ATHENA розкриє глибини гарячого Всесвіту. Вклад Польщі у майбутню місію ESA [ІНТЕРВ’Ю]

Спостереження за космосом у діапазоні рентгенівських променів — справа не проста — атмосфера Землі ефективно пригнічує високоенергетичні хвилі, що потрапляють у неї в цьому діапазоні випромінювання. Для їх захоплення потрібен телескоп у позаземному просторі. Європейське космічне агентство вже давно працює над цим інструментом нового покоління — найбільшою в світі рентгенівською обсерваторією, що називається ATHENA. Польські вчені та інженери з багатьох різних вітчизняних центрів мають важливу участь у цьому проекті — разом вони утворюють команду на чолі з проф. Агата Ружанська з Астрономічного центру Міколай Коперник, координатор польської участі у цій міжнародній програмі.

Марцін Камасса: Професоре, чому спостереження в рентгенівській смузі настільки важливі для прогресу подальших досліджень Всесвіту? Що ще вони розкриють, маючи на увазі попередні місії таких космічних телескопів, як CHANDRA або XMM-Newton?

Професор Агата Ружанська: Космічні дослідження в рентгенівському полі тривають вже понад 60 років (з того часу, як ми навчилися будувати рентгенівські супутникові місії). Дослідивши розподіл спостережуваної речовини в усіх напрямках, виявилося, що майже 50% газу потрапляє в гарячу фазу, нагріту до мільйонів градусів Цельсія. Цей газ освітлює рентгенівські промені (рентгенівські промені). Ці промені потрапляють до наших детекторів, вчені їх вивчають, але вони ще не розуміють, як створювалися такі величезні регіони гравітаційно пов'язаного гарячого газу — і він є скрізь: у галактиках, скупченнях галактик, біля чорних дір та в міжгалактичних регіонах. Ми хочемо знати, який механізм фізично нагріває цей газ, яке його відношення до холодної речовини класично спостерігається в оптичному полі (наприклад, телескоп Хаббла).

Телескоп місії ATHENA повинен забезпечити абсолютно нові можливості в цьому плані — наскільки це може розширити область знань про енергетичні космічні явища та природу гарячої міжзоряної речовини?

Рентгенівський супутниковий телескоп ATHENA буде інноваційним у будь-якому відношенні. Це визначатиметься, наприклад, спеціально профільованими дзеркалами, додатково обладнаними канавками, які допомагають сфокусувати надзвичайно енергійні рентгенівські промені — вони забезпечать більшу чутливість інструменту. Однак це ще не кінець — два використовувані детектори (еквіваленти камер та спектрометрів в оптичному полі) будуть побудовані за останніми технологіями, які ще не використовувались у рентгенівських телескопах. Завдяки використовуваним технологіям ми виявимо нові, раніше не помічені рентгенівські об’єкти, і вже знайомі ми побачимо детальніше. Це дозволить нам вивчити їх фізичні характеристики, такі як просторовий розподіл та хімічний склад … та, можливо, виявити механізм їх утворення.

Які проблеми у створенні цього типу вдосконаленого інструменту?

ATHENA в кожному розглянутому вимірі буде великою космічною місією — як з точки зору розмірів, витрат, кількості країн, що беруть участь у його будівництві, так і тривалого часу супутникового будівництва. Це складне організаційне починання, яке вимагає постійних зустрічей, телеконференцій та регулярних звітів. Використання нових технологій вимагає проведення численних випробувань в умовах, що імітують космос, для забезпечення належної роботи всього телескопа на орбіті.

Беручи до уваги ще далекий горизонт завершення підготовки до запуску місії (очікується в 2032 р.) — на яку діяльність польських фахівців зараз зосереджена у рамках програми?

Вчені постійно придумують нові наукові цілі місії, тобто вони проводять свої дослідження і перевіряють, що ATHENA принесе нове у своїх наукових тезах. З іншого боку, інженери будують конкретні підсистеми. Центр космічних досліджень несе відповідальність за колесо заміни фільтра для камери Wide Field Imager та три електронні компоненти для обох детекторів. У той же час польська компанія з космічної галузі Astronika будує двері до своєрідного термоса, в якому буде охолоджуватися другий надзвичайно чутливий детектор.

На якому етапі (на якому етапі) виконання графіка зараз знаходиться проект? Які його наступні віхи?

Будівництво ATHENA відбувається під суворим наглядом фахівців Європейського космічного агентства. Разом з членами супутникового консорціуму ми проходимо строго визначені етапи проекту, завершуючи раніше встановлені так звані "віхи". У липні 2019 року в Кракові пройшли акустичні випробування колеса заміни фільтра, які чітко показали, що немає необхідності розміщувати детектор WFI у вакуумі під час запуску. Це було дуже важливим випробуванням, оскільки створення вакууму для запуску пов'язане з додатковими витратами.

Польські інженери показали, що створена ними механічна структура захистить надзвичайно тонкий фільтр від акустичних хвиль. Результати випробувань високо оцінили весь консорціум — вони були важливим елементом у завершенні етапу огляду формулювання місії. У березні 2020 року компанія «Астроніка» завершила випробування механізму відкривання «дверей».

зображення
Ілюстрація: Консорціум X-IFU (DB / X-IFU) [the-athena-x-ray-observatory.eu]

Наступна важлива віха — це побудова моделей усіх підсистем та спроба їх з'єднання (описуючи їх дуже загально). Цей етап закінчиться Оглядом місії про прийняття місії. До виходу місії на орбіту ще належить довгий шлях, який запланований на 2032 рік.

Це програма, в якій участь має головне значення безпосередньо для CAMK PAN. Який тип компетенцій він дозволяє вдосконалити та які напрями досліджень відкриває у цьому конкретному випадку?

З точки зору діяльності CAMK PAN це надзвичайно важливий проект. Поки наша участь у космічних місіях була менш формалізованою … тобто ми брали участь у побудові місій INTEGRAL та HERSCHEL, але у нас не було прямих контрактів з Європейським космічним агентством. Що стосується супутника ATHENA, ми отримали фінансування за програмою PRODEX ESA, яка має на меті з'єднати науку з промисловістю, і ми виступаємо в ролі національного співавтора, що координує діяльність у будівництві компонентів телескопа. Вчені CAMK PAN входять до консорціуму супутників ATHENA та наукових робочих груп.

Вищезгадана програма PRODEX реалізується в Польщі як факультативна програма як частина внеску Міністерства науки та вищої освіти, який внесла в ESA. Останні рішення щодо цього були прийняті зовсім недавно, у листопаді минулого року на Раді міністрів у Севільї. Чи дозволяє сучасний рівень заявленої прихильності використовувати весь потенціал польських вчених у цьому проекті?

Як це зазвичай буває, декларація була більше, ніж просто грошима, оскільки кілька проектів наукових космічних місій подавали заявки на гроші. Незважаючи на те, що наукові проекти дають 100% так званої географічної віддачі, інструменти, зроблені для їх потреб, дуже пристосовані до конкретних місій — навіть унікальні та не придатні для швидкої комерціалізації.

зображення
Ілюстрація: Консорціум X-IFU (DB / X-IFU) [the-athena-x-ray-observatory.eu]

Тому існує постійна боротьба між проектами, що забезпечують велику географічну віддачу (тобто масштаб, з якою внесок ЄСВ повертається в нашу країну), і тими, що забезпечують високу комерціалізацію продукту — наприклад, системи геолокації. У самому проекті ATHENA ми використовуємо весь потенціал польських вчених.

Зважаючи на це, очікується, що задовго до її запуску місія ATHENA забезпечить більш широкі можливості та технологічну підготовку багатьох польських наукових та інженерних структур до подальших подібних проектів. У яких інших оголошених програмах ці операційні знання будуть корисними?

Наукові космічні місії виникають постійно. Наприкінці 2019 року мене запросили попрацювати над документом, що визначає питання наукових починань у новій програмі ESA 2050, яка допоможе сформулювати дослідницькі місії на 2035-50 роки. Підводячи підсумок, я не сумніваюся, що знання та досвід, отриманий у будівництві підсистем ATHENA, а також участь у такому величезному проекті дозволить польським організаціям входити до нових супутникових проектів, які досліджують наш Всесвіт, без зіткнень, майже автоматичним способом.

Це, безумовно, тема, до якої ми будемо повертатися знову і знову, коли доходимо до наступних етапів програми. Дуже дякую за інтерв'ю.


зображення
Рис. Професор CAMK д-р хаб. Агата Ружанська [приватна колекція]

Д-р хаб. Агата Ружанська — координатор участі Польщі у складі міжнародного консорціуму, що будує космічний телескоп ATHENA. Він працює доцентом Астрономічного центру Микола Коперник з Польської академії наук у Варшаві. До сфери наукових інтересів в основному входить моделювання випромінювання випромінювання з атмосфери аккреційних дисків в активних ядрах галактики та рентгенівських бінарних систем.

Facebook Comments