Фон
Первоначальная идея создания этого спутника рентгеновской обсерватории, вращающегося над атмосферой Земли и фильтрующего рентгеновские лучи, была впервые предложена в 1980-х годах Рашидом Сюняевым из Российского института космических исследований в Советском Союзе. Двадцать организаций из двенадцати стран объединились, чтобы спроектировать большую обсерваторию с пятью телескопами. Однако после распада Советского Союза миссия была прекращена из-за сокращения расходов российской космической программы Роскосмоса . Проект был возрожден в 2003 году в уменьшенном масштабе.
Профиль миссии и орбита
Космический корабль выйдет на орбиту вокруг Солнца, вращаясь вокруг Солнце-Земля
на гало-орбите , примерно в 1,5 миллионах километров от Земли. Круиз к этому месту займет три месяца, в течение которых два телескопа будут проверены и откалиброваны. Следующие четыре года будут потрачены на выполнение восьми обзоров всего неба. В качестве цели в ближайшие три года запланированы наблюдения за выбранными скоплениями галактик и AGN ( активными галактическими ядрами ).
В понедельник 21 октября 2019 года Спектр-РГ завершил 100-дневный круиз до точки L2. 17 октября 2019 года основной инструмент eROSITA достиг первого света.
Чем занимается обсерватория «Спектр-Рентген-Гамма»?
Благодаря нашему новому космическому аппарату, который мы запустили 13 июля 2019 года при помощи ракеты «Протон-М», у нас появилась масса новых возможностей наблюдать рентгеновское небо. Он состоит из платформы и двух телескопов. Немецкий телескоп eROSITA, научным руководителем которого является ведущий научный сотрудник Института Макса Планка внеземной физики Петер Предель, наблюдает в более мягком рентгеновском диапазоне. Российский телескоп ART-XC, который был произведен в нашем институте и Саровском ядерном центре, предназначен для наблюдения в более жестком рентгеновском диапазоне с максимумом чувствительности около 10 электрон-вольт. Научным руководителем всей миссии является академик Рашид Алиевич Слюняев.
Эти телескопы отличаются от современных рентгеновских телескопов в лучшую сторону тем, что они имеют не только очень хорошую чувствительность, но и огромное поле зрения. Это дает возможность наблюдать большие участки неба и в конце концов — все небо. Это и есть основная задача миссии — сделать обзор всего неба.
На полтора порядка! Это огромный шаг вперед. Это можно сравнить примерно вот с чем: как будто у вас был любительский телескоп небольшого размера 20 см, и вдруг вы получили в свое распоряжение телескоп с диаметром зеркала 1–2 м. Вселенную мы видим гораздо дальше. Мы рассчитываем на то, что это будет качественный шаг вперед.
Основные задачи наших обзоров связаны с наблюдениями объектов на космологических расстояниях с космологическими исследованиями. В основном это скопление галактик, активные ядра и квазары. Мы надеемся узнать, как происходит расширение Вселенной.
«Изучая излучение газа в скоплении галактик, мы получаем новую информацию, которая говорит о том, как эволюционировала Вселенная и развивалась к сегодняшнему состоянию», — отметил Алексей Семихатов.
Вакцины
То, что происходило в фармакологии и медицине в этом году, похоже на космическую гонку в середине прошлого века. С той лишь разницей, что за первенство в разработке вакцины соперничали не две страны, а 16. В России на сегодняшний день уже зарегистрированы две вакцины — от НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи и Научного центра вирусологии и биотехнологии «Вектор».
Первая называется «Гам-КОВИД-Вак» («Спутник V»), и ей уже начали вакцинировать наиболее подверженные риску заражения группы населения. Вакцину разработали достаточно быстро благодаря объединению первой и второй фаз клинических испытаний. Методы обработки данных клинических испытаний вызвали споры в исследовательской среде. Несмотря на это, тесты эффективности говорят, что полученный и испытанный в беспрецедентно короткие сроки препарат всё же работает.
Вакцина от «Вектора» — «ЭпиВакКорона» — находится в третьей фазе клинических испытаний с участием 3000 добровольцев. Первые два этапа испытаний этого препарата начались всего на полмесяца позже испытаний «Спутника V», но массовую вакцинацию разработчики пока откладывают. Планируется, что для граждан «ЭпиВакКорона» станет доступной с 1 января 2021 года, но каждый случай ее применения нужно будет заносить в специальный реестр.
Разработка вакцин — очень трудоемкий процесс, который в «мирное» время занимает несколько лет. Для полноценной регистрации препарата необходимо сначала провести исследования для выявления слабых мест вируса. Вакцины бывают разных типов: одни построены на основе ДНК, другие используют убитый вирус, третьи — его РНК, в четвертых применяются белки оболочки патогена и т. д. Независимо от типа вакцины, ее создание требует очень большого объема работ, включающих также доклинические испытания на лабораторных животных.
Обзор
Обзорная анимация eROSITA из Немецкого аэрокосмического центра, показывающая профиль миссии Spektr-RG
Основным инструментом миссии является eROSITA , созданный Институтом внеземной физики Макса Планка (MPE) в Германии. Он предназначен для проведения семилетнего рентгеновского обследования, первого в среднем диапазоне рентгеновских лучей с энергиями менее 10 кэВ и первого, который нанесет на карту примерно 100 000 скоплений галактик. Этот обзор может обнаружить новые скопления галактик и активные ядра галактик . Второй инструмент, ART-XC , представляет собой российский высокоэнергетический рентгеновский телескоп, способный обнаруживать сверхмассивные черные дыры .
Новые числа Менделеева
В области химии российским ученым тоже удалось совершить прорыв. Они смогли построить химическое пространство на основе так называемых чисел Менделеева, с помощью которого можно эффективно предсказывать свойства материалов, зная их химический состав. Новая технология оказалась на порядок эффективнее более ранних методов, которые использовали для прогнозирования экспериментальных данных.
Ученые долго пытались создать систему для предсказания свойств материалов на основе их химического состава. В конечном итоге химики остановились на концепции химического пространства. Она предполагает помещение материала в специальную систему отсчета таким образом, что соседние химические элементы и их соединения, нанесенные вдоль осей графика, имеют сходные свойства. Эта концепция была впервые представлена в 1984 году британским физиком Дэвидом Петтифором, который предложил собственное упорядочение периодической таблицы.
Химики под руководством профессора Сколтеха Артема Оганова предложили свой вариант чисел Менделеева, лучше предсказывающий фундаментальные свойства химических соединений, на основе радиуса, электроотрицательности и других свойств атомов. С помощью комбинаций этих свойств можно дать каждому элементу в таблице Менделеева свое число, которое будет отличать его от остальных.
Новая модель химического пространства позволяет эффективнее предсказывать различные характеристики материала: твердость, намагниченность, энтальпию образования и т. д. Составленная таким образом карта свойств показывает области, вероятно, содержащие наиболее перспективные соединения, например сверхтвердые или магнитные материалы.
Квантовый мир победит
Сфера квантовых вычислений сегодня подходит к своей цели — квантовому превосходству. Нет, это не момент, когда искусственный интеллект поработит мир. Квантовое превосходство наступит, когда квантовый компьютер превзойдет по своей вычислительной мощности традиционные суперкомпьютеры. Несмотря на то, что формально оно было достигнуто компанией Google в октябре 2019 года, квантовые компьютеры универсального назначения, годные для решения реальных научных и технологических задач, пока не созданы.
По большей части проекты в области квантовых вычислений международные, и российские ученые играют немалую роль в большинстве из них. Так, одна из недавних работ ученых Московского физико-технологического института посвящена исследованию поведения кубитов в шумной среде. Кубиты — это квантовые аналоги битов. В отличие от битов кубиты могут находиться в бесконечном числе состояний, соответствующих точкам сферы. Это позволяет в один момент времени проводить «бесконечно много параллельных вычислений», что дает возможность добиться принципиального ускорения в решении ряда стандартных задач, таких как поиск глобального минимума функции или разложение числа на простые множители. Но у подобной технологии есть ряд проблем, главная из которых — нестабильность. Чтобы квантовая вычислительная система работала, ее необходимо охладить практически до абсолютного нуля и оградить от воздействия внешних шумов. Программа российских ученых позволяет предсказывать, как изменится состояние кубита в шумной среде. Это может приблизить момент создания устойчиво работающих квантовых устройств.
Карта Вселенной
В космическом пространстве коронавирус не распространяется, поэтому запущенная в 2019 году российская обсерватория «Спектр-РГ» не прекратила работу. Более того, телескопу удалось построить две полные карты Вселенной в рентгеновском диапазоне длин волн. Всего в рамках проекта, который реализуют Институт космических исследований РАН и Германский центр авиации и космонавтики, планируется сделать восемь таких сканирований, чтобы получить максимально детальную на сегодня карту Вселенной в рентгеновском диапазоне.
Зачем это нужно? Самые мощные современные телескопы, позволяющие увидеть звездное небо в рентгеновском диапазоне, находятся на Земле. Но, несмотря на свою величину, эти аппараты не позволяют получить достаточно информации — им мешает атмосфера нашей планеты. Российско-немецкий аппарат «Спектр-РГ» является самой мощной на сегодня рентгеновской космической обсерваторией, которая уже дала значимые для астрофизики результаты.
За этот год установка успела провести два полных сканирования звездного неба в диапазоне энергий 0,2–30 килоэлектронвольт. Основываясь на полученных данных, исследователи планируют ответить сразу на несколько открытых вопросов астрофизики. Самый главный из них касается эволюции галактик.
Солнечные нейтрино
Одним из самых интересных открытий, сделанных при участии российских ученых, стала регистрация солнечных нейтрино в эксперименте «Борексино» (Borexino). Нейтрино — частицы с очень маленькой массой, которые практически не взаимодействуют с окружающей их материей. Они образуются в результате термоядерных реакций внутри звезд, поэтому многое могут рассказать о процессах, происходящих, например, в нашем Солнце.
Детектор «Борексино» расположен в Италии, а работают с ним исследователи из США, Германии, Италии, Франции и России. Установка начала регистрировать нейтрино еще в мае 2007 года, и не так давно проект уже собирались свернуть, как вдруг он показал впечатляющий результат — прямо как ленивый студент на грани отчисления.
При помощи «Борексино» физики смогли зафиксировать поток солнечных нейтрино. Ученые проанализировали параметры пришедших из недр звезды частиц и нашли среди них нейтрино, «рожденные» в результате так называемого CNO-цикла. Это одна из нескольких термоядерных реакций, происходящих в нашем Солнце. Ранее существование CNO-цикла в нашей звезде ученые предсказывали лишь теоретически, но теперь физики получили первые доказательства того, что этот процесс реален.
Рентгеновская карта Вселенной
На самой подробной и обширной карте звездного неба в мире около миллиона источников рентгеновского излучения. Полоса посередине – плоскость галактики Млечный Путь, центр которой находится в середине эллипса. Астрономы отмечают, что карта была закодирована с помощью цвета, чтобы помочь описать происходящее. Специалисты Роскосмоса пояснили журналистам русской службы ВВС News, что «синие лучи – это фотоны, с энергией 1-2,3 килоэлектронвольт, что соответствует температуре излучающего горячего вещества от 10 до 25 миллионов градусов Кельвина. Зеленые участки — это диапазон 0,6-1 кэВ, и температура вещества от 60 до 10 млн градусов. Красные — самые «холодные» — 0,3-0,6 КэВ и 3-6 млн градусов.»
На большей части плоскости галактики преобладают высокоэнергетические источники. Отчасти это объясняется тем, что большое количество газа и пыли поглотило и отфильтровало низкоэнергетическое излучение. Источники включают звезды с сильными, магнитно активными и чрезвычайно горячими атмосферами. Зеленые и желтые цвета, образующие грибовидный объект – горячий газ внутри и сразу за пределами нашей Галактики. Этот материал запечатлевает информацию о формировании и эволюции Млечного Пути.
Яркое желтое пятно чуть выше плоскости справа – скопление остатков сверхновых – обломков взорвавшихся звезд, ударные волны которых перегрели окружающий кокон пыли и газа. На этом изображении остаток сверхновой Велы. Это остатки взрыва, произошедшего тысячи лет назад, всего в 800 световых годах от Земли.
Рассеянное красное свечение в верхней и нижней частях карты – в основном рентгеновское излучение от горячего газа далеко за пределами Млечного Пути. Белые крапинки представляют собой сигнатуру сверхмассивных черных дыр. Удивительно, но около 80% всех источников на новой карте – гигантские черные дыры, которые находятся в центрах далеких галактик.
Некоторые из сверхмассивных черных дыр на карте, были замечены, когда Вселенная была моложе одного миллиарда лет, что составляет менее 10% ее нынешнего возраста. «Спектр-РГ» и установленный на нем инструмент eRosita в течение ближайших 3,5 сделают семь всероссийских съемок, что позволит телескопу уточнять данные, удалять ошибки и проникать все глубже в космос в поисках слабых источников рентгеновского излучения, которые по-другому никак не обнаружить.
Одна из ключевых задач мисси состоит в том, чтобы составить карту распределения горячего рентгеновского газа, который освещает большие скопления галактик. Астрономы надеются, что эта информация может привести их к новым представлениям о том, как устроена Вселенная и как она изменилась с течением времени. Вполне возможно, что в этом проекте окажутся подсказки о природе темной энергии.
