Рентгеновский телескоп

Опубликовано 29.01.2011 Ведущий Антон Степанов

При слове телескоп, многие обычно вспоминают распространенные оптические телескопы – с зеркалами и линзами. В них изображение космических объектов можно наблюдать глазом или фотографировать, поскольку эти наблюдения ведутся в видимом диапазоне электромагнитных волн. Другой распространенный тип – радио телескопы, регистрируют энергии, передаваемые в радиодиапазоне. Но существуют и иной тип телескопов – рентгеновские. Поскольку далекие звезды, галактики излучают не только видимый свет и радиоволны, но и рентгеновское излучение, то его так же можно зарегистрировать, и использовать для изучения космоса.
Поскольку земная атмосфера почти непрозрачна для рентгеновского излучения, такие телескопы всегда являются космическими. Т.е. установлены на искусственных спутниках. Кроме того, из за свойств рентгеновского излучения, т.е. волн с длинами волн от 10-12 до 10-7м, есть сложности с фокусировкой. Поскольку из-за высоких энергий, кванты практически не преломляются в веществе, и не отражаются при любых углах падения. Поэтому в таких телескопах применяют особые рентгеновские зеркала. Необходимо, чтобы рентгеновские лучи шли почти параллельно отражающему зеркалу. Такое зеркало представляет собой сужающуюся полую трубку с параболической или гиперболической поверхностью, в которую как раз и входит рентгеновский луч. Сейчас такие зеркала созданы для волн с длинами от 2х до 50нМ. А изготавливаются они из сотен слоев специальных сверхчистых материалов, керамики, металлической фольги. Это сложные и трудоемкие в производстве устройства, их стоимость чрезвычайно высока.
Основная проблема регистрирования рентгеновских лучей связана с тем, что рентгеновский телескоп облучается мощными потоками заряженных частиц и гамма - фотонов различных энергий, которые регистрируются им наравне с рентгеновскими фотонами. Для решения данной проблемы пользуются методом антисовпадений. Для того чтобы точно определить направление на источник рентгеновского излучения, используют устройство, которое состоит из щелевого коллиматора (набора пластин, которые ограничивают поле зрения) и звёздного датчика (регистрирует прошедший через коллиматор рентгеновский фотон). Возникший импульс тока проходит схему антисовпадений, после чего с помощью специального анализатора определяются энергетические характеристики фотона.
Еще одной более совершенной технологией является методика кодирования апертуры для получения изображений. При использовании данной технологии перед матричным детектором устанавливается маска в виде решетки, обладающей неоднородным пропусканием по всей площади (за счет чередования прозрачных и непрозрачных элементов). Такая конструкция весит гораздо меньше, поэтому ее проще использовать на спутниках. Правда, при этом требуется большая пост-обработка для получения изображения.
Современные рентгеновские телескопы работают в диапазоне энергий фотонов рентгеновского излучения от от 0,1 до сотен кэВ. Эти приборы с середины 20го века устанавливаются на различных космических станциях. Например, известная космическая обсерватория Чандра специально предназначена для исследования космоса в рентгеновском диапазоне. С помощью таких телескопов исследуется межзвездное пространство, черные дыры, нейтронные звезды. Часто используются для наблюдений за Солнцем.