Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени: от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной

Освоение космоса человеком открыло новую страницу в исследовании Вселенной. Во-первых, появилась возможность наблюдения в диапазонах, для которых земная атмосфера непрозрачна. Во-вторых, стало реальным непосредственно изучать тела Солнечной системы и условия в ней с помощью космических аппаратов, а иногда даже возвращать на Землю образцы для более детального анализа в лабораториях. Пилотируемая космонавтика также внесла свой вклад в космические исследования: это и ремонт космического телескопа Hubble, и исследования Луны, и создание больших долгосрочных космических станций с хорошим энергообеспечением и относительно низкой стоимостью вывода аппаратуры на орбиту, и исследования Земли из космоса. Кроме прикладных задач в ходе такой работы решаются и фундаментальные (в том числе имеющие отношение к астрофизике).

14.1. Наблюдения из космоса. Космические телескопы

Есть несколько важных причин, делающих необходимыми астрономические наблюдения из космоса, несмотря на их высокую стоимость и связанные с этим риски. Первая состоит в том, что земная атмосфера непрозрачна для жесткой коротковолновой части спектра (гамма-лучи, рентгеновское излучение и жесткий ультрафиолет), а также для части инфракрасного и микроволнового диапазонов. Кстати, сюда же можно отнести наблюдения космических лучей из космоса, от которых до поверхности доходят лишь или вторичные частицы, или излучение широких атмосферных ливней. Вторая причина связана с тем, что земная атмосфера «портит картинку» (даже в той части спектра, для которой она прозрачна): за счет атмосферной турбулентности изображение «дрожит» (что не позволяет добиться высокого углового разрешения) и «мерцает» (что ограничивает точность фотометрических измерений). Наконец, третья причина связана с созданием установок, для которых на Земле просто недостаточно места: это могут быть радиоинтерферометры с очень большой базой («Радиоастрон») или гравитационно-волновые детекторы, предназначенные для регистрации волн большой длины (eLISA).

Наблюдения в некоторых диапазонах спектра возможны только за пределами атмосферы.

Формально эра астрономических наблюдений из космоса началась 5 августа 1948 г., когда на трофейной ракете V-2 был запущен рентгеновский детектор, зафиксировавший излучение Солнца. С помощью детекторов на ракетах было сделано еще несколько важных открытий, включая обнаружение источника Скорпион Х-1 (Sco X-1) – двойной системы с аккрецирующей нейтронной звездой. Однако поток научных результатов резко возрос с появлением астрономических спутников, позволяющих проводить длительные многократные наблюдения.

Уже в апреле 1961 г. на борту спутника Explorer 11 был запущен первый гамма-телескоп. Более серьезный инструмент, работающий в самом жестком диапазоне спектра, был выведен на орбиту в 1967 г. на спутнике OSO-3 (Orbiting Solar Observatory, Орбитальная солнечная обсерватория), и с его помощью удалось идентифицировать первые индивидуальные гамма-источники. Кроме того, рентгеновский детектор на его борту стал первым рентгеновским телескопом, установленным на спутнике, и с помощью этого инструмента впервые удалось наблюдать излучение источника Sco X-1 в течение достаточно долгого времени. Следующим большим шагом вперед в космической гамма-астрономии стал спутник Cos-B, который был разработан Европейским космическим агентством и запущен в 1975 г.

Внеатмосферные наблюдения позволяют получать более высокое качество оптических изображений.

Среди множества гамма-спутников второй половины XX в. выделяется гамма-обсерватория Compton Gamma Ray Observatory, CGRO («Комптон»), выведенная на орбиту в 1991 г. При массе в 17 т это самый тяжелый астрофизический спутник в истории, и этот рекорд, по всей видимости, продержится очень долго.

Рентгеновские наблюдения позволили открыть аккрецирующие нейтронные звезды и черные дыры.