Космические аппараты на околоземных орбитах

Глава 5. Астрономические исследования с космических аппаратов

Млн световых лет

Включает 1.5 млн галактик на удалении до

Карта крупно-масштабной структуры

Отметим, что выполненная оценка количества обьектов Вселенной, доступными наблюдательными средствами имеет величину ~ 70 секстиллионов (70х1021); - это не более 2% регистрируемой массы Вселенной.

С наступлением «эпохи GAIA» ожидается резкое повышение точности астрометрических (позиционных) параметров (координаты (a,d), собственные движения µ и параллакс p) на 1-2 порядка. Миллиардный размер каталога небесных обьектов (»1% от количества звезд в Нашей галактике) позволит построить ее трехмерную модель.

Карта Млечного пути (Нашей Галактики),

цифровой атлас – 4 млн изображений звезд;

(2MASS - Two Micron All Sky Survey –

0.5 млрд звезд и галактик, до 19m, 2003)

ближайшей Вселенной,

Особенности и задачи астрономических наблюдений из космоса. Космические аппараты на околоземных орбитах и в солнечной системе. Телескоп Хаббла. Проект GAIA. Исследование космического мусора и астероидной опасности. Лунная база (задачи, условия работы, выбор места, структура и создание). Лунная обсерватория.

5.1 Особенности и задачи астрономических наблюдений из космоса

Астрономические наблюдения из космоса имеют ряд преимуществ перед наземными:

1. отсутствие влияния атмосферы: с 30¢ (наземные наблюдения) до 0.²001 (в космосе) - дифракционный диск звезды: a[ рад ] = 1.22´l/D,

где l - длина волны наблюдаемого диапазона, D - диаметр входного отверстия телескопа, антенны или базы интерферометра;

наблюдается большая часть энергии спектра излучения звезд - атмосфера пропускает лучи лишь в определенных окнах (видимое, радио); лишь в космосе достижима теоретическая разрешающая способность оптического (радио) телескопа, так как нет атмосферы с ее поглощением (экстинкция), дрожанием, рефракцией, атмосферной дисперсией;

2. нет влияния силы тяжести, а значит и отсутствуют гравитационные деформации телескопов;

3. почти все время суток доступно для наблюдений;

4. вся небесная сфера может быть измерена одним телескопом и много раз; на земле это невозможно;

Предметом астрономических исследований из космоса является изучение на более высоком точностном и количественном уровне пространственного расположения и движения небесных тел под действием сил гравитации и иной физической природы; создание систем координат и их изменений (координаты и собственные движения), расстояний до и между небесными обьектами (параллаксы); изучение структуры небесных тел и их систем для понимания процессов происхождения, формирования и эволюции.

Отметим наиболее важные научные направления космических исследований, имеющие общепланетарное значение и обещающие новые открытия:

1) Осваивается оптический и инфракрасный диапазон (гамма, рентген, ИК астрономия) посредством больших и сверхбольших телескопов на космических аппаратах - космический интерферометр GAIA, телескоп HST имеют или будут иметь экстремально большой обьем наблюденных данных. Например, обьем данных, полученных на космическом телескопе Хаббла HST за сутки составляет около 5 Гбайт;

2) Изучение тел солнечной системы: малые планеты, астероиды; спутники планет солнечной системы; койперовские обьекты; Кометно-астероидно-метеороидная опасность (АСЗ)

3) Всеволновая астрономия с Луны: ИК-астрономия, радиоастрономия, оптическая интерферометрия, РСДБ;

4) Каталогизация обьектов в околоземном космическом пространстве: действующие КА, космический мусор искусственной и естественной природы;

Развитие современной техники, в частности, космической, позволило реализовать в 1989-93гг

проект HIPPARCOS (HIgh Precision PARallax COllecting Satellite). Успех первого космического эксперимента в области позиционной астрономии привел к созданию в 1997 году двух каталогов: а) Hipparcos каталог (HC), включающий 118 тысяч звезд до 10-й величины и точностью положений около 0.²001 и б) Tycho каталог (TC), включающий один миллион звезд до 12-й величины и точностью положений около 0.²025. По сравнению с точностью наземных телескопов в существенно короткие сроки было достигнуто увеличение точности по пяти астрометрическим параметрам (координаты, собственные движения, параллаксы) примерно в 100 раз значительного количества звезд.

Новые космические проекты 21-го века направлены на достижение в позиционной астрономии уже микросекундного уровня точности (см. табл. 5.1).

Космический проект GAIA (Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) [https://astro.estec.esa.nl/GAIA/] обещает впечатляющие результаты: точность положений в каталоге должна быть повышена до 4 - 20 микросекунд для звезд до 16-20 величин, при количестве до 1.3 млрд звезд. Космический аппарат GAIA будет работать на орбите в Лагранжевой точке L2 на расстоянии 1.01 а.е. от Солнца в течение 5 лет и передавать данные наблюдений на Землю со скоростью 1 МБ\сек.

Оптическая схема и общий вид КА GAIA показан на рис. 5.1, состав КА на рис. 5.2, положение на орбите – рис. 5.3, задачи проекта представлены на рис. 5.4. Технические параметры и ожидаемые результаты приведены в Табл. 5.1

Табл. 5.1 Проекты космических интерферометров для астрофизики и позиционной астрономии (Рис.5.1, 5.2)

Название проекта	Технические данные: кол-во и размер базы, оптические параметры	ПЗС-приемник, Угловое поле	Число обьектов, научные задачи	Предельная звездная величина	Точность определения 5 астрометр. пара метров (a,d,m_a_,_d,p)	Начало проекта и период работы
SIM (NASA) Space Interferometry Mission	Переменная база (7), Длина до 10м, Апертура 0.5m	Камера высокого динамичес. диапазона (HLRC),»14^m.	10 000, избранные обьекты, астрометр. параметры (a,d,m_a_,_d,p)	До 20^m	±4mas до 12^m ±300mas до20^m	2012г.; 5 лет
GAIA (ESA) Global Astrometric Interferometer forAstrophysics	Базовый угол 106°, FOV [1,4x0,5m²], F=50m	Мозаика из 180 ПЗС матр. (2100х2600),сканир., FOV [0.6⁰]	1млрд звезд, определение астрометрич параметров, фотомет. в 6 полосах	16 - 20^m	4 - 20mas; ±4mas до 12^m ±10mas до15^m ±200mas до 20^m	2012г.; 5 лет