19 августа 1999 г. Центр рентгеновской обсерватории им. Чандры в Смитсоновском институте в Кембридже, штат Массачусетс: большая комната, полная компьютеров, контрольного оборудования и взволнованных ученых. Они были взволнованы, потому что после многих лет напряженной работы, после двух пусков и почти аборта, после семи пусков ракет-носителей таким образом и так, что их рентгеновский телескоп наконец-то вышел на орбиту и собирался открыться для бизнес.
Связанный контент
- Дальнозоркий
«Это была настоящая сцена», - вспоминает Леон ван Спейброк, один из тех, кто его там поставил. «Запуск был на космическом шаттле« Колумбия », перевозившем самую большую полезную нагрузку за всю историю. Теперь, через месяц, мы были готовы. Итак, мы отправили компьютерные команды и стали ждать. Удивительно, но на расстоянии 80 000 миль наше пиротехническое устройство взорвалось - это было похоже на фейерверк М-80. Он распахнул 120-фунтовую дверь космического корабля - как и планировалось ».
Космические рентгеновские лучи впервые осветили тонкие зеркала драгоценного телескопа. Ученые на Земле, наблюдая за происходящим, сняли наушники и ворвались в комнату для съемки. В течение 45 долгих минут все ждали, чтобы увидеть, получат ли они изображение с телескопа или весь проект получит «ведро с битым стеклом», как выразился ван Спейброк.
Затем, в классическом могильном монотоне космической эры, ученый объявил: «Мы получаем фотоны».
Сначала просто точка на экране - фотоны - это крошечные единицы света - потом еще и еще. Постепенно появилась картина далекой галактики.
Более 23 лет работы, в основном в Смитсоновской астрофизической обсерватории в Кембридже, которая является частью Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и названа в честь покойного нобелевского лауреата Субрахманяна Чандрасекара, первые снимки телескопа Чандра поразили искушенных космических наблюдателей.
Первое официальное изображение Чандры показывает последствия огромного звездного взрыва в Кассиопее А, остатке сверхновой на расстоянии 10 000 световых лет, с такой ясностью, что нейтронная звезда или черная дыра видна в ее центре.
«Мы видим столкновение осколков взорвавшейся звезды с веществом вокруг нее», - сказал директор центра Харви Тананбаум, описывая изображение. «Мы видим ударные волны, устремляющиеся в межзвездное пространство со скоростью миллионы миль в час, и впервые яркую точку рядом с центром остатка, которая может быть коллапсирующей звездой».
Другое раннее рентгеновское изображение, свидетельствующее о силе и потенциале Чандры, было получено от квазара в шести миллиардах световых лет. Ученые назвали его PKS 0637-752, он излучает энергию в десять триллионов солнц. В дополнение к космическому телескопу Хаббла, еще одной крупной космической обсерватории, которая сейчас вращается вокруг Земли, Чандра должен позволить ученым проанализировать некоторые из великих тайн вселенной. Уже более года рентгеновский телескоп передает поток изображений, которые взволновали и бросили вызов научному сообществу.
Например, наблюдение Чандрой Стрельца А *, источника радиоволн в ядре Млечного Пути, которое, как полагают ученые, питается от черной дыры в 2, 6 миллиона раз больше массы нашего Солнца, вызвало переполох прошлой зимой. Благодаря замечательному обнаружению источника рентгеновского излучения от Sag A * астрономы как никогда близки к раскрытию тайны сверхмассивной черной дыры.
Изображения Чандры с высоким разрешением, несомненно, дадут нам новое понимание черных дыр, которые являются космическими объектами, настолько плотными, что ничто, что находится рядом, не может избежать их гравитации, даже свет. Способность Чандры исследовать частицы вплоть до последней миллисекунды, прежде чем они высосаны из поля зрения, позволит астрономам изучать теорию гравитации в самых экстремальных условиях.
Рентгеновский центр Смитсоновского института "Чандра" управляет космической обсерваторией по контракту с Центром космических полетов им. Маршалла НАСА в Алабаме. Во время моего визита в Смитсоновский центр в Кембридже мне понадобилась большая помощь. (Получил диплом по физике в подготовительной школе.) Уоллес Такер, астрофизик и представитель Chandra, смог говорить со мной как можно больше.
Рентгеновские лучи находятся на коротком конце спектра световой волны. Оптические телескопы могут работать со звездами, излучающими десятки тысяч градусов тепла, но рентгеновские телескопы ( Смитсоновский институт, июль 1998 г.) могут наблюдать газообразные объекты до нескольких сотен миллионов градусов.
Волна с такой фантастически высокой энергией чрезвычайно трудно сфокусировать или направить. Если вы поставите перед ним обычный телескоп, волна просто поглотится.
Но я перебил, как насчет моих рентгеновских снимков в больнице? Ах, ответил Такер, эти картинки - просто тени. Кости плотнее плоти, они образуют более глубокую тень, когда рентгеновские лучи проходят через все ваше тело.
«Кроме того, - добавил он, - мы говорим о гораздо больших расстояниях и более тонких изображениях. Как смотреть на десять центов за четыре мили.
Решением для направления волн было создание зеркала, которое отражало бы лучи под чрезвычайно малым углом, чтобы они отскакивали, как камни, пропускающие воду, а не поглощались. Затем они могут быть направлены на электронный детектор, сохранены и затем переданы в центр Чандра.
В то время как зеркала оптического телескопа - это посуда, которая фокусирует слабые лучи из космоса, зеркала Чандры имеют форму бочки. Четыре пары из них вложены, как русские куклы, чтобы обеспечить большую площадь для попадания рентгеновских лучей.
Это была не новая идея. Ханс Вольтер выполнил основную конструкторскую работу, геометрическое изобретение на бумаге, в Германии в 1952 году. В 1970-х годах Риккардо Джаккони успешно адаптировал этот принцип к рентгеновской астрономии. Джаккони перешел к другим завоеваниям в 1980-х годах, в частности, к руководству работой на космическом телескопе Хаббла, но его команда продолжила здесь. Конечно, большое количество блестящих людей создали Чандру, но я не думаю, что это слишком много, чтобы сказать, что человек, ответственный за уникальные зеркала, величайший в мире эксперт по их дизайну, это Леон ван Спейброк, официально научный сотрудник телескопа Чандра. выпускник Массачусетского технологического института из Вичиты, штат Канзас, который работает в Смитсоновском институте с начала 1970-х годов.
«У Джаккони была идея в 1960-х годах, - отметил Такер, - но НАСА настроено скептически. Зеркала Chandra - высшая точка карьеры Леона ». Мы говорим о зеркале, настолько гладком, что если бы это был штат Колорадо, высота Пайкс-Пика была бы меньше дюйма. Мы говорим о гладкости с точностью до нескольких атомов, гладкости, которая является практически математической по своему совершенству. Зеркала диаметром от двух до четырех футов, длиной почти три фута и весом более тонны.
«Они должны были сделать специальные конструкции, чтобы построить эти зеркала», - сказал мне Такер. «Они искали мир для измельчения порошков. Наконец парень из Теннесси разработал соединение оксида церия, которое смешали с экстрактом древесного сока из Швейцарии ».
И деликатный: прикоснуться к поверхности и жир от кончиков пальцев может испортить его. Представьте, что вы не только строите эти зеркала, но и закрепляете их точно по одной линии, и настолько твердо, что шок от удара в космос не выбьет их из головы.
Я изучил цветную фотографию Кассиопеи А, и было трудно связать изображение с первыми точками, которые появились на пластине. Создание портрета - трудоемкий процесс, высшее искусство пуантилизма.
«Мы регистрируем фотоны по одному и отслеживаем, когда они были обнаружены, где и сколько энергии было в них», - сказал мне Такер.
А как насчет камеры, которая записывает эти удивительные достопримечательности? Есть два из них, один с высоким разрешением, разработанный смитсоновскими учеными, с 69 миллионами стеклянных трубок в сетке для определения точного положения и времени прибытия каждого рентгеновского излучения, и спектрометр изображения, специальная цифровая камера, Чувствительные к рентгеновскому излучению чипы содержат миллион пикселей каждый для записи положения и энергии лучей. Два специальных экранирующих устройства рассеивают лучи в высокоэнергетическую радугу, как спектроскоп с тысячами разных цветов, чтобы позволить изучать химию их небесного источника.
«Станции НАСА в Австралии, Испании и Калифорнии присылают нам данные», - продолжил Такер. «И мы отправляем обратно информацию о том, куда мы хотим, чтобы Чандра посмотрел дальше, каждые 72 часа или около того. Цели выбираются в процессе рецензирования ».
Летающая обсерватория проходит почти одну треть пути до Луны по эллиптической орбите в диапазоне от 6000 до 86 400 миль вверх, когда она вращается вокруг Земли каждые 64 часа. В среднем его орбита в 200 раз выше, чем у телескопа Хаббла.
Были и другие рентгеновские телескопы, но Чандра может видеть объекты, которые в 20 раз слабее, чем все, что они могли обнаружить.
Разрешающая способность Чандры составляет 0, 5 угловых секунды, что означает, что она может читать буквы знака остановки с расстояния 12 миль. Или газетный заголовок высотой в один сантиметр на расстоянии полумили. С другой стороны, он может наблюдать рентгеновские лучи в газовых облаках настолько широких, что для их пересечения требуется свет пять миллионов лет. И он может изучать квазары, свет которых занял у нас десять миллиардов лет, так что мы видим это много лет назад. Я люблю статистику.
Как сказал ведущий администратор НАСА Эдвард Вейлер: «История учит нас, что всякий раз, когда вы разрабатываете телескоп в десять раз лучше, чем было раньше, вы совершаете революцию в астрономии. Чандра готова сделать именно это.
