗС-технологию наблюдения за малыми телами Солнечной системы. Для наблюдений используется старейший в обсерватории 90-см телескоп (1921 г.). Он находится на высоте более 2000м.С 1983 г., на оснащённом ПЗС-приемниками телескопе, ведутся систематические наблюдения по программе «Космический дозор». Почти половину новых астероидов, сближающихся с Землёй, в конце XX в. открывали на этом инструменте. Уже к середине 1 995 г. группа Герелса открыла 94 АСЗ. В дальнейшем удалось обнаружить в непосредственной близости от Земли глыбы размером всего в несколько метров!

^{Телескоп «Сара» в обсерватории Китт-Пик в пустыне Сонора, США} 

На рубеже веков «Космический дозор» был усилен: 90-см телескоп оснащён современной электронной системой построения и обработки изображения и новой ПЗС-камерой. Но главное, весной 2001 г. введён в строй новый телескоп с зеркалом диаметром 1,8 м. Этот инструмент был сконструирован и оснащён с учётом многолетнего опыта использования 90-см телескопа.

Одним из ведущих мировых центров наблюдений комет и астероидов с применением ПЗС является Смитсонианская астрофизическая обсерватория (Кембридж, США). Астрометрические наблюдения проводятся под руководством Б.Г. Марсдена с помощью полутораметрового телескопа-рефлектора.

В последние годы ушедшего столетия в США была создана служба, включающая несколько специальных наземных телескопов, оснащённых оригинальной чувствительной приёмно-анализирующей аппаратурой. Служба призвана учесть все опасные объекты поперечником больше 1 км и предсказывать, хотя бы за десятилетие, возможность их столкновения с Землёй.

На примере телескопа «Субару» можно судить, насколько эффективно использование адаптивной оптики. Система с адаптивной оптикой, управляемая компьютером, способна изменять формы входящих в неё оптических поверхностей при изменениях изображения объекта. Так достигается более высокое разрешение, позволяющее получить более полную информацию о наблюдаемых объектах.

С использованием передовых методов и высоких технологий реализуется проект Pan-STARRS.

В соответствии с ним в январе 2007 г. на острове Мауи (Гавайи) начались практические испытания нового телескопа Pan-STARRS I (PS 1). Цифра 1 в названии инструмента не случайна. Телескоп представляет собой опытный образец, оснащённый одной зеркальной системой диаметром 1,8 м. Он установлен в одной из башен высокогорной обсерватории Халеакала (Haleakala) Института астрономии Гавайского университета. Уникальная светоприёмная ПЗС-камера обеспечивает возможность цифровой съёмки небывало больших участков ночного неба. Программа испытаний и научных исследований с такой камерой обзора рассчитана на 3,5 года. Испытания должны подтвердить эффективность новых технологий обзорных астрономических наблюдений. После этого планируется создать полный вариант телескопа — Pan-STARRS 1. Он будет составлен из четырёх индивидуальных оптических систем, каждая с 1,8-м зеркалом. Все зеркала одновременно наблюдают одну область неба. Каждое зеркало будет иметь поле зрения 3 градуса и цифровую ПЗС-камеру с 1,4 млрд. (!) пикселов. Зеркало каждого телескопа будет передавать в камеру данные объёмом 1,4 млрд. мегабайт. Количество данных, произведённых Pan-STARRS, будет настолько большим, что вместо архивирования всех получаемых изображений придется извлекать из них лишь существенные данные.

^{Телескоп Pan-STARRS 1 на о. Мауи в архипелаге Гавайских островов}

^{Обсерватория Пик-дю-Миди в Пиренеях, Франция} 

Первоочередная задача PS1 — интенсивный поиск и изучение орбит астероидов и комет в Солнечной системе, которые являются потенциальной угрозой Земле. В процессе опознания потенциальных астероидов-убийц телескоп Pan-STARRS 1 своим обзором охватит за одну ночь площадь в 6000 кв. градусов. Это поможет выявить новые астероиды и кометы до 24 видимой звездной величины.

В проектах мониторинга сближающихся с Землёй космических объектов сеть наземных телескопов будет дополнена телескопами, установленными на космических платформах. Предполагается использование таких телескопов в кооперации с наземными инструментами для организации базисных наблюдений. Точность определения траектории требует достаточно длинной базы — разнесение телескопов на большое расстояние друг от друга. С этой целью космические телескопы выведут на высокоэллиптические или геостационарные орбиты. Это позволит вести исследования слабых объектов круглосуточно без атмосферных помех и во всех областях спектра. Из космоса можно будет заметить ОКО, расположенные на небосводе по соседству с Солнцем. 19 декабря 2013 г. с космодрома Куру во Французской Гвиане стартовала российская ракета-носитель «Союз-СТ-Б» с разгонным блоком «Фрегат-МТ». На борту ракеты находилась Европейская космическая обсерватория Gaia — Global Astrometric Interferometer for Astrophysics, то есть Глобальный астрометрический астрофизический интерферометр. После выхода на околоземную орбиту от третьей ступени ракеты отделился разгонный блок со станцией Gaia. Два включения двигателя обеспечили доставку космического аппарата в точку либрации L2. Обсерватория находится на линии Солнце — Земля на расстоянии 1,5 млн. км от нашей планеты в стороне, противоположной дневному светилу.

Масса космической обсерватории более 2 т, размеры 4,6x2,3 м. На борту обсерватории установлены два телескопа, которые отражают собранный ими свет на сверхчувствительный приемник излучения, который состоит из 106 ПЗС-матриц, Общие размеры ПЗС камеры 100x50 сантиметров, разрешение ПЗС-камеры может достигать миллиарда пикселей. Это устройство справедливо называют самой большой цифровой камерой в мире. Чувствительность камеры настолько высока, что она могла бы заметить прядь человеческих волос на расстоянии 700 км. Помимо телескопов на борту Gaia есть фотометр для измерения яркости космических объектов и спектрометр, позволяющий определить химический состав и температуру звёзд.

Цель проекта — создание достоверной и подробной карты нашей Галактики Млечный Путь с указанием координат, направления движения и цвета примерно миллиарда звёзд. Впечатляет точность, с которой определяется положение объектов на небесной сфере. «Гайя» позволяет измерять угол на небе между направлениями на две звезды, с точностью 25 микросекунд дуги. Это соответствует углу, под которым, видна наша двухрублёвая монета, лежащая на поверхности Луны.

Важная задача — обнаружение комет и астероидов Солнечной системы. Учёные полагают, что телескоп сможет открыть около 10 тыс. экзопланет. Поскольку каждую звезду в будущем каталоге «Гайи» пронаблюдают не менее 70 раз, то будет возможность зафиксировать и проанализировать изменение со временем яркости звёзд и характера их спектра. Несомненно ценной была бы новая информация о тёмной материи. Планируемое время активной жизни обсерватории «Гайя» — пять-шесть лет, обработка полученных данных, подготовка и составление нового каталога объектов могут потребовать еще около двух лет.

Проектирование, экспериментально-исследовательская работа, изготовление и испытание аппаратуры заняли 20 лет и вместе с запуском обсерватории в космос стоили около миллиарда долларов.

В США реализуется другой перспективный проект. Космической обсерваторией нового поколения станет телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), который планируется вывести в космос в 2018 г. Инфракрасный телескоп, названный в честь заслуженного руководителя NASA, сможет работать и в видимом диапазоне. Новое космическое «око» землян — главное зеркало телескопа — имеет диаметр 6,5 м. Это делает JWST гораздо более чувствительным и широкополосным инструментом по сравнению с орбитальным телескопом «Хаббл». С помощью нового телескопа можно будет увидеть события, близкие к началу времени Вселенной, познакомиться с процессом формирования самых первых галактик, а также заглянуть внутрь пылевых облаков, где сегодня формируются звёзды и планетные системы. Телескоп «Джеймс Уэбб» будет выведен в точку либрации L2, откуда его эффективно можно будет использовать и в интересах космической защиты Земли.

^{Сборка зеркала телескопа «Джеймс Уэбб»}

^{На рисунке показана станция «Гайя» и исследуемый ею астероид}

^{Сближающийся с Землёй астероид Таутатис}

Поскольку астероиды, сближающиеся с Землёй, обычно обнаруживают на расстоянии нескольких сотен тысяч или, в лучшем случае, миллионов километров, их можно оперативно исследовать с помощью радиолокации. Если оптические средства способны играть роль первого эшелона обнаружения опасных объектов, то радиолокаторы могут стать последним «аварийным» рубежом.

Понятно, что такие наблюдения (в отличие от оптических) можно проводить в любую погоду и в любое время суток. Для того чтобы обеспечить круглосуточное наведение на космические объекты, приходится располагать радиолокаторы в разных частях вращающегося земного шара. Это необходимо и для связи с космическими зондами, летящими в дальний космос, и тем более важно для обеспечения космической безопасности Земли. Система дальней космической радиосвязи США включает инструменты в Калифорнии, Испании и Австралии. Они расположены с угловым интервалом по долготе в 120°. Это обеспечивает непрерывное радионаблюдение за космическими объектами.

К настоящему времени крупные радары и радиотелескопы работают на территории России и Украины, Германии и Великобритании.

С 1990-х г. свойства АСЗ изучают с использованием самых мощных радиолокационных установок в Аресибо и Голдстоуне. Среди исследованных таким образом астероидов — Таутатис.

Астероид Таутатис учёные США и России изучали во время его сближения с Землёй в период 1992–1996 г. За это время было выполнено около АО тыс. измерений. Удалось выяснить, что объект имеет неправильную форму: ширину 2,4 км, длину 4,6 км и движется, «кувыркаясь» в пространстве.

Полученные радиолокационные изображения Таутатиса показали, что на самом деле это два почти прижатых друг к другу астероида, удерживаемых силой взаимного притяжения. Изображения представляют собой компьютерную трёхмерную математическую модель поверхности и вращения Туататиса, созданную на основе выполненных радиотелескопами измерений. Использованная технология делает принципиально возможным получение изображений тысяч астероидов, сближающихся с нашей планетой. Таутатис исследовали и другими астрофизическими методами.

В последние годы объединённый коллектив российских и украинских учёных разработал программу исследования тел Солнечной системы оригинальным методом с использованием нескольких крупных инструментов. Суть метода состоит в том, что исследуемый объект «подсвечивается» мощным Евпаторийским планетным радиолокатором РТ-70. В результате этого облучаемое небесное тело отражает пришедшие радиоволны и становится видимым в радиолучах. Отражённые сигналы в режиме радиоинтерференции принимают несколько удалённых друг от друга радиотелескопов. Вначале прием отражённых радиосигналов производили на крупнейших российских радиотелескопах с диаметром главного зеркала 64 м, которые расположены недалеко от Москвы в Медвежьих Озерах и Калягине на расстоянии около 150 км друг от друга. Интерференция сигналов, приходящих на эти антенны, дает почти такой же результат, как если бы применялась гигантская антенна диаметром около 1 50 км. При мощности излучения сигнала с РТ-70 в 150–200 кВт российский антенный комплекс обеспечивает уверенное обнаружение объектов километрового размера на расстоянии до 1 5 млн. км (0,1 а.е.). Для этого понадобится накапливать эхосигнал около одного часа. Если мы хотим обнаружить объект меньшей величины, то время накопления отражённых радиоволн придется значительно увеличить.

^{Параболический радиотелескоп Грин-Бэнк, Западная Виргиния, США}

Для обнаружения и дистанционного исследования опасных объектов можно использовать и мощные лазерные установки. У нас в стране разработаны проекты применения в этих целях инфракрасных СO₂-лазеров космического базирования с использованием солнечной накачки энергии. Применение такой космической системы может обеспечить обнаружение и изучение параметров объектов размером более 50 м на расстоянии от 30 тыс. до 10 млн. км. Эти системы можно будет использовать также для наведения на опасный объект аппарата-перехватчика и необходимой коррекции его курса.

По форме АСЗ исключительно разнообразны. Некоторые из них шарообразны, другие сплюснуты и вытянуты, среди них есть гантелевидные и даже закручивающиеся подобно штопору. Радарные исследования показали, что значительный процент сближающихся астероидов раздвоены или контактнодвойные.