Физики из России и Армении испытали компактный телескоп SAFT и показали, что даже небольшая система с линзами диаметром всего 25 см может фиксировать следы космических лучей сверхвысоких энергий. Разработку испытали учёные Научно-исследовательского института ядерной физики МГУ и Ереванского физического института имени А. И. Алиханяна.
Эксперимент прошёл на высокогорной станции Арагац в Армении, на высоте 3200 метров над уровнем моря.
Речь идёт о космических лучах сверхвысоких энергий. Когда такая частица влетает в атмосферу Земли и сталкивается с атомами газов, возникает целый каскад вторичных частиц — так называемый широкий атмосферный ливень.
Телескоп SAFT улавливает не сами частицы напрямую, а слабое ультрафиолетовое свечение молекул азота. Оно появляется, когда через атмосферу проходит такой каскад частиц.
Обычно для подобных наблюдений используют крупные установки. Например, американская Telescope Array работает с зеркалами площадью около 10 м².
Российско-армянская группа под руководством Павла Климова пошла другим путём: учёные сделали систему компактнее и легче. Вместо огромных зеркал они использовали линзы Френеля из специального полимера, который пропускает ультрафиолет.
Такой подход позволяет создавать мобильные детекторы. Их можно применять для калибровки наземных комплексов, а также использовать на борту орбитальных станций.
Главная сложность маленького телескопа — слабый сигнал. Полезные вспышки почти тонут в шумах, поэтому отличить настоящее событие от помехи очень трудно.
Для решения этой задачи исследователи применили глубокое машинное обучение. Свёрточные нейронные сети помогли отделять реальные атмосферные вспышки от ложных сигналов, которые возникают при прямом попадании протонов в фотоприёмник телескопа.
По данным авторов работы, система смогла делать это со стопроцентной точностью. В итоге автоматическая обработка надёжно выделила более 15 событий с энергиями в диапазоне 10¹⁷–10¹⁸ эВ. Это соответствует теоретическим ожиданиям.
Испытания стали важным шагом для будущих космических миссий, включая проект ERA — Extreme Relativistic Astrophysics. Учёные также подтвердили работоспособность электроники и оптической схемы, которые изначально разрабатывались для спутников серии «Ломоносов» и орбитального детектора «УФ-атмосфера».
Если подобные приборы размещать в космосе, они смогут наблюдать огромные площади атмосферы Земли. Фактически вся планета может стать гигантским детектором для поиска самых энергичных частиц во Вселенной.
В дальнейшем исследователи планируют встроить такие малые телескопы в строящуюся в Сибири обсерваторию Тайга-100. Там компактные оптические модули будут работать вместе с черенковскими и сцинтилляционными массивами. Такая гибридная система поможет точнее изучать частицы, которые прилетают из самых мощных космических источников — сверхмассивных чёрных дыр и ядер далёких галактик.
