Сравнение двух космических спутников «Fermi» и «Ломоносов»

Аннотация. Атмосфера Земли представляет собой «мишень» для различных видов космического излучений, попадающих в нее. Среди них – космические лучи – заряженные частицы солнечного, галактического и внегалактического происхождения. Частицы высоких энергий рождают в атмосфере каскады вторичных частиц – широкие атмосферные ливни (ШАЛ), регистрируя которые, можно судить о параметрах самих первичных частиц. Однако во Вселенной существуют не только заряженные частицы. Гамма-излучение Вселенной и, в первую очередь, наиболее энергичные явления – гамма-всплески представляют собой объект пристального внимания исследователей в наши дни. Такие проекты предусматривают установку на борту спутников научной аппаратуры, которая будет направлена на решение задач: исследования космических лучей предельно высоких энергий.

Ключевые слова: Спутник «Ломоносов», спутник «Fermi».

Спутник «Ломоносов»

МГУ приступил к реализации нового научно-образовательного проекта «Ломоносов» (рис.1). Это более крупный космический проект МГУ по сравнению с предыдущими спутниками «Татьяна» и «Татьяна-2». В 2011 г. был 300-летний юбилей замечательного русского ученого, много сделавшего для развития российской науки и для становления университета. МГУ носит имя М.В.Ломоносова. Поэтому имя М.В.Ломоносова «на борту» спутника – память и дань уважения этому выдающемуся ученому.

Рисунок1 Спутник «Ломоносов»

Целью создания спутника «Ломоносов», является исследование космических лучей предельно высоких энергий, и быстропротекающих процессов в оптическом, рентгеновском и гамма-диапазонах длин волн, происходящих в верхних слоях атмосферы Земли и вне нашей планеты. За основу космического аппарата «Михайло Ломоносов» взята платформа космического аппарата «Канопус-В», разработанная во Всесоюзном научно-исследовательском институте электромеханики имени Иосифьяна (ВНИИЭМ).

При общей массе спутника 450 кг, научная аппаратура  весит около 120 кг. Спутник был запущен конверсионной ракетой «Днепр» (РС-20) [1].

Научные задачи

Недавно открытые «транзиентные световые явления» и «земные гамма-всплески», природа которых возможно связана с проявлениями атмосферного электричества — яркий тому пример. Исследование описанных выше явлений — основная задача спутника «Ломоносов».

Проект предусматривает установку на борту спутника научной аппаратуры, которая будет направлена на решение следующих задач: исследования космических лучей предельно высоких энергий в районе отсечения энергетического спектра, предсказанного Грейзеном, Зацепиным, Кузьминым («ГЗК–отсечение»). Прибор UFFO предназначен для изучения гамма-вспышек – это двадцатисантиметровый УФ-оптический телескоп и рентгеновская камера.

Блок детектирования рентгеновского и гамма излучения БДРГ [2] обеспечивает:

• Мониторные наблюдения транзиентных астрофизических явлений («рентгеновские новые», «гамма-репиторы» и др.)
• Тайминг мягкого гамма-излучения рентгеновских двойных звезд и пульсаров
• Патруль солнечного излучения в гамма-диапазоне.

Прибор ШОК состоит из двух неподвижных быстрых широкоугольных камер, поле зрения которых находится в области детектирования гамма-всплесков другими инструментами, расположенными на борту спутника «Ломоносов». Поле зрения каждой камеры составляет 1000 квадратных градусов, а максимальная скорость кадров 5-7 кадров/сек. Фактически, камеры непрерывно снимают «фильм», часть которого при регистрации гамма-всплеска может быть передана на Землю[3].

На спутнике размещены три идентичных детектора гамма-квантов.

2. Космический телескоп Fermi

Космический телескоп Fermi Gamma-Ray (рис.2) является спутниковой обсерваторией для энергий фотонов от 8 кэВ до более 300 ГэВ. Запущенный 11 июня 2008 года, он совершает круговое движение вокруг Земли каждые 96 минут на орбите с наклоном 26° на высоте 535 км. Гамма-телескоп Ферми - это космическая обсерватория, предназначенная для изучения Вселенной на высокоэнергетических частотах, известных как гамма-лучи. Он включает в себя участие НАСА, Министерства энергетики США и нескольких партнеров, как в Соединенных Штатах, так и за рубежом[4].

Рисунок.2 Космический телескоп Fermi Gamma-Ray

Ученые рассматривали Ферми как преемника Комптон-гамма-обсерватории НАСА, которая работала в период с 1991 по 1999 год. НАСА заявило, что поле зрения Ферми и возможности обзора неба были в два раза больше, чем у одного из приборов Комптона, и в 30 раз чувствительнее. Ферми, он был также разработан в качестве дополнения к Обсерватории Нила Герелса Свифта. Свифт оптимизирован для определения местоположения гамма-всплесков, а также их послесвечения.

Основные цели миссии для Ферми:

Исследовать самые экстремальные условия во вселенной, где природа использует энергии, выходящие далеко за пределы возможного на Земле;

Поиск признаков новых законов физики и того, из чего состоит таинственная темная материя;

Объяснить, как черные дыры ускоряют огромные струи материала почти до скорости света;

Помочь раскрыть тайны невероятно мощных взрывов, известных как гамма-всплески;

Ответить на ряд вопросов, включая солнечные вспышки, пульсары и происхождение космических лучей.

Телескоп большой площади Large Area Telescope(LAT) и монитор гамма-излучения Gamma-ray Burst Monitor(GBM).

Обсерватория обычно работает в режиме съемки, позволяя сканировать все гамма-лучи. Чтобы лучше понять, какие энергетические частоты они видят, вот краткое объяснение электронвольт (эВ). Электронвольт определяется как количество энергии, которую получает один электрон, когда его электрический потенциал увеличивается на один вольт, согласно Британской энциклопедии. (Электрический потенциал – это объем работы по перемещению единичного заряда из одного места в другое против электрического поля).[5]

Видимый свет имеет энергию фотонов от 1,6 до 3,4 эВ. Шкала для электронвольт продолжается следующим образом: кило-электрон вольт (кэВ, одна тысяча эВ), мега-электрон вольт (МэВ, один миллион эВ), гига-электрон вольт (ГэВ, одна тысяча миллионов эВ) и т.д.. По словам национальной лаборатории им. Лоуренса Беркли, идея о том, сколько энергии мы говорим, об одном событии ядерного деления измеряется при 200 МэВ. Fermi может просматривать объекты в широком диапазоне масштабов – от 8 кэВ до 300 ГэВ.

GBM может просматривать все небо, и предназначен для обнаружения около 200 гамма-всплесков каждый год, а также таких событий, как солнечные вспышки. Он обнаруживает рентгеновские и гамма-лучи с энергетическим диапазоном от 8 кэВ до 30 мэВ.

LAT может просматривать 20 процентов неба за раз, и если его оставить в стандартном режиме «обзора неба», он будет перемещаться по всему небу каждые три часа. Исследователи также могут выбрать LAT для просмотра интересных объектов. Телескоп также спроектирован так, чтобы двигаться сам, когда LAT или GBM видят гамма-всплеск LAT может фиксировать фотоны с энергией от 30 МэВ до не менее 300 ГэВ.

Заключение

В итоге по результатам полученной информации можно сделать вывод, что космический аппарат «Fermi» намного массивнее спутника «Ломоносов» (примерно в 6 раз), следовательно имеет на своём борту измерительные приборы большей мощности, а также имеет более внушительный потенциал и диапазон измерений.