Астрофизика
С юбилеем, “Спитцер”!
В.Г. КУРТ,
доктор физико-математических наук
Астрокосмический центр ФИАН
25 августа 2018 г. исполняется
15 лет со дня
запуска космической обсерватории
“Спитцер”
(Земля и Вселенная,
2004, № 3, с. 29–30). Этот
космический аппарат с
комплексом аппаратуры
для наблюдений в инфракрасном
и субмиллиметровом
диапазонах
входит в пятерку самых
дорогих (около миллиарда
долларов) и самых
сложных обсерваторий
NASA и ESA. Эти аппараты
предназначены для
астрономических наблюдений
в широком спектральном
диапазоне: от
гамма-излучения и до миллиметровых
радиоволн.
Наиболее известна из них
космическая обсерватоКРИОГЕННАЯ
ТЕХНИКА
НА БОРТУ
Телескопы всех научных
спутников инфракрасного
диапазона (в том
числе и субмиллиметрового)
требуют создания
© Курт В.Г.
рия с оптическим 2,5-м
телескопом, названная
в честь американского
астронома Эдвина Хаббла
(Земля и Вселенная,
2005, № 6; 2010, № 6).
В это семейство входят
также обсерватории
на борту космического
аппарата системы охлаждения
(вплоть до температуры
жидкого гелия
2–4 К (–270 °С)) главного
и вторичного зеркал,
а также всей аппаратуры
“Чандра” (рентгеновская;
Земля и Вселенная, 2000,
№ 4, с. 59–60; 2017, № 4),
“Гайя” (астрометрическая;
Земля и Вселенная, 2014,
№ 3) и “Гершель” (инфракрасная;
Земля и Вселенная,
2012, № 3).
В предлагаемой статье
приводятся диапазоны наблюдений
различных
объектов во Вселенной,
освещаются условия работы
космической обсерватории
“Спитцер”, представлены
состав ее научных
приборов и основные
результаты за почти
6 лет исследований
по основной программе, а
также рассказывается о
перспективных проектах
в этой области спектра.
регистрации излучения
и элементов монтировки
телескопа. В противном
случае фон, создаваемый
тепловым излучением
зеркал и всех элементов
конструкции, будет
3
Стр.1
Криостат с охлажденным до температуры
2,7 К гелием, установленный на космической
обсерватории “Спитцер”. Фото NASA/JPL.
Установка теплозащитного экрана на космическую
обсерваторию “Спитцер” в Лаборатории
реактивного движения. Фото
NASA/JPL.
на много порядков превышать
излучение исследуемых
астрономических
объектов. Для
осуществления столь глубокого
охлаждения на
спутнике устанавливается
криостат (сосуд Дьюара)
с жидким гелием,
хранящимся при температуре
4 К. Регулируемый
клапан давления
над поверхностью жидкого
гелия обеспечивает
его медленное испарение
в открытое космиче4
ское
пространство, и в
криостате поддерживается
давление около 0,1
атмосферы. При таком
давлении температура
жидкого гелия еще снижается
и устанавливается
на уровне 2,7 К. С помощью
металлических и
газовых теплопроводников
все элементы телескопа:
зеркала, их оправы
и
другие элементы
конструкции охлаждаются
почти до такой температуры.
Конечно, при
этом гелий из криостата
понемногу улетучивается
в космос, так что приходится
брать с собой на орбиту
большой его запас,
вплоть до нескольких тысяч
литров жидкого гелия
плотностью 0,1 г/см3 .
С целью экономии гелия
криостат закрывают
от Солнца хорошо отражающим
теплозащитным
экраном, а также стараются
сделать так, чтобы
тепловое излучение Земли
и Луны не нагревало
Стр.2
криостат: дело в том, что
всегда температура Земли
(и на дневной, и на
ночной стороне) равна
около 300 К, а наша планета
занимает на небе,
видимом со спутника на
низкой орбите, очень
большой телесный угол –
вплоть до 120–140°, то есть
почти полнеба.
СПЕКТРАЛЬНЫЕ ДИАПАЗОНЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ
Космические аппараты,
работающие в инфракрасном
и субмиллиметровом
диапазонах, приходится
выводить на высокоапогейные
орбиты
или даже в точку Лагранжа
L2 на расстояние
1,5 млн км от Земли,
чтобы уменьшить нагрев
от Земли и Луны. В этой
точке (их всего 5) притяжение
спутника от Луны
и от Земли равны друг
другу. Выполнять же наблюдения
в данных диапазонах
с поверхности
Земли практически невозможно,
так как земная
атмосфера поглощает
почти полностью
это излучение, да и сама
также светится довольно
ярко.
Чем же интересен этот
диапазон и почему астрономы
должны переживать
и преодолевать
столь большие трудности?
Дело в том, что в
инфракрасном диапазоне
спектра светится холодное
вещество Вселенной.
Это планеты
Солнечной системы, их
спутники, астероиды и
кометы, а также межплаКосмическая
обсерватория “Спитцер” на гелиоцентрической
орбите. Рисунок NASA/JPL.
нетная пыль, сконцентрированная
в плоскости
эклиптики. При хорошем
угловом разрешении (менее
одной угловой минуты
дуги) в этом же диапазоне
можно изучать и
экзопланеты, облака холодной
пыли и газа в нашей
Галактике; а их масса
составляет 10–15% от
массы всех звезд в Галактике.
Ярко светятся
в ИК-диапазоне и холодные
звезды: коричневые
и бурые карлики с температурой
поверхности
всего 1–3 тыс. К.
Внегалактические объекты,
наблюдающиеся в
ИК-диапазоне от 1 мкм и
вплоть до 1 мм (впрочем,
это уже, скорее, радиодиапазон),
также представляют
огромный интерес
для ученых. К ним
относятся обычные галактики,
карликовые, неправильные
галактики
и квазары, излучающие
гигантский поток энергии
в этом диапазоне (главным
образом нетепловой
природы). Только в этой
области спектра можно
исследовать зоны звездообразования
в нашей
и других галактиках, то
есть плотные и маленькие
протопланетные комплексы,
в которых звезды
еще не вспыхнули
или очень слабо светятся,
закрытые пылевыми
облаками (звезды типа
Т Тельца; Земля и Вселенная,
2018, № 1). Облака
холодного
газа
с
температурой всего 10–
100 К могут светиться как
обычным тепловым (чернотельным)
излучением
Планка, так и мазерным,
с необычайно узкими
спектральными линиями
в ИК- или радиодиапазонах
(с шириной линий
вплоть до нескольких
5
Стр.3