В марте грузовой корабль «Прогресс МС-33» доставил на МКС уникальный радиотелескоп. Российские учёные впервые в мире будут изучать Солнце в терагерцевом диапазоне. Они надеются, что это поможет заранее прогнозировать солнечные вспышки. Радиотелескоп для космического эксперимента «Солнце-Террагерц» разработан Физическим институтом им. П.Н. Лебедева РАН. Во время ближайшего выхода за борт станции космонавты установят аппаратуру на поверхности МКС.
Активность Солнца часто сопровождается вспышками и выбросами в космос заряженной плазмы. До орбиты Земли плазменное облако «идёт» от нескольких десятков часов до нескольких суток, а потоки мчащих со скоростью, близкой к световой заряженных частиц могут появиться у Земли в течение 15-30 минут после вспышки. Магнитное поле планеты спасает жизнь на её поверхности, но возмущения в нём не проходят бесследно для техники. Даже телеграф, очень грубое по современным меркам средство связи, перестал работать в середине XIX века из-за крайне мощной солнечной активности. Повторения так называемого события Каррингтона учёные боятся до сих пор. Ведь даже более слабые вспышки и вызванные ими геомагнитные колебания способны выводить из строя спутники, трансформаторы, линии электропередачи и системы связи.
Сегодня в периоды мощной солнечной активности у компаний, владеющих спутниковыми коммуникациями, есть буквально несколько дней, чтобы принять оперативные защитные меры - условно перевести спутники в «безопасный режим».
Частота электромагнитных волн измеряется в герцах. 1 Герц буквально означает, что процесс совершает одно повторение или одно колебание в секунду. Для сравнения: радиоволны могут колебаться от тысяч до миллиардов раз в секунду и часто измеряются в килогерцах, мегагерцах или гигагерцах. Ну а приставка «тера» обозначает 10 в 12-й степени.
Терагерцевое излучение - это электромагнитные волны с частотами примерно от 0,1 до 10 террагерц. Они находятся между инфракрасным и микроволновым диапазонами. Долгое время эта область спектра оставалась «белым пятном» в науке, так как не существовало достаточно чувствительных детекторов для регистрации столь слабых сигналов, а также атмосфера Земли практически полностью поглощает терагерцевое излучение, делая наземные наблюдения невозможными.
Именно поэтому эксперимент проводится на орбите, где атмосфера не создаёт помех. Во время ближайшего выхода в открытый космос экипажу предстоит установить радиотелескоп на поверхности Служебного модуля «Звезда». Там прибор приступит к работе, которая может изменить наше представление о природе Солнца.
Цель эксперимента - разглядеть конкретные процессы в атмосфере звезды. Терагерцевое излучение рождается при движении так называемых быстрых релятивистских электронов в магнитном поле Солнца. С точки зрения человека все электроны достаточно быстрые, но здесь мы имеем в виду частицы, движущиеся со скоростями, сравнимыми со скоростью света.
Важным моментом является то, что терагерцевое излучение можно наблюдать на самых ранних стадиях вспышки, наряду с высокоэнергетическим излучением. Это не значит буквально, что, опираясь только на этот факт, мы сможем видеть вспышки чуть раньше. Скорее, появится шанс лучше понять, как они происходят и, следовательно, — прогнозировать.
По итогам исследования будут уточнены существующие модели солнечной активности, улучшены прогнозы космической погоды, а также данные станут применять к далёким звёздам, используя модели, отработанные на Солнце.
Телескоп рассчитан на гораздо более жёсткие условия, чем наземные приборы. Создание аппаратуры «Солнце-Терагерц» заняло несколько лет от первоначального технического задания до готового лётного образца. За это время аппаратура прошла полный цикл испытаний: её подвергали вибрациям, перегрузкам до 10g, термовакуумным тестам, имитирующим экстремальные температурные условия открытого космоса.
Сердце телескопа - ячейка Голея, детектор, способный регистрировать слабые потоки излучения (тепловой природы). Аппаратура состоит из восьми модулей, каждый из которых оснащён собственным фильтром. Это позволяет одновременно «видеть» Солнце в восьми различных «оттенках» терагерцевого спектра и затем уже собирать полную картину излучения.
После установки в открытом космосе, на поверхности МКС, прибор будет направлен от Земли и ориентирован на Солнце. Его разместят на специальной платформе с автоматизированным управлением. На освещённой стороне орбиты планируется измерять солнечное излучение, в тени — регистрировать фоновый уровень излучения.
Прибор автоматически включается и работает непрерывно. Его оптика выполняет интегральные измерения всего солнечного диска, при этом ключевое значение имеет изменение сигнала относительно спокойного Солнца. Благодаря этому данные можно корректировать с учётом фонового уровня излучения, что позволяет надёжно фиксировать вспышки и активные события. Единственные периоды, когда необходимо отключать прибор - это процесс стыковки кораблей к станции, чтобы защитить тонкую оптику. Эксперимент «Солнце‑Терагерц» рассчитан на два-три года и, в первую очередь, послужит проверке гипотез о солнечных вспышках в терагерцевом диапазоне. Полученные данные помогут учёным лучше понять процессы на Солнце, а в будущем такие наблюдения могут стать основой для регулярного мониторинга солнечной активности».
Помимо мониторинга солнечной активности на орбите, данные о терагерцевом излучении могут пригодиться и непосредственно на Земле. Например, для разработки систем связи даже в медицине. В отличие от рентгена, это неионизирующее излучение и при низких уровнях мощности считается безопасным для человека. Благодаря вниманию учёных к деталям, фундаментальная наука часто приносит самые неожиданные, позитивные результаты для качества нашей жизни.
#космос #международная_космическая_станция #космические_исследования #наука #космические_полеты #астронавт #космический_корабль #космические_эксперименты