Международная астрофизическая обсерватория «Гранат» — советская (а затем российская) орбитальная обсерватория, разработанная совместно с Францией, Данией и Болгарией. Семь инструментов обсерватории покрывали диапазон энергий от оптического (прибор «Подсолнух») до гамма (приборы «Фебус» и «Конус-Б»); один из основных инструментов обсерватории — телескоп жесткого рентгеновского диапазона SIGMA. Обсерватория работала на орбите более 9 лет.
Запущена на орбиту 1 декабря 1989 года ракетой-носителем «Протон» на высокоапогейную орбиту с периодом обращения вокруг Земли 4 дня, из которых научные наблюдения проводились в течение каждых 3 дней. В сентябре 1994 года, после практически 5 лет работы на орбите в режиме направленных наблюдений рабочее тело для двигателей разворота подошло к концу и обсерватория была переведена в режим сканирования. Передача данных с обсерватории была закончена 27 ноября 1998 года. 25 мая 1999 года вошла в атмосферу и разрушилась.The Aerospace Corporation, Center for Orbital and Reentry Debris Studies /вебархив/
Телескоп АРТ-П впервые провел глубокий обзор обширной области Балджа галактики, открыв более десятка неизвестных ранее аккрецирующих чёрных дыр и нейтронных звезд. Приборы WATCH и PHEBUS составили подробные каталоги гамма-всплесков. Телескоп SIGMA впервые позволил построить изображение области центра галактики с беспрецедентным для таких больших энергий () угловым разрешением минут.
Космический аппарат
«Гранат» представлял собой трёхосностабилизированный космический аппарат, последний из серии аппаратов класса «Венера», произведённых в НПО им. Лавочкина (аппарат был аналогичен орбитальной обсерватории «Астрон», работавшей в ).
Вес космического аппарата , из них составлял вес научной аппаратуры. Длина космического аппарата , размах лопастей солнечных батарей . Энергопотребление научной аппаратуры составляло приблизительно .
Запуск и орбита
Орбитальная обсерватория была запущена 1 декабря ракетой-носителем «Протон» с космодрома Байконур. Спутник был выведен на высокоапогейную (апогей , перигей ) орбиту с периодом обращения и углом наклонения орбиты . При такой орбите возмущения, создаваемые Луной и Солнцем, со временем должны были существенно увеличить наклонение орбиты и уменьшить её эксцентриситет (к моменту входа в атмосферу орбита космического аппарата была практически круговой)
Три из четырёх дней каждой орбиты были посвящены научным наблюдениям, в течение четвёртого дня каждого витка аппарат находился в радиационных поясах Земли и научная аппаратура отключалась.
Изменения орбиты обсерватории «Гранат» (предсказания ) Date Перигей(км) Апогей, (км) Арг.перицентра (градус) Накл.(градус) Долг.восх.узла(градус) 1 декабря 1989 2.000 200.000 285 51,5 20,0 1 декабря 1991 23.893 179.376 311,9 82,6 320,3 1 декабря 1994 58.959 144.214 343,0 86,5 306,9 1 декабря 1996 42.088,8 160.888 9,6 93,4 302,2 1 декабря 1997 24.004,5 179.066 14,6 93,4 302,2 1 декабря 1998 6.302,5 196.854 17,0 65,6 292,9 июнь 1999 182,8 202.891 21,6 49 283,3
Предсказание даты схода с орбиты подтвердилось с большой точностью.
Научные инструменты обсерватории
SIGMA
Телескоп рентгеновского диапазона SIGMA был произведен совместно Центром изучения космических излучений (CESR, Тулуза, Франция) и Центром ядерных исследований (CeA, Сакле, Франция). Телескоп SIGMA был первым прибором на орбитальных обсерваториях, способным строить изображения в жёстком рентгеновском диапазоне ().
Для построения изображений использовался принцип кодирующей апертуры.
Эффективная площадь его детектора составляла около , эффективное поле зрения ~9°×9° (поле зрения на максимуме чувствительности ~5°×5°) . Угловое разрешение 15 угловых минут, энергетическое разрешение 8 % на энергии Sigma — The hard X-ray and soft gamma-ray telescope on board the GRANAT space observatory
АРТ-П
Телескоп АРТ-П (Рентгеновский Телескоп — Позиционно-чувствительный) был создан в Отделе астрофизики высоких энергий Института космических исследований АН СССР (Москва). Рабочий диапазон энергий телескопа . Телескоп состоял из 4 идентичных модулей («голов»), каждая из которых содержала позиционно чувствительный газовый счётчик и кодирующую маску.
Каждый модуль имел эффективную площадь около и поле зрения 1,8°×1,8°. Угловое разрешение телескопа АРТ-П — минут, временное разрешение , энергетическое разрешение 22 % на энергии . Чувствительность телескопа за типичное время экспозиции 8 часов составляла примерно ( от потока Крабовидной туманности — известного стандарта рентгеновской астрономии)X-ray telescopes ART-P and ART-S for the GRANAT project ..
АРТ-С
Инструмент АРТ-С, также произведённый в ИКИ (Институте космических исследований), представлял собой коллимированный спектрометр с полем зрения 2°×2°. Инструмент состоял из 4 отдельных модулей с многопроволочными пропорциональными газовыми счётчиками общей площадью на и на . Временное разрешение . В результате технических проблем прибор фактически не работал.
PHEBUS Эксперимент PHEBUS был предоставлен Центром по изучению космических излучений (Сакле, Франция) для регистрации всплесковых событий на высоких энергиях (). Он состоял из шести независимых сцинтилляционных детекторов — кристаллов германата висмута BGO диаметром и толщиной в окружении пластиковой антисовпадательной защиты. Кристалла были расположены в разных местах спутника таким образом, чтобы осматривать все небо (4 стерадиан). Всплесковый режим записи детекторов включался, если скорость счёта детектора превышала 8 стандартных отклонений на шкалах времен 0,25 или . События записывались в 116 энергетических каналах.
WATCH
Инструмент WATCH, созданный Датским институтом космических исследований, являлся монитором всего неба в диапазоне энергий . Работа прибора была основана на принципе вращающейся модуляции. Одновременно прибор покрывал примерно 75 % всего неба. Энергетическое разрешение прибора 30 % на . В периоды между всплесками запись скорости счёта детектора велась с разрешением 4, 8 и (в зависимости от доступной телеметрии). Во время всплесков скорость счёта детекторов записывалась с временны́м разрешением в 36 энергетических каналах.
КОНУС-Б
Инструмент КОНУС-Б был создан в Физико-техническом институте им. Иоффе (Санкт-Петербург) и состоял из семи сцинтилляционных детекторов, расположенных в разных местах космического аппарата. Рабочий диапазон энергий прибора . Каждый детектор прибора состоял из кристалла NaI(Tl) диаметром и толщиной , закрытого бериллиевым входным окном. Боковые грани кристаллов были закрыты слоем свинца. Порог детектирования всплесков от 5 до , в зависимости от времени нарастания потока всплеска. Спектры всплесков записывались двумя анализаторами пульсов в канале, первые записывались с временны́м разрешением , а для остальных каналов временное разрешение определялось доступной телеметрией.
Инструмент КОНУС-Б работал с до . За этот период инструмент зарегистрировал около 60 солнечных вспышек и
«Подсолнух» Российско-болгарский прибор «Подсолнух» (TOURNESOL) состоял из четырёх пропорциональных счётчиков и двух оптических детекторов. Пропорциональные счётчики регистрировали фотоны в диапазоне энергий в поле зрения 6°×6°. Оптические детекторы имели поле зрения 5°×5°. Основной задачей инструмента был поиск послесвечений гамма-всплесков, а также спектральный анализ самих всплесков. Поворотная платформа прибора позволяла за достаточно короткое время перенаводить его основные инструменты в направлении на гамма-всплеск, обнаруженный, например, прибором КОНУС-Б. Прибор фактически являлся предшественником современной обсерватории SWIFT, основные инструменты которой перенаводятся на гамма-всплески, обнаруженные широкоугольным телескопом — монитором гамма-всплесков.
В результате технических проблем прибор «Подсолнух» практически не работал в штатном режиме.
Научные результаты За первые четыре года направленных наблюдений «Гранат» провёл наблюдения большого количества галактических и внегалактических источников, акцентируя особое внимание на получение глубоких (высокочувствительных) изображений области Центра Галактики и получение высококачественных широкополосных спектров различных рентгеновских новых. После обсерватория была переведена в режим сканирования. После этого, в период обсерватория провела последнюю серию наблюдений области Центра Галактики (в этой серии наблюдений был, например, открыт кандидат в чёрные дыры GRS 1737-31).
Среди наиболее значимых результатов обсерватории необходимо отметить: Глубокие изображения области Центра Галактики в жёстком ()M.G. Revnivtsev, R.A. Sunyaev, M.R. Gilfanov, E.M. Churazov, A. Goldwurm, J. Paul, P. Mandrou and J. P. Roques «A hard X-ray sky survey with the SIGMA telescope of the GRANAT observatory», (2004) Astronomy Letters, vol. 30, p.527-533 и мягком ()X-ray map of the Galactic center region obtained with the ART-P telescope on board the GRANAT observatory рентгеновских диапазонах, при помощи которых был открыт большой ряд неизвестных ранее чёрных дыр и нейтронных звезд в нашей Галактике Открытие ряда кандидатов в чёрные дыры и нейтронных звезд. Среди них — один из наиболее загадочных источников на рентгеновском небе — первый обнаруженный микроквазар GRS 1915+105Discovery and observations by watch of the X-ray transient GRS 1915+105 Открытие квазипериодических осцилляций рентгеновской яркости ряда аккрецирующих чёрных дыр в нашей Галактике, например, Лебедя X-1Discovery of a low-frequency broad quasi-periodic oscillation peak in the power density spectrum of Cygnus X-1 with Granat/SIGMA и GX 339-4Detection of Quasiperiodic Oscillations of X-Rays from the Black-Hole Candidate GX:339-4 Открытие эмиссионных линий аннигиляции электронов и позитронов в спектрах излучения источников 1E1740-294 и GRS 1124-683Three spectral states of 1E 1740.7 — 2942 — From standard Cygnus X-1 type spectrum to the evidence of electron-positron annihilation feature Sigma discovery of variable e(+)-e(-) annihilation radiation from the near Galactic center variable compact source 1E 1740.7 — 2942 Получение высококачественных широкополосных спектров ряда кандидатов в чёрные дыры и нейтронных звезд. Открытие протяжённого жёсткого () диффузного излучения вокруг Центра Галактики — эхо прошлой активности центральной сверхмассивной чёрной дыры Стрелец А*.
В целом по результатам наблюдений обсерватории «Гранат» опубликовано более в различных советских (российских) и зарубежных научных журналах. В научной литературе существует около со ссылками на результаты наблюдений обсерватории «Гранат».
Влияние распада Советского Союза После распада Советского Союза работы с обсерваторией «Гранат» столкнулись с двумя основными трудностями. Основная станция управления обсерваторией, находившаяся в Евпатории (Крым), после распада Советского Союза перешла под юрисдикцию Украины, правительство которой значительно урезало финансирование работ станции.
Другой, не менее важной, проблемой стало общее недофинансирование работ по обсерватории, в результате которого даже при наличии рабочего тела для двигателей ориентации космического аппарата проводить направленные наблюдения не представлялось возможным. В течение последних лет работы обсерватории на орбите французская сторона некоторое время напрямую финансировала работы по управлению обсерваторией.
См. также RXTE ИНТЕГРАЛ Мир/Квант Список космических аппаратов с рентгеновскими и гамма-детекторами на борту
Ссылки Официальный сайт обсерватории ГРАНАТ в Институте космических исследований Архив данных изображений телескопа СИГМА (на базе службы виртуальной обсерватории Skyview) Архив гамма всплесков, зарегистрированных прибором «Фебус» Архив гамма всплесков, зарегистрированных прибором «Вотч»
Примечания
Категория:Космические телескопы Категория:Международные космические проекты Категория:Научно-исследовательские спутники Категория:Космонавтика СССР Категория:Рентгеновские телескопы Категория:1989 год в СССР Категория:Гамма-астрономия