Сканировал и обработал Юрий Аболонко (Смоленск)
НОВОЕ В ЖИЗНИ, НАУКЕ, ТЕХНИКЕ
ПОДПИСНАЯ НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ СЕРИЯ
КОСМОНАВТИКА, АСТРОНОМИЯ
3/1990
Издается ежемесячно с 1971 г.
ББК 22.67
Ч 49
Редактор ВИРКО И. Г.
СОДЕРЖАНИЕ
| Предисловие | 3 |
| Вселенная – мир галактик | 4 |
| Галактическое вращение | 12 |
| Предыстория звездных систем | 21 |
| Взрывы и струны | 29 |
| Природа вращения галактик | 32 |
| Вместо заключения: приближение к истине, или анзац Зельдовича | 49 |
| Астрофизическая космическая обсерватория «Гранат» | 56 |
| СССР: международное сотрудничество в космосе (год 1989) | 59 |
Чернин А. Д.
| Ч 49 |
ISBN 5-07-001246-0
15 к.
Брошюра посвящена современному состоянию проблемы галактик – главных элементов структуры Вселенной. Рассказывается о строении галактик, их кинематике, динамике, обсуждаются гипотезы их происхождения. Основное внимание уделяется представлениям о природе галактического вращения.
Брошюра рассчитана на широкий круг читателей, интересующихся актуальными проблемами познания Вселенной.
1605060000ББК 22.67
ISBN 5-07-001246-0© Чернин А. Д., 1990 г.
АСТРОФИЗИЧЕСКАЯ КОСМИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ «ГРАНАТ»
1 декабря 1989 г. с космодрома Байконур с помощью ракеты-носителя «Протон» запущена в космос астрофизическая обсерватория «Гранат». Выведение ее на рабочую орбиту осуществлялось по двухимпульсной схеме. Сначала ракета-носитель обеспечила доставку космического аппарата на промежуточную орбиту искусственного спутника Земли с параметрами: максимальная высота – 2009 км, минимальная высота – 166 км. На первом витке этой орбиты были включены двигатели четвертой ступени (разгонного блока), и аппарат перешел на рабочую орбиту с высотой в апогее 200 тыс. км и в перигее 2000 км.
Научная аппаратура обсерватории «Гранат» разрабатывалась учеными и специалистами Советского Союза, Франции, Болгарии и Дании.
Конструкция и основные приборы обсерватории. Конструктивно космическая обсерватория «Гранат» состоит из орбитального модуля и комплекса научной аппаратуры. Основой орбитального модуля является связка из последовательно расположенных приборного отсека и опорного цилиндра, соединенных между собой конической проставкой.
Приборный отсек герметичный. В нем размещены радиокомплекс, телеметрическая система, система автономного управления ориентацией и стабилизацией, система электропитания, элементы системы терморегулирования, блоки электроавтоматики. Снаружи на отсеке, на стороне аппарата, постоянно обращенной к Солнцу, расположен блок астродатчиков.
Источники электрической энергии – солнечные батареи с кремниевыми фотопреобразователями, состоящие из трех панелей. Две панели, каждая из которых имеет две складывающиеся секции, расположены симметрично относительно продольной оси аппарата на фермах, крепящихся к опорному цилиндру. До вывода обсерватории на рабочую орбиту они находятся в сложенном положении и раскрываются после отделения разгонного блока. Третья панель установлена неподвижно на опорном цилиндре. Общая площадь солнечных батарей 8 м2.
Устойчивая радиосвязь космического аппарата с Землей обеспечивается при любой его ориентации с помощью установленных на орбитальном модуле приемно-передающих антенн дециметрового и сантиметрового диапазонов.
Управление угловым положением КА при его ориентации и стабилизации в пространстве осуществляется газореактивными соплами, работающими на сжатом азоте. Сопла расположены на раскрывающихся панелях солнечных батарей и на приборном отсеке.
Снаружи космический аппарат покрыт многослойной экранно-вакуумной теплоизоляцией (за исключением окон оптических датчиков ориентации и рабочих поверхностей некоторых научных приборов).
Научная аппаратура размещается на орбитальном модуле. Функционально весь комплекс приборов делится на две основные группы: телескопы с узким полем зрения (СИГМА, АРТ-П, АРТ-С) – для наблюдения стационарных источников космического излучения и обзорные детекторы (КОНУС-В, ФЕБУС, ВОТЧ) – для регистрации и исследования переменных источников космического излучения.
К верхнему фланцу опорного цилиндра через коническую проставку крепится гамма-телескоп «СИГМА», визирная ось которого совпадает с продольной осью космического аппарата. По обе стороны от телескопа на двух неподвижных основаниях, закрепленных на опорном цилиндре, установлены соосно с последним телескопы АРТ-П и АРТ-С. Такое расположение телескопов позволяет одновременно исследовать источники космического излучения в чрезвычайно широком энергетическом диапазоне. Рядом с телескопом АРТ-С расположена двухстепенная подвижная платформа с научными приборами эксперимента «ПОДСОЛНУХ». Установлена она таким образом, что в любой момент времени можно навести установленные на ней научные приборы в любую точку небесной полусферы.
Обзорные детекторы комплекса научной аппаратуры «КОНУС-В», «ФЕБУС», «ВОТЧ» расположены на орбитальном модуле. Кроме перечисленных научных приборов, на приборном отсеке установлен монитор заряженных частиц – прибор КС-18М.
Общая длина КА достигает 6,5 м, размах по панелям солнечных батарей 8,5 м, масса научной аппаратуры 2,2 т.
Телескопы АРТ-П (разработан учеными СССР) и «Сигма» (разработан французскими специалистами) считаются основными приборами обсерватории. Они позволяют получать изображения рентгеновских источников излучения в широком диапазоне энергий.
«Сигма» работает в диапазоне от 30 до 2000 кэВ, имеет позиционно-чувствительный детектор на основе кристалла NaJ и кодирующую апертуру. Телескоп может строить изображения участков небесной сферы размером 7,3 × 7,3° и локализовать дискретные источники рентгеновского и мягкого гамма-излучений. Эффективная площадь телескопа 1024 см2, что обеспечивает его высокую чувствительность. Спектральное разрешение прибора близко к предельно возможному для данного типа детекторов.
Советский телескоп АРТ-П работает в диапазоне от 3 до 100 кэВ. Телескоп может строить изображение участка небесной сферы и локализовать дискретные источники рентгеновского излучения с точностью порядка угловой минуты. Эффективная площадь прибора составляет 2400 см2. Поле зрения прибора выбрано таким образом, чтобы в его пределах одновременно находилось от 3 до 10 слабых источников. Прибор обеспечивает разделение этих источников и исследование их спектров и поведения во времени. Чувствительность его за 24-часовую экспозицию достаточна для наблюдения квазаров, находящихся на космологических расстояниях. Используемый тип детектора позволяет проводить детальные спектральные исследования источников. Важнейшая особенность прибора – возможность измерения линейной поляризации излучения рентгеновских источников. Поле зрения прибора 1,8 × 1,8°.
В состав обсерватории входит также построенный по традиционной схеме рентгеновский телескоп АРТ-С, работающий в диапазоне от 3 до 100 кэВ. В качестве детекторов в нем используются многопроволочные позиционно-чувствительные камеры общей эффективной площадью 2400 см2. Поле зрения прибора 2X2°. Прибор предназначен для детального спектрального исследования и слежения во времени за поведением сравнительно ярких рентгеновских источников.
Диапазоны «Сигма», АРТП-П и АРТ-С перекрываются. Это обеспечивает возможность взаимного контроля, облегчает проблемы исследования фона. Следует отметить, что спектр абсолютного большинства рентгеновских источников характеризуется спаданием потока в области высоких энергий. Работать в жесткой области, следовательно, труднее. В этой ситуации данные, полученные в мягкой области, помогут при построении изображений в более жестком диапазоне. Сильно вытянутая орбита космического аппарата и наличие на борту французского запоминающего устройства большой емкости позволяют вести наблюдения длительностью до 24 часов. Это, наряду с большой площадью детекторов, делает обсерваторию «Гранат» рекордной по чувствительности в исследуемом диапазоне. Приборам с рентгеновскими зеркалами косого падения (обсерватория «Эйнштейн», западно-германский спутник «РОСАТ») доступно для наблюдений большее число рентгеновских источников, но они могут работать лишь в мягком диапазоне энергий – от 0,1 до 3 кэВ. В своей широчайшей «энергетической нише» (от 3 до 2000 кэВ) «Гранат» является рекордным как по чувствительности телескопов, так и по широте решаемых научных задач среди осуществленных и принятых к разработке космических проектов. (Продолжение следует.)
СССР: МЕЖДУНАРОДНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО В КОСМОСЕ (ГОД 1989)
Международное сотрудничество Советского Союза в исследовании и использовании космического пространства в мирных целях в 1989 г. проводилось с девятью социалистическими странами (НРБ, ВР, СРВ, ГДР, Республика Куба, МНР, ПНР, СРР, ЧССР) в рамках многосторонней программы «Интеркосмос», на двусторонней основе – с Австрией, Великобританией, Индией, Канадой, США, Финляндией, Францией, ФРГ, Швейцарией и другими странами, а также с Европейским космическим агентством. По программе «Интеркосмос» совместные работы ведутся в области космической физики, включая космическое материаловедение, в области космической метеорологии, связи, космической биологии и медицины, а также дистанционного зондирования Земли в целях изучения ее природных ресурсов.
Организацией международного сотрудничества СССР в космосе с перечисленными выше государствами в основном занимаются Главкосмос СССР и Совет «Интеркосмос» при АН СССР.
В 1989 г. основными событиями в международном сотрудничестве Советского Союза в космосе стали: международные эксперименты на орбитальном научно-исследовательском комплексе «Мир», запуски спутников «Ин-теркосмос-24», «Фотон» и «Ресурс-Ф», запуск биоспутника «Космос-2044», новые соглашения о международных космических проектах.
Международные эксперименты на орбитальном комплексе «Мир». Экипажи орбитального комплекса «Мир» – сначала космонавты В. Г. Титов и М. X. Манаров, затем А. А. Волков, В. В. Поляков и С. К. Крикалев и, наконец, космонавты А. С. Викторенко и А. А. Серебров – продолжили исследования с помощью международной аппаратуры астрофизического модуля «Квант». Основное внимание при этом было уделено Сверхновой 1987А в Большом Магеллановом Облаке, вспыхнувшей 23 февраля 1987 г.
Данные за сентябрь-октябрь 1988 г. свидетельствуют о том, что жесткое рентгеновское излучение от Сверхновой 1987А за предыдущие 9 месяцев наблюдений уменьшилось в 2,5 раза. Такое уменьшение потока является следствием практически полного распада одного из элементов звездной материи – радиоактивного кобальта, образовавшегося при взрыве Сверхновой в БМО. В последующих наблюдениях за эволюцией спектра этого объекта астрофизики пытаются выяснить, что образовалось при взрыве Сверхновой 1987А – рентгеновский пульсар, нейтронная звезда или черная дыра.
Вторым объектом пристального внимания орбитальной обсерватории «Рентген» был новый рентгеновский источник, вспыхнувший 26 апреля 1988 г. в созвездии Лисичка. От этого источника в серии наблюдений удалось, помимо мягкой компоненты, зафиксировать жесткое рентгеновское излучение, соответствующее температурам свыше миллиарда градусов. На долю жесткой компоненты излучения от этого источника приходится около трети выделяемой энергии. В дальнейшем при наблюдении рентгеновского источника в созвездии Лисичка изучалась эволюция температуры и спектра излучения этого уникального небесного объекта – нового кандидата в черные дыры.
Анализ информации по результатам наблюдений нейтронной звезды Геркулес Х-1 подтвердил обнаруженный ранее телескопами модуля «Квант» переход рентгеновского пульсара в новую стадию ускорения своего вращения.
В ходе наблюдений рентгеновского пульсара в созвездии Парус исследован спектр его излучения и определено изменение периода вращения этой нейтронной звезды.
Помимо излучений от этих объектов телескопы обсерватории «Рентген» вели наблюдения рентгеновских источников Лебедь Х-1, Лебедь Х-3, двойной системы в Малом Магеллановом Облаке, ядра активной галактики в созвездии Гончих Псов, источника Х-3 в созвездии Центавр, двойной системы в созвездии Циркуль (еще один кандидат в черные дыры), источника Х-1 в созвездии Скорпион, рентгеновского пульсара в созвездии Персей, центральной части нашей Галактики с целью картографирования этой области в рентгеновском диапазоне.
С помощью УФ-телескопа «Глазар» проводились съемки отдельных участков небесной сферы в созвездиях. Орион, Эридан, Киль, Голубь, Корма, Лев, Большая и Малая Медведица, Ворон, Дева, Северная Корона, Большой Пес, Южная Рыба, Скорпион, Телец, Персей, Кассиопея, Возничий, Парус, Близнецы, Южный Крест, Волосы Вероники, Центавр, а также участков вблизи α Орла, α Змееносца, α Волка.
Интересные данные были получены в период с конца апреля по сентябрь 1989 г., когда орбитальный комплекс «Мир» совершил полет в автоматическом режиме. Около 40 сеансов наблюдений было проведено за две недели июня 1989 г. Информация о Сверхновой 1987А в Большом Магеллановом Облаке свидетельствует о дальнейшем ослаблении интенсивности потока излучения от этого звездного образования.
В начале июля 1989 г. было выполнено около 30 сеансов наблюдений рентгеновского пульсара в созвездии Парус, а начиная с 6 июля телескопы обсерватории были направлены на рентгеновскую Новую, вспыхнувшую в созвездии Лебедь в конце мая 1989 г. Цель исследований – изучение эволюции температуры и спектра излучения этого небесного объекта. Зафиксирован спектр источника, соответствующий температуре около 100 млн. градусов. Это второй астрофизический объект, открытый «орбитальной обсерваторией «Рентген».
16 августа 1989 г. в рамках международного проекта «Рентген» был открыт новый рентгеновский источник в созвездии Змееносец. В одном из сеансов зафиксирован мощный всплеск излучения, природа которого связана с ядерным взрывом на поверхности этой нейтронной звезды. Велись также наблюдения за источником в созвездии Персей, рентгеновским пульсаром в созвездии Центавр и рентгеновскими источниками в центре Галактики.
Исследования с помощью аппаратуры астрофизического модуля «Квант» в рамках международных проектов «Рентген» и «Глазар» продолжаются.
Спутник «Фотон». 26 апреля 1989 г. в Советском Союзе был запущен спутник «Фотон», предназначенный для продолжения исследований по космическому материаловедению*. Ракета-носитель «Союз» вывела спутник массой около 6200 кг на орбиту с высотой в апогее 402 км, в перигее 225 км, наклонением 62,8° и периодом обращения 90,5 мин. Спутник представляет собой автоматический специализированный космический аппарат, созданный в КБ «Фотон» Главкосмоса СССР и обеспечивающий возвращение на Землю научной аппаратуры и результатов исследований (масса возвращаемой научной аппаратуры до 500 кг).
* Это второй спутник в серии «Фотон»; первый был запущен 14 апреля 1988 г. с программой исследований, рассчитанной на 14 суток полета.
Программа полета была рассчитана на 16 суток и предусматривала проведение экспериментов по получению в условиях микрогравитации полупроводниковых материалов с улучшенными свойствами и особо чистых биологически активных препаратов, а также изучение протекающих при этом процессов.
На «Фотоне» была размещена следующая научная аппаратура:
– установка «Зона-04» для отработки технологии получения особо чистых полупроводниковых материалов методом бестигельной зонной плавки и исследования влияния магнитных полей на качество кристаллизации полупроводниковых материалов;
– установка «Сплав-02» для проведения исследования кристаллизации полупроводниковых материалов и отработки технологии получения плоских линз из стекла (эксперименты проводились в интересах Института металлургии АН СССР и ГОИ);
– аппаратура «Каштан» для получения высокоочищенных гормональных и белковых препаратов, разделения клеток микроорганизмов, проведения кристаллизации белковых молекул (полученные результаты предполагается использовать в исследовательских работах Института молекулярной биологии АН СССР, Института молекулярной генетики АН СССР и других научных организаций);
– установка «Бисер» для получения полимерных чистых и наполненных монодисперсных микросфер (латексов);
– прибор СЕФА для проведения фундаментальных исследований в области космического материаловедения, в частности, для изучения циркуляции и разделения фаз (газа и жидкости) в условиях микрогравитации (процессы в приборе фиксировались с помощью фотосъемки); прибор массой 23 кг изготовлен во Франции фирмой «Матра» и установлен на «Фотоне» в соответствии с коммерческим соглашением. Эксперименты с помощью прибора СЕФА проводились в рамках европейской исследовательской программы «Эврика».
На спутнике «Фотон» проводились также эксперименты по изучению влияния факторов космического полета на живые организмы (тритоны, мухи-дрозофилы, пустынные жуки-чернотелки).
11 мая 1989 г. возвращаемый аппарат «Фотона» с научной аппаратурой благополучно совершил посадку в расчетном районе территории Советского Союза в. 207 км южнее г. Оренбурга.
На советском серийном спутнике «Ресурс-Ф», запущенном 6 сентября 1989 г., в соответствии с коммерческим соглашением с фирмой «Интоспейс» (ФРГ) была размещена научная аппаратура для проведения биотехнологических экспериментов в условиях микрогравитации.. 22 сентября 1989 г. в 11 ч 10 мин по московскому времени спускаемая капсула спутника приземлилась в 105 км юго-западнее Актюбинска. Капсула доставила на Землю 104 пробы, содержащие более тысячи кристаллов различных веществ, которые будут применимы для нужд фармакологии. Тем самым был успешно завершен советско-западногерманский проект «Козима-2». (Продолжение следует.)
Научно-популярное издание |
Чернин Артур Давыдович
ВРАЩЕНИЕ ГАЛАКТИК
Гл. отраслевой редактор Л. А. Ерлыкин
Редактор И. Г. Вирко
Мл. редактор С. С. Патрикеева
Обложка художника Т. С. Егоровой
Худож. редактор К. А. Вечерин
Техн. редактор Н. В. Клецкая
Корректор В. И. Гуляева
ИБ № 10873
Сдано в набор 28.12.89. Подписано к печати 07.02.90. Т-00044. Формат бумаги 84×1081/32. Бумага тип. № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. печ. л. 3,36. Усл. кр.-отт. 3,57. Уч. -изд. л. 3,44. Тираж
Типография Всесоюзного общества «Знание». Москва, Центр, Новая пл., д. 3/4.
