Лампочка на орбите: Свет науки
За последние четверть века телескопы, работающие на орбите, удивительно расширили наши представления о Вселенной. Огромен остался вклад и наземных обсерваторий, хотя они по мере роста точности измерений сталкиваются с массой новых проблем. Одна из них — оценка «вредного» влияния земной атмосферы на наблюдаемую картинку. Часть излучения она рассеивает, часть поглощает, но конкретные цифры зависят от множества изменчивых факторов.
Проблема калибровки стоит и для орбитальных аппаратов, хотя с атмосферой она не связана. Наземным телескопам для этого достаточно зафиксировать свет стандартного источника, а как быть на орбите? Источники приходится устанавливать прямо на космических аппаратах — скажем, на Hubble для калибровки используется обычная лампа с вольфрамовой нитью.
Впрочем, этот вариант далеко не идеален. Мельчайшие изменения в параметрах работы лампы, связанные, например, с изменением температурного режима при нахождении под лучами Солнца или в тени Земли, изменят немного и ее производительность. А для современных уровней точности это будет довольно значительная величина, перепроверить же измерения, учитываемые для калибровки, с самой Земли невозможно.
В некоторых случаях эти «мелочи» накладывают совершенно реальные пределы наших возможностей наблюдать далекие космические объекты. Наверное, самый яркий пример тому — измерения скорости расширения Вселенной, которые проводятся с использованием в качестве «маячков» сверхновых типа Ia, расположенных в как можно более удаленных галактиках. Чем точнее замеры их яркости — тем точнее результат. А точные измерения требуют точной калибровки.
По мнению канадского астрофизика Джастина Альберта (Justin Albert), решение проблемы калибровки и для наземных, и для космических телескопов, едино — и просто. Ученый предлагает вывести на орбиту спутник, задача которого будет проста — нести светящуюся лампу. Космические аппараты смогут использовать ее в качестве дополнительного ориентира при фотометрической калибровке. А наземные телескопы — для оценки влияния земной атмосферы. По оценке Джастина Альберта, источник потребуется удивительно экономный. Он замечает, что обычная 25-ваттная лампа накаливания с расстояния 700 км светит так же, как звезда величины 12,5.
Для той же цели можно было бы использовать и лазер настраиваемой мощности — с той только разницей, что его луч придется научиться направлять по определенному расписанию на нужные телескопы, что усложнит конструкцию системы. С другой стороны, подходящих источников света сейчас на орбите не имеется, зато лазер есть — установленный на французско-американском спутнике CALIPSO, он направлен как раз в сторону Земли, проводя измерения высотных профилей облаков и аэрозолей в атмосфере. Часть излучения зеленого лазера CALIPSO отражается, что и позволяет миссии вести свою работу. Однако часть проникает вплоть до поверхности планеты, делая возможным калибровку наземных инструментов.
Ученый даже самостоятельно провел предварительные опыты, фотографируя луч этого спутника с помощью семи камер, разнесенных на несколько сотен метров. Основной проблемой оказался тот простой факт, что CALIPSO для подобных целей не предназначен. Его слабый луч у поверхности образует конус диаметром 100 м. Из-за крохотных колебаний в положении и орбитальных характеристиках спутника в точности поймать этот луч было крайне сложно. Не слишком подходит для таких целей и рабочая частота лазера. Словом, предварительные опыты Альберта оказались не слишком удачными, но они позволили обнаружить основные моменты, которые обязательно следует учесть при разработке подобного проекта.
В конце концов, обычная лампа, видимая даже под большими углами, может оказаться более удачным решением.
По публикации MIT Technology Review / The Physics arXiv Blog
