Наука и Техника.ЧАНДРА Наука и Техника

Какво представлява "Чандра"? - най-голямата и най-сложната от всички създадени до сега обсерватории, които работят с рентгенови лъчи. Способна е да "види": - останките от супернови звезди, - черни дупки и квазари, - източници на рентгенови лъчи на разстояние милиарди светлинни години, - неизвестни галактични купове, - тайнствената "тъмна материя", която се смята, че представлява близо 90% от масата на Вселената, - недостижими досега дълбини на Вселената. Образите, получавани от "Чандра", са десетки пъти по-контрастни от тези на досега съществуващите рентгенови телескопи. Фокусиращата сила на "Чандра" е равна на способността да се прочете заглавие на статия във вестник от разстояние 1км. Малко история. Първоначално се предвиждало обсерваторията да бъде изведена на ниска околоземна орбита, като телескопа "Хъбъл", и да бъде технически обслужвана от екипажите на космическата совалка. В края на 80-те години били създадени необходимите за нея огледала и технологии. Проектът възлизал на 3 млрд. долара. Но през 1992г. проектът е променен - отпада техническото обслужване от совалките. През 1995 и 1996г. са изработени огледалата за обсерваторията. Те са полирани до съвършенство и са със специално покритие. През 1997г. са изпробвани и калибровани в центъра за космически полети "Маршал" в Хънтсвил, Алабама. По същото време се подготвя и открива центърът за управление на обсерваторията "Чандра" в Смитсоновата астрофизична обсерватория край Кеймбридж, Масачузетс. През 1998г. е завършен монтажът на целия комплекс на обсерваторията в Калифорния и са проведени изпитанията й. Тогава е и наречена в чест на покойния американски Нобелов лауреат от индийски произход, един от най-изтъкнатите астрофизици на ХХ-ти век - Субрахманян Чандрасекир. "Чандра" на санскритски език означава "луна" или "лъчезарен". От началото на 1999г. обсерваторията е в космическия център "Кенеди" на нос Канаверал във Флорида, т.е. половин година по-късно от предвиденото за Август 1998г. извеждане в орбита. През Април 1999г. НАСА обявява ново отлагане, след като миниракетата, която трябва да отдели от совалката обсерваторията и да я изведе на междинна орбита, дава дефект при извеждането на военен шпионски спътник за 250 млн. долара, оставяйки го неизползваем на безполезна орбита. В края на Юли 1999г., струващата 2 млрд. долара обсерватория е изведена в орбита от 5-членния екипаж на космическата совалка "Колумбия" под командването на полковника от военновъздушните сили сили на САЩ - г-жа Айлийн Колинс. Обсерваторията е съставена от три главни части: космически кораб, телескоп и апаратен модул. Космическият кораб съдържа бордови компютри, антени за връзка и записващи устройства, с които да приема и предава информация между центъра за управление на Земята и обсерваторията в космоса. Компютрите и датчиците на борда, които се командват от Земята, управляват обсерваторията и извършват постоянен автоматичен контрол на състоянието на системите й, проектирани да работят безотказно поне 5 години. По конкретно: - проверяват позицията на обсерваторията по време на полета й; - проверяват работата на датчиците за температурата, електрозахранването и т.н.; - приемат и обработват командите за работа на обсерваторията, изпратени от наземния команден център; - съхраняват информацията получена от научната апаратура и я преобразуват във вид, годен за изпращане до командния център на Земята. Корабът притежава и ракетни двигатели, с които се придвижва в космоса и насочва цялата обсерватория. Прикрепен е фото сензор, който управлява системата която предпазва обсерваторията от силна слънчева светлина. Шест панела слънчеви батерии са разположени от двете страни на обсерваторията (по три от всяка страна), и я снабдяват с 2350 W електрическа мощност, като зареждат три Ni-H батерии, осигуряващи енергийния й баланс. Телескопът е сложна система от апаратури, чието сърце представлява комплект специални цилиндрични огледала с висока разрешаваща способност (рентгеновите лъчи проникват през обикновените огледала). Два комплекта по 4бр. поставени едно в друго цилиндрични огледала (едните с параболоидна, а другите с хиперболоидна повърхност) фокусират върху инструменталната секция достигащите до тях почти паралелни рентгенови лъчи. Повърхността им е така добре полирана, че ако повърхността на земята се изравни до такава степен - най-високият й връх (Еверест - 8848 м.) би бил 30 см. над морското равнище. Цялото тяло на телескопа е покрито отвън с многопластов изолационен материал, благодарение на който отоплителната система поддържа постоянна температура вътре в обсерваторията. Това се налага, защото огледалата не бива да се подлагат и на минимално свиване или разширение, за да се осигури точността на наблюденията. Телескопът може да наблюдава отделни обекти, отстоящи на разстояние едва половин дъгова секунда - това е равностойно на прочитането на буквите върху знака "стоп" от разстояние 15 км. Чрез комбинацията от голяма огледална секция, прецизно фокусиране и чувствителни детектори на рентгенови лъчи - обсерваторията "Чандра" има 8 пъти по-голяма разрешаваща способност и е 50 пъти по-чувствителна от най-добрия правен досега рентгенов телескоп. Насочването на телескопа "Чандра" е толкова точно, че от 1 км. би могъл да намери стъклената главичка на топлийка с диаметър 3 мм. За насочването му към обектите в космоса се използват жироскопи и чувствителни камери, сочещи към "познати" звезди, благодарение на което във всеки момент се знае накъде "гледа" телескопа. Апаратната секция на обсерваторията съдържа два апарата, разположени близо до края на телескопа, които приемат рентгеновите лъчи насочени от огледалата т.е. камера за получавани на изображението и спектрометър. Камерата с висока разделителна дпособност записва получените рентгенови изображения, които изпратени на Земята, ще дадат на учените възможност да наблюдават бурни събития във Вселената, съпровождани от изключително високи температури: умирането на звезди, раждането на супернова, сблъсък между галактики. Т.е. това, което работещият в диапазона на видимата и ултравиолетовата светлина телескоп "Хъбъл" не е в състояние да наблюдава. Камерата е съставена от два агрегата по 69 млн. тръбички от оловно стъкло, дълги 1,3 мм, и с дебелина около 1/8 от дебелината на човешкия косъм. Спектрометърът може да запише не само положението, но и цвета (енергиятя) на рентгеновите лъчи. Той може да различи до 50 различни енергийни нива в рамките на обхвата на обсерваторията. Между телескопа и улавящата апаратура са поставени 2 решетки, които променят траекторията на рентгеновите лъчи според енергията им: едната отклонява високите и средни енергиини нива, използвайки спектрометъра като детектор, а другата отклонява нискоенергиините лъчи и се използва заедно с камерата. Управлението от наземния център позволява на астрономите да избират коя решетка да използват. Изучавайки получените рентгенови спектри, учените разпознават сигнатурите на познатите на Земята химически елементи, т.е. могат да определят състава на обектите, излъчващи в рентгеновиа диапазон и да разгадаят как са генерирани те. Двустепенната миниракета (UIS - Inertial Upper Stage) с твърдо гориво служи за извеждане на обсерваторията на междинна елиптична орбита. Космическата совалка "Колумбия" изведе обсерваторията на ниска околоземна орбита 7 часа след старта, след като постепенно я беше изправила в товарния си отсек под ъгъл 58О. Един час след отделянето от совалката, когато тя беше вече на достатъчна дистанция, моторите на първата степен на миниракетата заработиха за около 2 минути и след още 2 минути полет из Космоса първата степен се отдели, после моторите на втората степен заработиха за още около 2 минути. Тази процедура изведе обсерваторията на междинна елиптична орбита с най-голямо отдалечение (перихелии) 60 000 км. и най-голямо приближение до Земята (афелии) 280 км. Отдели се и втората степен на IUS, после се разгънаха слънчевите панели, осигуряващи 2350 W електрическа мощност за захранване на системите на обсерваторията. Окончателната си силно елиптична орбита с перихелии 140 000 км. и афелии 10 000 км. обсерваторията достигна 10 дни по-късно, след 5 краткотрайни запалвания на моторите на нейния космически кораб. След още два месеца подготовка (вентилация за премахване на газове и пари, акумулирани при наземния монтаж, проверка на апаратурата и фокусиране на телескопа) обсерваторията започна своята 5-годишна научна мисия. Много скоро след това бе получено изображение на останките от избухването на супернова, станало през годините на средновековието. "Чандра" обикаля около Земята за 64 часа и достига почти 1/3 от разстоянието до Луната. Нейната силно елиптична орбита й позволява да прави непрекъснато в продължение на 55 часа наблюдения извън радиационните пояси, които съществуват в близост до Земята. Радиацията, която е вредна за живота на Земята, може също така да извади от строя силно чувствителните апарати на обсерваторията. За да се предотврати влияние или повреда на апаратите, когато "Чандра" пресича радиационните пояси на Земята, тя се затваря и наблюдения не се правят. Дейността на орбиталната обсерватория "Чандра" се ръководи от наземен център, изграден в Смитсъновата астрофизична обсерватория, намираща се в студентския център на Харвардския уневерситет край Кеймбридж в щата Масачузетс. Командите за изпълнението на научния план на обсерваторията се предават на една от трите наземни комуникационни станции (в Испания, Австралия или Калифорния), образуващи изградената от НАСА мрежа за връзка с далечния космос. Връзката с обсерваторията се осъществява три пъти дневно за получаване на данните от проведените наблюдения и от извършените проверки на изправността на системите. През първата година ще бъдат наблюдавани около 400 обекта от Вселената, недостижими за другите телескопи. Много космически обекти не могат да бъдат наблюдавани и с най-силните оптически телескопи, които улавят само видимата светлина (космическият телескоп "Хъбъл" улавя и ултравиолетовата). Студените облаци от космически прах и газ могат да бъдат видяни с телескопи за инфрачервени лъчи или чрез радиовълни. Изключително горещи обекти във Вселената, с температури от десетки и стотици милиони градуси, могат да бъдат наблюдавани само с рентгенов телескоп. Рентгеновите лъчи се произвеждат, когато избухне супернова или когато материята е нагрята до много висока температура (милиони градуси) - около черна дупка или неутронна звезда (пулсар). Най-големите космически източници на рентгенови лъчи са обширните облаци от горещ газ в галактичните купове. Един такъв облак има достатъчно материал за образуването на няколкостотин трилиона звезди. Тъй като рентгеновите лъчи се абсорбират от земната атмосфера, изучаването на техните източници може да стане само с космическа обсерватория. Улавяйки без изкривявания и загуби тези невидими лъчи, орбиталният рентгенов телескоп получава изображения, които ще позволят на учените да разгадаят едни от най-големите загадки на Вселената. Чрез него те ще научат повече за черните дупки, за квазарите по крайщата на видимата (която може да бъде наблюдавана с оптически телескоп) Вселена и дори за кометите в нашата собствена Слънчева система. Те очаквот най-сетне да открият мистериозната липсваща маса във Вселената (около 90%) - тъй наречената "тъмна материя", която трябва да съществува, но е невидима. "Чандра" ще помогне за по-доброто разбиране на условията, при които се образуват планети и които пораждат живот. Наблюденията на свръхярки млади звезди ще даде на учените по-добра представа за това, какви са били условията на Земята преди милиарди години, когато Слънцето е било младо. Свръхярките звезди светят хиляди пъти по-силно от най-яркото светене на Слънцето, наблюдавано някога от хората. Земята е съставена главно от тежки елементи като Въглерод, Азот, Кислород, Силиций и Желязо. Тези елементи (повечето откоито са необходими за живота) се раждат в недрата на масивните звезди и евентуално биват разпръснати из Космоса, когато много плътна звезда (неутронна) претърпява катастрофална експлозия и се превръща в супернова. Обвивката от материя, изхвърлена от суперновата, създава около нея облак от газ с температура от много милиони градуси, наречен "остатък от супернова", който се разширява и излъчва рентгенови лъчи в продължение на хиляди години. Телескопът "Чандра" може да улови динамиката на разширението на този "остатък". Когато в свръхгорещия газ има тежки елементи, те произвеждат рентгенови лъчи със специфични енергии. Детекторите на обсерваторията измерват много точно енергиите на тези лъчи и могат да кажат какви и в какво количество са тежките елементи там. Получават се един вид "цветни" изображения, с които може да се проверят хипотезите за източниците на тежките елементи, необходими за образуването на планети, подобни на Земята, и за създаването на живот върху тях. Някои от най-интензивните източници на рентгенови лъчи във Вселената са завихрени участъци от прегорещен газ, привлечени от черни дупки. Тъй като чудовищната гравитация на черната дупка привлича към себе си частиците от космически газ и прах, тези частици се ускоряват и образуват бързовъртящ се плосък диск. Сблъсъците между тях предизвикват вътрешно триене в диска. Частиците се нагряват до милиони градуси и произвеждат рентгенови лъчи. Чрез много точно измерване енергиите на отделените рентгенови лъчи обсерваторията "Чандра" може да измери движението на частиците в близост до предполагаемия хоризонт на черната дупка. По такъв начин ще може да се проверят хипотезите за гравитационното поле на черните дупки. Астрофизиците предполагат, че свръхмасивните черни дупки биха могли да обяснят мощните мистериозни обекти, наречени квазари. Те имат размер по-малък от една милионна част от този на галактиките, но за една секунда излъчват енергия колкото хиляда нормални галактики. Тъй като материята, разположена най-близко до предполагаемия хоризонт на една черна дупка, излъчва по-голямата част от енергията си под формата на рентгенови и гама лъчи, "Чандра" може да предостави невероятен поглед към "кухнята" на тези бурни космически вихри. Едно от най-любопитните качества на свръхмасивните черни дупки е, че те не всмукват всичката материя, която попада в техния обсег на влияние. Част от материята неумолимо пропада в черната дупка, но друга част се изхвърля експлозивно далеч от нея под формата на високоскоростни струи, движещи се със скорост, почти равна на тази на светлината (300 хил. км/сек). "Чандра" може да даде нов поглед към тези загадъчни космически струи. Повече от половината от двата милиарда галактики във Вселената са струпани в групи или в по-големи структури, наречени галактични купове. Наблюдения с рентгенови телескопи са показали, че повечето галактични купове са изпълнени с газ, прегрят до много висока температура. Масата на този газ е по-голяма от сборната маса на всички звезди от галактичен куп с хиляда галактики. Галактичните купове са най-големите и масивни гравитационно свързани обекти във Вселената. Горещият газ от типичен галактичен куп, произвеждащ рентгенови лъчи, представлява голяма загадка за астрономите. След време този изключително горещ газ би трябвало да се изплъзне от купа, тъй като галактиките нямат достатъчно гравитация, за да го задържат вътре. Обаче газ има в купове от всякаква възраст, затова учените допускат, че някаква невидима форма на материята, наречена "тъмна материя", създава необходимата гравитация за задържането на газа в галактичния куп. Необходимо е огромно количество "тъмна материя" - близо 10 пъти повече от наблюдаваната в горещия газ и галактиките, - за да се създаде такава гравитация. А това означава че около 90% от всичката материя във Вселената е невидима "тъмна материя". "Тъмната материя" може да е съставена от мъртви звезди, планетоподобни обекти, черни дупки или странни (екзотични) субатомни частици, които не произвеждат светлина и могат да бъдат открити само по тяхната гравитация. Детайлни измервания на размера и температурата на облаците от горещ газ в галактичните купове с помощта на обсерваторията "Чандра" биха помогнали за разрешаване на загадката на "тъмната материя". Комбинирани с наблюдения от микровълнови телескопи, изображенията получени от "Чандра", могат да се използват за измерване на разстоянията до галактичните купове. Това би дало на астрономите независимо измерване на размера и възрастта на Вселената, което да се сравни с измерванията от оптическите телескопи. Гигантските галактични купове са образувани чрез сливането на по-малки галактични групи и купове в течение на милиарди години. Изображенията получени от рентгеновия телескоп "Чандра", ще покажат ударните вълни, произведени при тези грандиозни енергиини сблъсъци. Оценките за това, кога са се формирали тези галактични купове, се различават много, в зависимост от приетата хипотеза. Ако "Чандра" открие масивни галактични купове на огромни разстояния, това би било предизвикателство към теориите за произхода и еволюцията на Вселената.

Напускане на совалката.	Чандра.	Черна дупка

Виделин М. Молдовански

email:[email protected]

Очаквам вашите мнения и коментари!

начало | албум | връзки | чандра | хъбъл | тунгуска | разкази | съвети