Научный эксперимент «Монитор всего неба» для Международной космической станции разрабатывается в Институте космических исследований РАН. Его цель — изучение космического рентгеновского фона (КРФ), излучения, которое получается складыванием излучений большого количества дискретных источников, в основном, активных ядер галактик. Многие из данных объектов слишком далёки, чтобы их можно было наблюдать непосредственно.

О том, как родилась идея этого эксперимента и почему надо закрывать поля зрения детекторов, рассказывал Николай Семена, руководитель лаборатории астрофизических рентгеновских детекторов и телескопов ИКИ РАН, на второй международной научно-практической конференции «Научные исследования и эксперименты на МКС».

Идея эксперимента «Монитор всего неба» (сокращенно — МВН), который разрабатывается в отделе астрофизики высоких энергий ИКИ РАН, состоит в том, чтобы использовать особенности орбиты МКС для обзора всего неба в рентгеновских лучах. Для этого планируется закрепить на поверхности станции ориентированный в зенит рентгеновский телескоп. Двигаясь по орбите вместе со станцией, его луч зрения будет постепенно «заметать» почти всю поверхность небесной сферы, так что за 72 дня он получит почти полную карту неба (84%). За три года работы накопится достаточно данных, чтобы сделать получившиеся карты рентгеновского фона неба более точными по сравнению со всеми имеющимися измерениями (предполагается, что за время работы точность достигнет 1%). Энергетический диапазон, в котором работают приборы обсерватории, — 6–70 кэВ.

Космический рентгеновский фон складывается из излучения миллионов аккрецирующих сверхмассивных чёрных дыр в центрах других галактик. Поэтому комбинирование измерений КРФ с результатами подсчетов отдельных классов источников в различных глубоких обзорах неба позволяет изучать эволюцию роста сверхмассивных черных дыр за время существования Вселенной. Большинство предыдущих измерений КРФ приходится на диапазон энергий 1–10 кэВ, и лишь немногие (на спутнике серии «Космос», зарубежных обсерваториях HEAO-1, ИНТЕГРАЛ и «Swift») — на более жёсткий диапазон 10–100 кэВ, где и расположен максимум спектра КРФ.

Но полученные по этим экспериментам значения поверхностной яркости жёсткого рентгеновского фона различаются на 10–15%. МВН сможет измерить поверхностную яркость КРФ с высокой точностью и тем самым существенно поможет в понимании эволюции черных дыр во Вселенной. Кроме того, с его помощью можно будет обнаружить вариации КРФ, связанные с концентрацией материи в близких скоплениях и сверхскоплениях галактик.

Особенность эксперимента — способность надежно отделить полезную информацию от инструментального фона, вызываемого люминесценцией конструкции прибора и МКС при попадании высокоэнергичных заряженных частиц и квантов. Для этого используется вращающийся экран (так называемая система перекрытия апертуры), периодически закрывающий два из четырех детекторов телескопа от КРФ. Таким образом, вычитая показания детекторов при экранировании от КРФ от их показаний при воздействии КРФ, за три года можно набрать статистику, достаточную для измерения КРФ с заявленной точностью. От рентгеновских фотонов, рождающихся в атмосфере Земли и приходящих «снизу», МВН защитит сама космическая станция.

Идея эксперимента МВН родилась в каком-то смысле неожиданно: как рассказал Николай Семена, руководитель лаборатории астрофизических рентгеновских детекторов и телескопов ИКИ РАН, первоначально инженеры хотели отработать на МКС технологии, связанные с использованием новых полупроводниковых рентгеновских детекторов из теллурида кадмия. «Но когда этот эксперимент попал в руки наших астрофизиков-теоретиков, появилась в общем правильная идея — зачем инструменту летать просто так? И появилась концепция эксперимента МВН».

Главный инструмент — рентгеновский телескоп СПИН-Х, который состоит из четырех модулей рентгеновских детекторов, коллиматоров, уменьшающих поле зрения, системы перекрытия апертуры, калибровочных источников и служебной аппаратуры.

«Наша гордость — это полупроводниковые детекторы на основе теллурида кадмия, которые были разработаны и целиком делаются в ИКИ РАН», — рассказывает Николай Семена.

Старт эксперимента намечен на 2016 г. К настоящему времени инструмент прошёл контрольно-доводочные испытания и в ближайшее время начнётся изготовление уже лётного образца — того самого, который после испытаний в РКК «Энергия» должен отправить на МКС.

- О.З.

***

Вторая Международная научно-практическая конференция «Научные исследования и эксперименты на МКС» проходила 9–11 апреля 2015 года в ИКИ РАН. Организаторы — Федеральное космическое агентство и Российская академия наук. Конференция посвящена результатам научных исследований и экспериментов, проводимых на МКС и приурочена ко Дню космонавтики. Всего в программу вошло более 100 устных и около 20 стендовых докладов. Конференции сопровождала выставка «Наука на МКС», в которой участвовали крупнейшие предприятия и организации ракетно-космической промышленности, институты РАН, ведущие вузы страны.

Схематичное изображение Российского сегмента Международной космической станции с "Монитором всего неба"

Устройство "Монитора всего неба" (МВН). Основная часть МВН — рентгеновские детекторы, помещенные под коллиматоры, над которыми установлено устройство перекрытия апертуры