Hace dos años, se completó en el espacio el satélite ruso “Spektr-R”, base del proyecto astrofísico “RadioAstron”. Ahora ha sido reemplazado por el telescopio espacial Spektr-RG, y se están desarrollando dos observatorios más, Spektr-UF y Millimetron. Veamos por qué Roscosmos y la Academia de Ciencias de Rusia están creando estos telescopios y cómo está progresando su implementación.
Comencemos de lejos para comprender por qué los telescopios ordinarios en la Tierra no son suficientes para los astrónomos.
▍ ¿Qué es la astronomía multiespectral?
Como en la antigüedad, hoy en día el método principal para que una persona adquiera conocimientos sobre el Universo circundante es observar las oscilaciones del campo electromagnético o la radiación electromagnética. Al principio, una persona simplemente estudió el espacio circundante con un medio natural único: con sus ojos. Pero nuestros ojos ven un rango muy estrecho de longitudes de onda de ondas electromagnéticas, en el rango en el que nuestro Sol irradia más brillante y la atmósfera de la Tierra transmite mejor: visible.
La ciencia también ha hecho posible que las personas miren a su alrededor en otros rangos. Dependiendo de la longitud de onda, llamamos oscilaciones electromagnéticas de manera diferente. Las ondas largas, de kilómetros a centímetros, son "radio". Por ejemplo, una onda de radio FM tiene aproximadamente 3 metros de largo, la comunicación celular es de 16 cm, los hornos de microondas son de 12 cm y la red experimental 5G en Skolkovo es de 6 cm.
Si la longitud de onda se acorta menos de un centímetro y es milímetros o sus fracciones, esto ya es un rango de radiación milimétrica. Es un estado de transición entre la radio y la luz. Si acortamos aún más las ondas, obtenemos radiación "térmica" infrarroja, luego luz visible, luego ultravioleta, rayos X y la radiación más dura y energética: la gamma. Todo esto se denomina "espectro de radiación electromagnética". Probablemente todos en las aulas de física tenían los siguientes gráficos:
Muestran claramente cuán poca información real sobre este mundo es percibida por nuestros ojos: solo siete colores, que vemos como un arco iris. Todo lo demás, incluso sin ciencia, está en tinieblas.
Las ondas electromagnéticas se crean en los procesos asociados con la liberación y transferencia de energía, y desde el espacio distante, solo lo que fue arrojado por algunos eventos a gran escala llega a la Tierra: explosiones de supernovas, discos de acreción de agujeros negros, el efecto de los cósmicos. radiación sobre gas y polvo ... Y cada evento corresponde a su firma espectral. La radiación de una estrella depende de su temperatura y composición, por ejemplo, el Sol tiene un brillo máximo en el rango de la luz visible, y en el rango gamma es casi "negro". Las estrellas jóvenes son azules, las estrellas viejas son rojas. Los cuásares distantes brillan en casi todo el espectro.
Lo que percibimos con nuestros ojos como colores son simplemente vibraciones electromagnéticas de diferentes longitudes de onda, por ejemplo, la longitud de onda de la luz roja es de 650 nanómetros y la azul es de 450 nanómetros. Con el mismo principio, los científicos crean imágenes en color a partir de imágenes en esos rangos de radiación en los que nuestros ojos no pueden ver en absoluto, por ejemplo, en radiación infrarroja o ultravioleta, o incluso en rayos X.
radiación que llega a la Tierra no siempre coincide directamente con la que salió de la fuente. La diferencia depende de la velocidad de la fuente en relación con el receptor, la distancia y las propiedades del medio entre ellos. Y solo teniendo en cuenta todo el complejo de factores, es posible extraer una gran cantidad de datos sobre el espacio cercano y lejano: estudiar la estructura, movimiento y evolución de las estrellas, encontrar exoplanetas.y agujeros negros, observar procesos en núcleos galácticos, medir distancias en escalas galácticas y galácticas, estudiar las propiedades del espacio intergaláctico e interestelar, observar el pasado de las galaxias durante miles de millones de años ... En última instancia, es mejor comprender el Universo en que vivimos. Por eso necesitamos "ojos" multiespectrales. (Recomiendo encarecidamente el libro sobre este tema "Astronomía multicanal" ).
▍ ¿Por qué lanzar telescopios al espacio?
En el espacio interestelar, las ondas electromagnéticas sobreviven a los efectos de las ondas gravitacionales, el plasma interestelar, el gas y el polvo, pero el mayor obstáculo para la Tierra es nuestra atmósfera. Su densidad es comparable a diez metros de agua, por lo que no le tememos a la radiación cósmica, pero los astrónomos están interesados en ella. Incluso si mira las estrellas desde la Tierra a través de un pequeño telescopio, puede ver el efecto de dispersión del aire, y para algunas ondas electromagnéticas (UV fuerte, rayos X, gamma) el aire es generalmente opaco.
Para reducir el impacto de la atmósfera, los astrónomos intentan escalar las montañas lo más alto posible para reducir la capa de aire. Además, tienes que esconderte de la civilización, que levanta polvo, brilla en el cielo con reflectores, hace ruido en el rango de radio y ahora todavía cubre el cielo con cientos de "estrellas" artificiales: satélites.
Por lo tanto, solo la astronáutica proporciona el mejor entorno para estudiar las propiedades del Universo observable: el espacio en todos los rangos disponibles.
▍ "Espectros"
Los científicos de la Unión Soviética en los años 80 del siglo pasado planearon un programa astrofísico a gran escala "Spectrum", que implicó el lanzamiento de toda una serie de telescopios espaciales pesados. La observación se planificó en los rangos radio, milimétrico, infrarrojo, ultravioleta, rayos X y gamma. En consecuencia, los telescopios recibieron letras: R, M, IR, UV, RG. Desafortunadamente, las prioridades de la cosmonáutica soviética en la década de 1980 eran una carrera con Estados Unidos: Mir, estaciones Energia-Buran, una cantidad increíble de satélites espías ... La URSS lanzó dos cohetes por semana, pero no para la ciencia. Solo se lanzaron un par de telescopios en la década de 1980: Astron y Garnet, pero Spectra permaneció solo en los sueños de nuestros astrónomos.
Luego se derrumbó la Unión Soviética, llegaron los "apuestos noventa", en los que todo el mundo valoraba lo mejor que podía. Por ejemplo, especialistas del Centro Astrofísico del Instituto de Física Lebedev ensamblaron un prototipo del telescopio KRT-10 en Pushchino y comenzaron las pruebas en tierra.
Técnicamente, era RT-10, ya que "K" significa "espacio", y el prototipo basado en tierra no voló al espacio. Pero el trabajo fue recompensado. Astrofísicos, físicos e ingenieros lograron crear y lanzar en 2011 el primero de los "Spectra" - "R", es decir. "radio".
Su lanzamiento abrió el programa internacional de investigación por el método de radiointerferometría con una línea de base muy larga - " RadioAstron" . La principal ventaja de este método es la capacidad de observar las fuentes de radio más brillantes del Universo visible con una resolución angular sin precedentes. Siete años y medio de investigación han arrojado resultados en estudios de cuásares, púlsares, el medio interestelar e intergaláctico.
En mi opinión, la principal singularidad de RadioAstron fue que básicamente voló a pesar de las circunstancias en las que se creó en los años 90 y 2000. El papel más importante en este logro lo jugó Nikolai Kardashev , quien en los años 50 fue coautor del trabajo que fundamentó teóricamente la creación de radiotelescopios-interferómetros gigantes, y en las últimas décadas de su vida puso toda su autoridad en el lanzamiento de RadioAstron. La tecnología VLBI desarrollada con la participación de Kardashev ha ampliado significativamente las capacidades de los radiotelescopios combinándolos en matrices de interferómetros. Ahora muchas antenas podrían funcionar como una grande.
Además, se pueden combinar no solo directamente, sino también de forma remota, es decir, para crear radiotelescopios-interferómetros con un diámetro de 12 mil kilómetros. Esto no es un error tipográfico, todo es correcto: un radiotelescopio con un tamaño de 12 mil km. VLBI te permite combinar antenas ubicadas en toda la Tierra, lo que significa que solo su diámetro es el límite.
El espacio "RadioAstron" permitió aumentar el tamaño del interferómetro de radio a 340 mil km, y Kardashev fue testigo de su exitoso trabajo. Posteriormente, la misma tecnología, ya aplicada por científicos europeos y estadounidenses, dio una "fotografía de la sombra de un agujero negro".
Otros "Spektras" también avanzaron, por ejemplo, un espejo de 1,7 metros para un telescopio ultravioleta ya se fabricó en la planta de vidrio óptico de Lytkarinsky, y su tubo gigante, del tamaño de un autobús, ha estado esperando en las alas durante varios años en NPO im. S.A. Lavochkin. Es cierto que hubo problemas con la financiación y las sanciones de la electrónica, pero, al parecer, se podrían solucionar .
La radiografía "Spectrum-RG" , después de numerosos retrasos y problemas, voló en 2019 y ahora agrada a la ciencia mundial. Este también es un telescopio con un destino difícil , que requiere una historia separada. Las dificultades en su creación llevaron a la pérdida de "G" de su programa científico, es decir. observa solo en rayos X, y no está destinado al rango gamma, pero decidieron no cambiar el nombre, para no obtener el segundo "Spectrum-R".
A diferencia de RadioAstron, un telescopio de rayos X no observa fuentes de radiación individuales, sino que mapea todo el cielo visible.
Spectr-RG también es un proyecto internacional, pero si la participación extranjera de RadioAstron consistió en apoyo terrestre, entonces dos telescopios están observando en rayos X: uno ruso y uno alemán. Por cada seis meses de operación del Spectra-RG, se compila un mapa completo del cielo, y cuanto más se hacen las observaciones, más "penetración" lograrán los telescopios y se mapearán más fuentes de rayos X.
Definitivamente hablaremos de Spectr-RG por separado. Nos queda mencionar el "Spectrum" más difícil y más "largo": "Millimetron". Su desarrollo hoy lo ocupan los creadores de "RadiAstron", a quienes ayuda la experiencia adquirida en el proyecto anterior.
El rango milimétrico no es menos importante para estudiar el espacio, ya que en él brillan nubes de polvo interestelar y otros objetos fríos. La conveniencia del rango de longitud de onda milimétrica también radica en el hecho de que puede observar a través del telescopio tanto de forma independiente como utilizando tecnología VLBI. Hasta el momento, las observaciones en el rango milimétrico se realizan desde la Tierra desde regiones de gran altitud, por ejemplo, en los Andes chilenos, se ubica un conjunto de telescopios milimétricos ALMA.
Si lanzamos Millimetron, entonces junto con ALMA podrá aumentar el detalle de las observaciones en órdenes de magnitud. Con él o por separado, puede examinar con mucha más precisión la vecindad de los agujeros negros y determinar si hay "agujeros de gusano" entre ellos; medir las distorsiones espectrales de la radiación de la reliquia y observar el pasado del Universo previamente inaccesible a la observación; determinar el contenido de moléculas orgánicas complejas en sistemas estelares vecinos, e incluso intentar encontrar esferas de Dyson, es decir, civilizaciones alienígenas más avanzadas y antiguas ... Cada una de estas áreas es un gran avance en el conocimiento sobre las propiedades del Universo, y los europeos, coreanos y chinos ya están listos para participar en la investigación, a pesar de la etapa bastante temprana de preparación del proyecto. Nuestra próxima historia será sobre cómo se está creando hoy "Millimetron".
