Серия «Космос»

О табельном оружии космонавтов

Если в космосе появляется оружие — это не значит, что пришла эпоха “Звёздных войн”. Пистолет Макарова, который был в аварийном запасе Юрия Гагарина, предназначался исключительно для обороны на земле. Мало ли что.


Ради этого «мало ли что» и был разработан комплекс СОНАЗ (стрелковое оружие носимого аварийного запаса). Самооборона — самообороной, а вот окажись точка приземления где-нибудь в глухом лесу (как «повезло» космонавтам Леонову и Беляеву), и эффективность ПМ видится сомнительной. А вот два ствола калибра 12,5 мм «соназовского» пистолета ТП-82 позволят и сигнал подать, и охотой перебиться, если что. Кроме того, он имеет третий ствол под патрон 5,45х40 мм с полуоболочечной пулей со стальным сердечником. Она имела характерное углубление на наконечнике. Поражающее действие такой пули превосходило аналогичный показатель автоматной аналогичного калибра не менее, чем в 5, а по некоторым данным и в 8 раз. Кроме того, в комплект СОНАЗ входит мачете, которое может использоваться как по прямому назначению, так и пристёгиваться к пистолету в качестве приклада.

О табельном оружии космонавтов Космонавтика, Вооружение, Оружие, Лазер, Star Wars, Длиннопост

ТП-82. Выпущено порядка 100 штук. Снят с вооружения

Кстати, это был не единственный проект «огнестрела» для космонавтов. Например, существовал ТОЗ-81, он же «Марс». Он был изготовлен в единственном экземпляре и признан недостаточно технологичным для серийного производства. СОНАЗ многократно побывал в космосе с 1988 по, как минимум, 2015 годы. Кстати, спецы НАСА были не в восторге от наличия огнестрельного оружия на борту космических кораблей и станций. Особенно советского. Сами они вооружают астронавтов ножами, например «ASTRO-17».

О табельном оружии космонавтов Космонавтика, Вооружение, Оружие, Лазер, Star Wars, Длиннопост

«Astro-17». Американский «космический» нож. Используется по сей день.

Вот только когда патроны под ТП-82 были сняты с производства в «лихие девяностые», участь его была предрешена. Выпущено ТП-82 было порядка сотни штук, а сохранилось всего несколько. На сегодняшний день их можно увидеть только в музеях. Правда, на основе ТП-82 разработан «Вепрь-2», пистолет для выживания летчиков. В космос же с огнестрелом сейчас летают только китайцы.


Кстати, мачете из аварийного запаса исключено не было.

О табельном оружии космонавтов Космонавтика, Вооружение, Оружие, Лазер, Star Wars, Длиннопост

ТОЗ-81 с примкнутым штыком и снятым прикладом. Прямой «конкурент» ТП-82. На вооружение не принимался.

Но это всё для тверди земной. В космическом пространстве использование огнестрела запросто может стать фатальным именно для стрелка. И что же делать? Вдруг проклятые империалисты решат атаковать наши космические корабли, которые бороздят просторы Вселенной? И в 1984 году спецами Военной академии РВСН было предложено действительно революционное решение этой проблемы — лазерный пистолет!


С самого начала предполагалось, что оружие это не должно быть летальным. При его помощи планировалось выводить из строя оптические системы и электронику противника. А также, в меньшей степени, использовать для самообороны в космосе. Ибо уж ослепить лазерным лучом вполне реально, особенно если энергия излучения приближается к 10 Дж. Кстати, дульная энергия хардбольной «пневмашки» не превышает 7,5 Дж. Если это сравнение уместно, конечно.

В 1984 году в рамках программы «Алмаз» был представлен первый «бластер».


В основу конструкции был положен принцип генерации инфракрасного луча монокристаллом иттриево-алюминиевого граната (ИАГ). Такие кристаллы известны с 60-х годов и по сей день популярны среди ювелиров. Сам по себе ИАГ бесцветен. Однако добавки позволяют приобретать ему различные цвета и использовать для годной имитации других камней, например изумруда.


Но мы отвлеклись. Для оптической накачки этой системы использовалась батарея массой порядка пяти килограммов, которую предполагалось носить на спине. Однако уже в это время подходили к успешному завершению работы над более компактным вариантом индивидуальной лазерной установки. В ней активной средой выступали сотни отрезков тончайшей (30 мкм) нити волоконно-оптических элементов. Её общая поверхность оказалась достаточно большой, чтобы наименьшая энергия накачки снизилась многократно. Запитывать новый пистолет оказалось возможным от элементарной «кроны». По габаритам он практически не отличался от того же пистолета Макарова. 

О табельном оружии космонавтов Космонавтика, Вооружение, Оружие, Лазер, Star Wars, Длиннопост

Экспериментальный лазерный пистолет Военной академии РВСН

Сходство с огнестрельными «аналогами» доходило до того, что новый пистолет оснащался магазином на 8 зарядов. Каждый такой «патрон» был по размерам близок к обычному 10-миллиметровому и содержал миниатюрную лампу-вспышку. После инициации искрой от батареи, уже через 10 миллисекунд пиротехническая смесь (цирконий в кислороде, небольшое количество его солей для выравнивания спектра вспышки, upd: подробнее о пиротехнической накачке рассказали в комментах добрые люди) сгорает, причём температура горения составляет порядка 5000 градусов. И — вуаля! Космический корабль противника без «глаз». Ну, или сам противник без глаз. Правда, эффективная «дальнобойность» первоначально оценивалась метров в 20, не больше. Однако к моменту начала серийного выпуска её предполагалось значительно увеличить. Кроме того, по заявлениям разработчиков, такой пистолет можно было бы адаптировать под медицинские цели. Сейчас, конечно, мы смотрим на это скептически, однако это была середина восьмидесятых — а это значит, что для успешного старта проекта нужно было добавить что-нибудь про конверсию. Примерно как сейчас про экологию, ага.


Работы велись конструкторской группой Военной академии РВСН под руководством доктора технических наук, заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, профессора, генерал-майора инженерно-технической службы В. С. Сулаквелидзе. Он, а также другие сотрудники его группы, приложили немало усилий для разработки разных модификаций лазерных пистолетов и «ламп-патронов» к ним. Однако в том же, 84-м году Виктор Самсонович скончался, потом Перестройка, конверсия… И привет. Остались два с половиной экспериментальных образца, которые и по сей день хранятся в музее Военной Академии РВСН, можно наблюдать воочию.

О табельном оружии космонавтов Космонавтика, Вооружение, Оружие, Лазер, Star Wars, Длиннопост

Миниатюрный вариант экспериментального лазерного пистолета под один заряд

Кстати, в 2019 году ЦНИИ Точмаш объявлял о готовности разработать новый специальный пистолет для космонавтов. Насколько эти труды успешны — покажет время. В общем, об этом мы поговорим как-нибудь в другой раз…

Автор: Павел Заикин

Оригинал: https://habr.com/ru/company/timeweb/blog/582390/

Показать полностью 5

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места

Предлагаем вашему вниманию краткий список 34 достопримечательностей Луны (фото+местоположение).


Ад, Москва, Альпы. Коперник и Шрёдингер. Лава, водовороты, призраки, цепочки, разломы и складки. Катящиея камни и «Y».


Добро пожаловать на Луну!


1. Лава внутри лавы

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

Лавовый канал внутри лавового канала. Долина Шрётера в океане Бурь

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

Подробнее

2. Аполлон

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

Аполлон — гигантский (диаметр — около 524 км) древний ударный кратер, неофициально именуемый бассейном Аполлон, в южном полушарии обратной стороны Луны. Название присвоено в честь американской космической программы Аполлон.

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

Подробнее

3. Кратер Коперника

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

93-километровый кратер Коперника, которому 800 миллионов лет.

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

Подробнее

4. Конусообразные потоки лавы

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

Лава, стекающая в кратер Пифей. Изображение шириной около 600 м.

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

Подробнее

5. Водовороты

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

Лунные водовороты в Море Мечты шириной 282 км.

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

Подробнее

6. Динамичный ландшафт

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

Кратер Эйткен, 135 км ширины и 6 км глубины. Сложный ландшафт с пятиугольным кратером.

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

Подробнее

7. Хэдли

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

Гора Хэдли 4 км высоты 25 км ширины

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

Подробнее

8. Мыс Гераклида

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост
Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост
Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

Подробнее

9. Кратер Шрёдингера

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

312-километровый кратер Шрёдингера

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост
Подробности

10. Цепочки кратеров

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

Подробнее

11. Морщины

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост
Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

Подробнее

12. Ад

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

Кратер Hell Q радиусом 3.4 км

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

Подробнее

13. Разлом

Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места Научпоп, Космонавтика, Космос, Луна, Марс, Путешествия, Длиннопост

110-километровый разлом Rupes Recta. Высота стен — 240-300 метров.

Автор: Алексей Стаценко

Продолжение здесь: https://habr.com/ru/company/timeweb/blog/557062/

Показать полностью 25

Начинается космическая эпоха ISRU

Страшновато выглядящая аббревиатура ISRU (In-Situ Resource Utilization) переводится как “использование местных ресурсов”. Может быть, в русском языке станет привычной аббревиатура ИМР, а может, и нет. Она означает добычу и производство нужных ресурсов, топлива, строительных материалов, воды и кислорода для людей, из местных - лунных, марсианских или астероидных материалов, вместо того, чтобы везти все с Земли. В 2021 году первый демонстратор технологии успешно начал работать на Марсе, запланированы новые миссии, и на Земле испытываются разнообразные прототипы.

Начинается космическая эпоха ISRU Научпоп, Космонавтика, Космос, NASA, МКС, Марс, Starship, Ракета-носитель, Гифка, Длиннопост

Строительство на Луне с использованием ровера-экскаватора-самосвала RASSOR в представлении художника NASA

В реальных условиях


По правому борту марсохода Perseverance установлен технологический демонстратор производства кислорода из углекислоты марсианской атмосферы MOXIE. Название собрано из букв описания назначения агрегата, а еще это черта характера - дерзость, решительность, инициатива.

Начинается космическая эпоха ISRU Научпоп, Космонавтика, Космос, NASA, МКС, Марс, Starship, Ракета-носитель, Гифка, Длиннопост

MOXIE в разрезе, анимация NASA

Установка работает, засасывая через HEPA-фильтр марсианскую атмосферу, сжимает ее примерно в 100 раз спиральным компрессором, нагревает до 800° C и подает на распечатанный на 3D-принтере блок твердооксидного электролиза. В нем молекула углекислого газа на пористом катоде теряет атом кислорода, уходящий через твердотельный электролит (Стабилизированный оксидом иттрия диоксид циркония YSZ) на анод. В целом из двух молекул углекислого газа CO2 получается две молекулы угарного газа CO и молекула кислорода O2.

Начинается космическая эпоха ISRU Научпоп, Космонавтика, Космос, NASA, МКС, Марс, Starship, Ракета-носитель, Гифка, Длиннопост

Блок твердооксидного электролиза, изображение M. Hecht, J. Hoffman et al.

Необходимо отметить, что MOXIE пришлось адаптировать к возможностям марсохода. Например, спиральный компрессор был вынужденной мерой, чтобы уложиться в ограничения размера, веса и энергопотребления. И если простым увеличением ячеек можно линейно наращивать производительность блока электролиза, то компрессор масштабируется только в 10 раз, а дальше уже придется искать другие варианты. Несмотря на старания инженеров, MOXIE потребляет в три раза больше электричества, чем производит радиоизотопный термоэлектрический генератор Perseverance, поэтому в течение марсианского года его собираются включать всего десять раз (с возможным, а, точнее, ожидаемым, продолжением миссии). На первом этапе будут изучаться в реальных условиях характеристики конструкции, на втором ее проверят в разных погодных условиях, а на третьем инженеры собираются поэкспериментировать, например, сравнивая работу при разных температурах. Ожидается, что MOXIE будет способен производить до 10 грамм кислорода в час.


20 апреля агрегат включили в первый раз. Он получила примерно 5 грамм кислорода, человеку этого хватило бы примерно на десять минут, а уж про ракетные двигатели и говорить не приходится. Но, как говорится, лиха беда начало - MOXIE даст опыт применения установки в реальных марсианских условиях. И знания о том, как изменятся характеристики HEPA-фильтра, когда он забьется или в каком виде проявит себя деградация электролизных ячеек, пригодятся годы спустя при проектировании уже “серьезных” установок.

Скоро на Луне

Начинается космическая эпоха ISRU Научпоп, Космонавтика, Космос, NASA, МКС, Марс, Starship, Ракета-носитель, Гифка, Длиннопост

Изображение Space Applications Services

Европейское космическое агентство собирается в 2025 году отправить на Луну автоматическую межпланетную станцию с технологическим демонстратором использования местных ресурсов. 12 мая оно объявило, что заключило контракт с бельгийским стартапом Space Applications Services на создание трех экспериментальных установок для производства кислорода из лунного реголита.


Известно, что лунный реголит содержит до 45% кислорода, при этом остальное тоже ценно: кремний, железо, кальций, алюминий, титан. Space Applications Services должны будут реализовать две технологии добычи кислорода: FFC Кембриджский процесс и водородное восстановление ильменита.


FFC Кембриджский процесс (FFC - по первым буквам фамилий изобретателей) был придуман в конце 90-х и представляет собой электролиз в присутствии расплавленных солей кальция. Лунный реголит загрузят в ванну с расплавом хлорида кальция CaCl2. Оксиды металлов восстановятся (изначально процесс предлагался для производства титана в земных условиях) на катоде, а на аноде будет получаться чистый кислород.

Начинается космическая эпоха ISRU Научпоп, Космонавтика, Космос, NASA, МКС, Марс, Starship, Ракета-носитель, Гифка, Длиннопост

Слева исходный реголит, справа после обработки. Металлический блеск означает восстановление оксидов металлов. Фото ЕКА

Водородное восстановление ильменита является еще одной перспективной технологией. Если в Кембриджский процесс можно загружать реголит прямо с поверхности, то здесь требуется отделить ильменит (титанистый железняк) от оливина, анортита и пироксена. Затем ильменит FeTiO3 помещается в закрытый сосуд с водородом и нагревается. Получается железо, диоксид титана и вода. Воду затем разлагают электролизом на водород и кислород. Водород идет на восстановление новой порции ильменита, а кислород можно использовать для своих целей.


Ожидается, что Space Applications Services продемонстрируют на Луне полный и масштабируемый технологический процесс, пригодный для будущих миссий.


Космический экскаватор

Начинается космическая эпоха ISRU Научпоп, Космонавтика, Космос, NASA, МКС, Марс, Starship, Ракета-носитель, Гифка, Длиннопост

Прототип, первая и вторая версии RASSOR, фото NASA

Помимо непосредственно производящих кислород и другие полезные ресурсы заводов, нужна и служебная техника, которая бы занималась добычей и транспортировкой. И в NASA уже много лет разрабатывают концепт одновременно ровера с высокой проходимостью, бульдозера и погрузчика. Называется он RASSOR (Regolith Advanced Surface Systems Operations Robot). В первой версии, упоминания о которой относятся к 2013, он был гусеничным, а вторая версия стала колесной. Интересно, что барабаны по краям служат одновременно ковшом экскаватора, кузовом самосвала и даже колесами. На испытаниях ровер перемещался по крайне пересеченной местности, копал траншеи и возил грунт. Сложно сказать, как будут выглядеть космические экскаваторы и самосвалы через век, но уже испытанные конструктивные решения RASSOR имеют высокие шансы на реализацию.

Начинается космическая эпоха ISRU Научпоп, Космонавтика, Космос, NASA, МКС, Марс, Starship, Ракета-носитель, Гифка, Длиннопост

Прочие проекты

Начинается космическая эпоха ISRU Научпоп, Космонавтика, Космос, NASA, МКС, Марс, Starship, Ракета-носитель, Гифка, Длиннопост

В 2021 году NASA выделило $45 миллионов по программам SBIR/STTR 289 компаниям малого бизнеса и 47 научным учреждениям. Примерно 11% связаны с 3D-печатью, и некоторые относятся к ISRU - проекты производства блоков для посадочных площадок, разработка связывающего агента для производства строительных материалов на Луне, добыча кислорода и прочих ресурсов из реголита и др. Напомню, что недавно я рассказывал про испытания распечатанной на 3D-принтере посадочной площадки и то, что компания ICON занялась созданием лунной строительной техники.


Европейское космическое агентство экспериментировало со спеканием реголита концентрированным солнечным светом.


SpaceX, которой для проекта Starship критично создание инфраструктуры по производству топлива на Марсе (без дозаправки корабль не может вернуться), пока что занимается более приоритетными делами. В ноябре 2020 Маск рассказал, что работа над технологиями использования местных ресурсов могут начаться уже в конце 2021 года, в зависимости от того, насколько успешно пойдут испытания прототипа Starship. Учитывая несколько красивых взрывов последнего в первой половине 2021 логично предположить, что сроки уже сдвинулись на 2022. Наиболее вероятным вариантом является реакция Сабатье - углекислый газ реагирует с водородом в присутствии катализатора и на выходе получается метан и вода. Водород можно получать электролизом воды из продуктов реакции и доступного в изобилии на Марсе водяного льда.


Если задуматься, в глобальном смысле современная космонавтика похожа на пикник или туризм - взяли с собой все необходимое, сходили в космос и вернулись назад. Именно технологии ISRU вместе с замкнутыми системами жизнеобеспечения превратят человечество из туриста в полноценного жителя космоса.

Автор: Филипп Терехов

Оригинал: https://habr.com/ru/company/timeweb/blog/559034/

Показать полностью 8

Как появление компьютера изменило астрономию?

Как появление компьютера изменило астрономию? Научпоп, Астрономия, Компьютер, Длиннопост

С проведения наблюдений невооружённым глазом Тихо Браге и ручной обработки его данных Иоганном Кеплером на рубеже XVI-XVII веков астрономия прошла гигантский путь. Сейчас ни один из этапов сбора научных данных, их обработки и проверки астрономических моделей не обходится без вычислительной техники. И сегодня я расскажу о том, как компьютеры завоёвывали своё место в астрономии.


Радиоинтерферометрия


Разрешение телескопа прямо пропорционально его диаметру и обратно пропорционально используемой частоте (это называется дифракционным пределом). Поэтому несмотря на то, что радиотелескопы в разы крупнее других видов телескопов, их разрешение долгое время сильно уступало всем остальным. Частичным решением этой проблемы стало объединение нескольких отдельно стоящих радиотелескопов в совместно работающую систему, объединённую кабелями связи. Впервые сконструировать радиоинтерферометр, провести на нём наблюдения и опубликовать полученные данные удалось Мартину Райлу и Дереку Вонбергу ещё в 1946 году. Однако необходимость наличия устойчивого канала связи между антеннами на всей продолжительности наблюдений сильно ограничивало эту технологию.


В 1965 году советские учёные Николай Кардашёв и Леонид Матвеенко предложили обойти эту проблему сбором наблюдательных данных на каждом радиотелескопе в отдельности, с их последующим сбором в одном месте и обработкой на компьютере. Так на свет появилась радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами, которая вначале позволила увеличить размеры «виртуальной радиоантенны» вплоть до размеров континентов, а потом и вовсе шагнуть до масштаба системы Земля-Луна в российском проекте «РадиоАстрон». Из «аутсайдера» астрономии по разрешающей способности, в течение XX века радиоастрономия превратилась в лидера. С созданием телескопа «Миллиметрон» это звание может достаться инфракрасному диапазону спектра, так как для него закладывается разрешающая способность сразу в ≈200 раз больше максимально достигнутой к данному моменту, однако из-за высокой технической сложности и недостаточного финансирования этого проекта пока трудно предугадать, когда он сможет вступить в действие.

Как появление компьютера изменило астрономию? Научпоп, Астрономия, Компьютер, Длиннопост

Сделанный 11 апреля 2017 года снимок сверхмассивной чёрной дыры в галактике M87, расположенной в 55 млн световых лет от нас. Съёмка проводилась кооперацией «Телескопа горизонта событий», включавшей 8 радиотелескопов из США, Чили, Испании, Мексики и Дании, в число которых входил Южный полярный телескоп, расположенный на антарктической станции Амундсена-Скотта. Для получения 4 таких снимков 200 учёным из 13 научных организаций мира пришлось собрать около десятка петабайт данных, на обработку которых ушло 2 года.


Фотоприёмники


В конце XIX века фотоэмульсии совершили революцию в астрономии: позволили отойти от привязки к светочувствительности и остроте зрения конкретного наблюдателя, параллельно дав возможность подолгу накапливать сигнал от слабых источников света. Однако свойства фотоэмульсий также варьировались от образца к образцу, поэтому требовалась ручная калибровка снимков. А эффективность накопления ими света составляла лишь около 2%, что ограничивало потенциал существовавших телескопов. На время параллельно с ними стали применяться изобретённые в СССР видиконы (разновидность электронно-лучевых трубок), которые успели поучаствовать во многих наземных наблюдениях и нескольких космических миссиях.


Но уже вскоре места фотоэмульсий и видиконов стали активно занимать изобретённые в 1969 году сотрудниками «Bell Labs» Уиллардом Бойлом и Джорджем Смитом ПЗС-матрицы, которые могли накапливать свет с эффективностью, приближающейся к 100%. Кроме того, при использовании активного охлаждения они позволяли практически полностью избавиться от шумов. В 1976 году инженер JPL Джим Джейнсик и планетолог Университета Аризоны Брэд Смит впервые с помощью ПЗС-матрицы получили снимки с 1,5-метрового телескопа обсерватории «Mt. Bigelow». С тех пор ПЗС-матрицы заменили приёмники практически во всех профессиональных телескопах и космических обсерваториях, но сейчас начали уступать своё место КМОП интегральным схемам в оборудовании астрофотографов и астрономов-любителей, благодаря дешевизне последних, меньшему энергопотреблению и скорости считывания снимков.


Компьютерное управление


Для проведения длительных наблюдений телескопы требовалось устанавливать на поворотные механизмы, которые могли позволить компенсировать вращение Земли вокруг своей оси. Ещё в течение XVII века была изобретена экваториальная монтировка с часовым механизмом, что позволило отслеживать звёзды вращением телескопа в единственной плоскости, отцентрированной по полюсу мира. Однако для массивных телескопов намного более подходящей была альт-азимутальная монтировка, в которой одна ось была отцентрирована по горизонту, а другая отвечала за движение телескопа в вертикальной плоскости. Но у подобной монтировки был существенный недостаток: для отслеживания звёзд телескопу необходимо было двигаться сразу в 2 плоскостях, причём это движение должно было происходить с переменной скоростью. Решением данной проблемы стало использование компьютера для управления движением телескопа.

Как появление компьютера изменило астрономию? Научпоп, Астрономия, Компьютер, Длиннопост

БТА – крупнейший телескоп мира в 1975-1993 годах.

Первый полностью управляемый компьютером телескоп с диаметром 3,9 метра вступил в действие в 1974 году в Австралийской астрономической обсерватории (AAO), но его монтировка оставалась классической экваториальной. Однако уже в 1975 году заработал советский 6-метровый телескоп БТА, который в полной мере использовал преимущества и компьютерного управления, и альт-азимутальной монтировки. Современная профессиональная астрономия пошла ещё дальше, позволив учёным направлять заявки для наблюдений и получать научные данные прямо через Интернет, не приезжая в обсерваторию вовсе.


Некоторые астрономы не без основания указывают на то, что такой подход убивает романтику профессии и дух первооткрывательства. Но в этом есть и свои плюсы: во время текущей пандемии пришлось закрыть более 120 крупнейших телескопов – почти все, которые не были автоматизированы. Таким образом, наш БТА на время поднялся до 2-й строчки в списке крупнейших телескопов, продолжающих свою работу (теперь за процессом его работы может наблюдать любой желающий в Интернете).


Коррекция снимков


О том, что неспокойная земная атмосфера мешает проведению точных астрономических наблюдений, было известно ещё во времена Исаака Ньютона. Но с появлением многометровых телескопов в середине XX века этот вопрос встал особенно остро. В 1950-х годах для решения этой проблемы начал применяться метод удачных экспозиций, предусматривающий проведение серии снимков с короткими экспозициями, с последующим отбором лучших. Такой подход позволял вплотную подойти к теоретическому пределу разрешения существовавших телескопов, но только при съёмке объектов с размерами до 10-20 угловых секунд и при наличии в поле зрения телескопа яркой звезды от 14-й звёздной величины (она служила эталоном для отбора снимков). Кроме того, этот метод не отличался высоким КПД использования наблюдательного времени, поэтому хотя он и является неплохим выбором для любительской астрофотографии, но поиски лучших альтернатив для профессиональной астрономии продолжились.


В 1953 году Хорас Бэбкок предложил отслеживать турбулентность атмосферы в реальном времени и корректировать создаваемые ею искажения с помощью составной оптической системы (этот метод получил название адаптивной оптики). Однако ещё некоторое время это было неразрешимой задачей, так как для этого нужны были большие вычислительные мощности и такой же стабильный и яркий источник света, как и для предыдущего метода. Достаточно мощные компьютеры появились довольно скоро, а в 1985 году Рено Фуа и Антуан Лабейри предложили решить вторую проблему применением лазерного луча с особой длиной волны, который бы достигал верхних слоёв атмосферы около 90 км и, отражаясь там от атомов натрия, создавал необходимый эталон (в реальности впервые этот метод был открыт Юлиусом Фейнлейбом в 1981 году, однако так как это было частью военного исследования, оно было засекречено вплоть до начала 1991 года).

Как появление компьютера изменило астрономию? Научпоп, Астрономия, Компьютер, Длиннопост

Слева-направо: снимок Нептуна 8,2-метровым телескопом VLT без адаптивной оптики, снимок 2,4-метрового космического телескопа «Хаббл», снимок телескопа VLT с адаптивной оптикой.

Для решения той же проблемы в 1997 году Джон Тонри, Барри Берко и Пол Шехтер из Массачусетского технологического института предложили использовать специальный тип ПЗЦ-матрицы (OTCCD), также выполняющий коррекцию снимка в процессе съёмки, но уже на уровне считывающих ячеек самой матрицы (эта технология оказалась применима и в паре с адаптивной оптикой, позволяя добиваться лучшего результата в корекции).


Строящийся сейчас 39,3-метровый «Чрезвычайно большой телескоп» (ELT) должен будет вывести технологию адаптивной оптики на новый уровень, используя сразу 798 независимых сегментов главного зеркала, корректирующих своё положение по тысяче раз в секунду.


Обработка научных данных


В последние десятилетия количество получаемых в астрономии данных испытывает экспоненциальный рост. Астрономы быстро пришли к выводу, что это требует систематического подхода к хранению и обработке данных. И первым шагом на этом пути стало создание в 80-х годах интерактивных баз астрономических статей и документов ADS и ESIS, а также «Универсального пакета программ для обработки и анализа астрономических данных» IRAF с широким функционалом (они соответственно были созданы NASA, Европейским космическим агентством ESA и Национальной обсерваторией оптической астрономии NOAO). А в 1991 году Роберт Немирофф и Джон Валлин создали Астрофизическую библиотеку исходного кода (ASCL), для того чтобы сделать астрономические исследования более прозрачными.

Как появление компьютера изменило астрономию? Научпоп, Астрономия, Компьютер, Длиннопост

Очередной шаг в систематизации работы с данными состоялся в конце 90-х годов, когда возникла «Виртуальная обсерватория». Её концепция заключалась в хранении в одном месте астрономических архивов и программных пакетов. Доступ учёных 24/7 к этому хранилищу обеспечивался благодаря Интернету.


В 2002 году эта идея привела к созданию Международного альянса виртуальных обсерваторий (IVOA), состоящем сейчас из ESA и организаций из 20 стран. IVOA продвигает идеи по стандартизации массивов данных, созданию стандартных способов доступа к ним и типового инструментария для обработки данных, а также поддерживает обучение астрономов работе с этими инструментами благодаря паре ежегодных конференций и других мероприятий. Подобная работа ведётся и независимо от IVOA, например, на ежегодных событиях вроде конференции «Программное обеспечение и оборудование для анализа астрономических данных» (ADASS) и европейской летней школы «Передовое программное обеспечение для астрофизики и космомикрофизики» (ESCAPE Summer School). Всё это ведёт к развитию в астрономии международного сотрудничества и сокращению параллельных работ над решением однотипных задач, что оставляет астрономам больше времени для выполнения основных задач: проверки существующих теорий и поиска таких закономерностей, которые ведут к открытию новых явлений и возникновению новых теорий.

Как появление компьютера изменило астрономию? Научпоп, Астрономия, Компьютер, Длиннопост

«Впервые в рамках последовательного обзора у нас будет закаталогизировано больше астрономических объектов, чем людей на Земле», – говорит Саймон Кругхофф, являющийся членом команды управления данными Обсерватории имени Веры Рубин (известной ранее как LSST). Этот $473-миллионный проект предусматривает создание 8,4-метрового телескопа с обзором в 49 раз больше углового размера Луны и 3,2-гигапиксельной камерой, которая должна будет делать по 2 тыс. 15-секундных снимков за ночь и производить тем самым по 30 ТБ научных данных за сутки.


Однако не во всех случаях для обработки наблюдательных данных существуют подходящие алгоритмы или банально выделяется достаточно средств для её проведения. Поэтому с 2000-х годов астрономы в некоторых случаях прибегают к помощи «дополнительных рук» добровольцев, в таких проектах как «Galaxy Zoo» по классификации типов галактик и «CosmoQuest» по картографированию кратеров на Луне и астероиде Веста, а также обращаются к дополнительным вычислительным мощностям, предоставляемым добровольными вычислениями.


Так что хотя сейчас работа астрономов в основном сконцентрировалась на создании эффективных алгоритмов обработки и визуализации данных, но значимость ручного труда и помощи гражданской науки не отпала полностью. Так добровольный проект «Planet Hunters», занимающийся перепроверкой данных телескопов «Кеплер» и «TESS», за 2 года работы второго телескопа успел обнаружить 90 новых кандидатов в планеты, которые пропустили алгоритмы NASA. А с помощью компьютеров 500 тыс. добровольцев проекта Einstein@Home удалось обнаружить 55 новых радиопульсаров и 39 гамма-пульсаров.


Сейчас поучаствовать в астрономических исследованиях может практически любой желающий. Хотя один из самых старых и известных проектов Boinc «SETI@home» был заморожен около года назад для обработки результатов, но на сайте остаётся 5 действующих проектов, посвящённых астрономии и астрофизике. А на сайте Zooniverse собрано сразу 17 проектов, где вы можете попробовать свои силы в обработке астрономических снимков.

Автор: Денис Нырков

Оригинал: https://habr.com/ru/company/timeweb/blog/564678/

Показать полностью 6

Черные дыры могут иметь «волосы». Эйнштейн не прав?

Недавно проведенное исследование американских физиков об экстремальных черных дырах может опровергнуть знаменитую теорему об отсутствии волос.

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, черные дыры обладают только тремя наблюдаемыми свойствами: массой, спином (момент импульса) и зарядом. Дополнительных характеристик, или, как называют их физики, «волос», не существует.

Черные дыры могут иметь «волосы». Эйнштейн не прав? Черная дыра, Научпоп, Астрономия, Альберт Эйнштейн, Теория относительности, Длиннопост

Чтобы объяснить идею, представим однояйцевых близнецов. Они имеют одинаковый генотип, это генетические копии, но даже такие близнецы будут различаться множеством вещей: от темперамента до прически. Черные дыры, согласно теории гравитации Альберта Эйнштейна, могут иметь всего три характеристики: массу, спин и заряд. Если эти значения одинаковы для любых двух черных дыр, то они идентичны, будет невозможно отличить одну от другой. У черных дыр нет волос.


«Согласно классической общей теории относительности, такие черные дыры были бы абсолютно идентичны», — отмечает Пол Чеслер, физик-теоретик из Гарвардского университета.


Однако ученые задаются вопросом, верна ли теорема об отсутствии волос. В 2012 году математик Стефанос Аретакис, работавший тогда в Кембриджском университете, а теперь в Университете Торонто, предположил, что некоторые черные дыры могут иметь нестабильности (instabilities) на горизонте событий.


Нестабильности придали бы одним участкам горизонта черной дыры более сильное гравитационное притяжение, чем другим. Получается, что в таком случае даже идентичные черные дыры будут различимыми.


Однако уравнения Аретакиса показали, что это возможно только для так называемых экстремальных черных дыр — тех, которые имеют максимально возможное значение для массы, спина или заряда. И, по словам Чеслера, такие черные дыры не могут существовать в природе.


Но допустим, что есть почти экстремальная черная дыра, которая приближается к максимальным значениям, но не достигает их. Такая черная дыра может существовать, по крайней мере, теоретически. Опровергнет ли это теорему об отсутствии волос?


В докладе, опубликованном в конце января, показано, что это возможно.


Более того, земные детекторы гравитационных волн могут уловить такие волосы.

«Аретакис предположил, что существует некоторая информация, которая остается на горизонте событий», — прокомментировал Гаурав Ханна, физик из Массачусетского университета и Университета Род-Айленда, один из соавторов исследования.


Ученые предполагают, что свидетельства образования черной дыры или более поздних возмущений горизонта событий (например, падение вещества в черную дыру) могут создавать гравитационную нестабильность на горизонте событий почти экстремальной черной дыры или рядом с ним.


«Мы предполагаем, что гравитационный сигнал, который мы обнаружим, будет сильно отличаться от обычных черных дыр, которые не являются экстремальными», — говорит Ханна.


Если у черных дыр есть волосы, значит сохраняется некоторая информация об их прошлом, — это затронет и знаменитый информационный парадокс черных дыр, который сформулирован Стивеном Хокингом, как отмечает Лия Медейрос, астрофизик из Института перспективных исследований в Принстоне.


Этот парадокс обнажает фундаментальный конфликт между общей теорией относительности и квантовой механикой, двумя столпами физики XX века.


Если опровергнем одно из условий информационного парадокса, мы сможем решить сам парадокс. Одно из условий — это теорема об отсутствии волос.


Последствия этого открытия будут значительным. «Если мы сможем доказать, что реальное пространство-время черной дыры за пределами черной дыры отличается от того, что мы ожидаем увидеть, тогда, я думаю, это будет иметь действительно огромное значение для общей теории относительности», — сказала Медейрос, соавтор октябрьского доклада, который посвящен тому, соответствует ли наблюдаемая геометрия черных дыр предположениям.


Однако, пожалуй, самым захватывающим моментом исследования является то, что оно открывает путь, как объединить наблюдения за черными дырами и фундаментальную физику. Обнаружение волос на черных дырах, пожалуй, на самых экстремальных астрофизических лабораториях во Вселенной, может позволить исследовать такие идеи, как теория струн и квантовая гравитация, таким способом, каким раньше это было невозможно.


Оказывается, уравнения Эйнштейна настолько сложны, что мы ежегодно открываем новые их свойства. Пол Чеслер

«Одна из больших проблем с теорией струн и квантовой гравитацией заключается в том, что эти предположения сложно проверить, — утверждает Медейрос, — так что, если у нас есть что-то, что можно проверить даже удаленно, это просто потрясающе».


Однако встречаются и серьезные препятствия. Нет уверенности в существовании почти экстремальных черных дыр. По словам Чеслера, в лучших моделях на данный момент обычно образуются черные дыры, которые на 30% отличаются от экстремальных значений. И даже если почти экстремальные дыры существуют, не совсем понятно, достаточно ли чувствительны детекторы гравитационных волн для определения нестабильности по волосам.


Более того, предполагается, что волосы крайне скоротечны, они длятся доли секунды.


Но сам доклад выглядит основательным. «Я не думаю, что кто-то в сообществе сомневается в этом», — сказал Чеслер.


Следующий этап — посмотреть, какие сигналы мы будем обнаруживать с помощью детекторов гравитационных волн: сейчас мы работаем с LIGO и Virgo, но запускается новые инструменты, например, LISA, совместный эксперимент Европейского космического агентства и НАСА по исследованию гравитационных волн.


«Теперь следует опираться на их работу и действительно вычислить, какой будет частота гравитационного излучения. Важно понять, как мы можем измерить и идентифицировать его», — отмечает Хельви Витек, астрофизик из Университета Иллинойса, Урбана-Шампейн.


Хотя шансы обнаружить волосы не так велики, такое открытие поставит под сомнение общую теорию относительности Эйнштейна и докажет существование почти экстремальных черных дыр.


«Мы хотели бы знать, позволяет ли природа существовать такому зверю», — говорит Ханна.

Автор: Jonathan O'Callaghan

Оригинал: https://habr.com/ru/company/timeweb/blog/543642/

Показать полностью 1
Отличная работа, все прочитано!