Поиск
x
Журнал №189, июнь 2019
Журнал №70, июнь–август 2019
Это новый сайт National Geographic Россия. Пока мы работаем в режиме бета-тестирования.
Если у вас возникли сложности при работе с сайтом, напишите нам: new-ng@yasno.media
Наука
Телескоп ALMA: космический рассвет
Текст: Юдхиджит Баттачари Фотографии: Дэйв Йодер
18 апреля 2014
/upload/iblock/990/99020537b2cbb55e1611a65b6c5771b3.jpg
Антенны, составляющие Атакамскую большую миллиметровую/субмиллиметровую решетку, купаются в лучах заходящего солнца на высотном плато в пустыне Атакама.
Фото: Дэйв Йодер
/upload/iblock/f03/f0394bf44582aff69cd3318e5b48bb3d.jpg
С установкой последней из сделанных в США 25 антенн на специальное основание (справа внизу) завершается строительство самого большого и дорогого в мире (1,3 миллиарда долларов) телескопа. Международный проект, созданный усилиями европейцев, американцев и японцев, позволит заглянуть в неизученные уголки Вселенной – и увидеть их в невероятном разрешении.
Фото: Дэйв Йодер
/upload/iblock/559/559dbc723be9d37b0146478d48885d91.jpg
Здесь показаны сталкивающиеся галактики (NGC 4038/NGC 4039), удаленные на 70 миллионов световых лет от Земли. На снимок, сделанный в видимом диапазоне (синий цвет) космическим телескопом «Хаббл», наложено изображение облаков межзвездного газа, полученное во время тестирования телескопа ALMA – ни один другой телескоп зафиксировать его не мог.
Фото: Раскрашенный комбинированный снимок: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) и космический телескоп «Хаббл» (NASA/ESA). Источник: ESO
/upload/iblock/3f0/3f006c7314459145bd7347de96493a80.jpg
Глядя в глубину. Шесть гигантских тарелок стоят в полной готовности под знакомым им Большим Магеллановым облаком. Гигантский глаз ALMA способен рассмотреть глубины ранней Вселенной, где миллиарды лет назад формировались звезды и галактики.
Фото: Дэйв Йодер
Хотите приоткрыть завесу тайны происхождения звезд во Вселенной? Для этого вам понадобится телескоп размером с целый город. Знакомьтесь – перед вами ALMA.
Майским утром 1994 года два пикапа нарушили покой небольшого поселка Сан-Педро, затерянного в чилийской пустыне Атакама, поднимая клубы пыли на ведущей в горы проселочной дороге. В машинах сидели пятеро исследователей, перед которыми стояла необычная задача – отыскать самое сухое высокогорное плато на планете. Полторы недели уже ушло на прочесывание аргентинского сектора пустыни, и вот теперь экспедиция во главе с чилийским астрономом Хернаном Кинтаной, который ориентируется по карте, раздобытой у военных, устремилась к плато Чахнантор. Это плато находится на 5000 метров над уровнем моря (для сравнения: примерно на такой же высоте в Гималаях расположены два лагеря, служащие отправной точкой при восхождении на Эверест). Пустыня Атакама укрыта от влажных ветров Амазонки горной цепью Анд с востока, а воздушные массы, поступающие сюда с Тихого океана, проносясь над холодным Перуанским течением (течением Гумбольдта), не успевают насытиться влагой. Атакама – одно из самых засушливых мест на планете, в среднем здесь выпадает менее 13 миллиметров осадков за год.
На осуществление проекта потребуется 20 лет и более миллиарда долларов.
Удаленность пустыни от цивилизации и сухой разреженный воздух создают идеальные условия для наблюдений за ночным небом. Именно поэтому в регионе уже было запущено несколько крупных международных исследовательских проектов. В большинстве из них наблюдения проводятся в видимом диапазоне космического излучения – той его части, которую человеческий глаз способен разглядеть при помощи телескопа. Однако Кинтана прибыл сюда на поиски подходящего места для телескопа совсем иного типа – того, чей взор сможет проникнуть сквозь плотную завесу газов и пыли, окутывающую далекие галактики, растянувшуюся в межзвездном пространстве и окружающую сами звезды. На осуществление проекта потребуется 20 лет и более миллиарда долларов, но для начала нужно было найти подходящее место. Многие тела во Вселенной постоянно излучают энергию в различных диапазонах – это зависит от температуры их поверхности. К примеру, только что взорвавшиеся сверхновые звезды необычайно горячие. Они излучают и видимый свет, по силе равный миллиарду солнц, и коротковолновые рентгеновские и гамма-лучи, которые можно засечь с помощью специального оборудования вроде космической обсерватории NASA Чандра, запущенной в 1999 году. В противоположной холодной области спектра находятся кометы и астероиды, излучающие длинные волны в инфракрасном диапазоне, которые невозможно засечь в обыкновенный оптический телескоп. Большая часть Вселенной еще холоднее: температура облаков газа и пыли, из которых могут возникать новые звезды, чуть выше абсолютного нуля, при котором прекращается любое движение, даже на атомном уровне. Газы и пыль, оставшиеся после формирования новой звезды, начинают вращаться вокруг нее, постепенно сгущаясь, – скорее всего, именно так образуются системы планет. В 1960-х годах в попытках посмотреть сквозь эту «холодную Вселенную» астрономы поняли: зафиксировать космическое излучение в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах (не говоря уже об инфракрасном) с помощью наземных телескопов чрезвычайно сложно. Основную проблему для таких наблюдений представляют сильные помехи, создаваемые земной атмосферой. В отличие от видимого света, беспрепятственно проникающего сквозь воздух, миллиметровые и субмиллиметровые волны поглощаются и искажаются парами воды. Они излучают в том же диапазоне спектра и поэтому невольно вносят земные шумы в сигнал, прибывающий к нам из далекого космоса. Проблема усугубляется еще и тем, что энергия миллиметрового излучения намного меньше, чем у видимого света, поэтому, чтобы улавливать такое излучение, пришлось строить гигантские принимающие антенны. Чтобы решить проблему, ученые предложили объединить удаленные друг от друга тарелки приемников в массив, функционирующий как единое целое, и разместить его в самом сухом месте на Земле. К 1980-м годам в Японии, Франции, США – на Гавайях и в Калифорнии – были введены в строй первые небольшие телескопы, состоящие из нескольких антенн. Бурное развитие технологий позволило задуматься о создании гораздо большего массива из радиотелескопов, суммарная «линза» которого обеспечила бы немыслимую до этого разрешающую способность. Оставалось лишь подобрать достаточно плоское место на подходящей высоте над уровнем моря, где можно было бы установить антенны на расстоянии нескольких километров друг от друга. (Они могут располагаться на расстоянии от 150 метров до 16 километров, их можно перемещать в соответствии с задачами эксперимента. – Прим. переводчика.) А если сделать антенны мобильными, то можно будет подстраивать чувствительность телескопа, изменяя дистанцию между ними. Нужно рассмотреть в деталях пылевой диск, окружающий далекую звезду? Для этого достаточно разнести приемники подальше: это увеличит масштаб наблюдаемого в телескоп изображения. И наоборот, сблизив антенны, можно целиком запечатлеть крупные объекты вроде галактик. Определяя идеальное местоположение для будущего телескопа, группа исследователей из Европы, Японии и США сошлась на пустыне Атакама, точнее, на широко раскинувшемся у подножия горы Серро плато Чахнантор. «Бездонное небо поразило фантастической синевой – такого никто из нас в жизни не видел!» – рассказывает Рикардо Джованелли из Корнелльского университета. Замер влажности воздуха также порадовал ученых – настолько низкого значения не доводилось фиксировать ни в одном другом месте. «Никто не сомневался, что мы нашли именно то, что искали», – продолжает Джованелли. Во время второй экспедиции Роберт Браун из Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) обнаружил плато Чахнантор у подножия горы Серро – будущую площадку для телескопа ALMA. Очевидно, что осуществить такой амбициозный проект гораздо проще, объединив усилия нескольких стран. В 1999 году Национальная радиоастрономическая обсерватория и Европейская южная обсерватория (ESO) подписали соглашение о сотрудничестве, запланировав построить по 32 двенадцатиметровых антенны от каждой стороны. Японцы согласились пополнить массив 16 тарелками собственного производства. Первая антенна весом около сотни тонн прибыла из США в чилийский порт Антофагаста в апреле 2007 года. В сопровождении полицейских машин гигантскую тарелку на специальной транспортной платформе доставили к месту установки, то и дело останавливаясь в пути, чтобы дать дорогу стадам пасущихся на плато лам. Производство и доставка заняли пять лет. А установка и настройка для совместной работы в массиве потребовали невероятной точности. Только представьте себе: по команде многотонные тарелки должны синхронно повернуться к одной точке в небе (разбег по времени завершения такого маневра для всех антенн не должен превышать 1,5 секунды)! Для обработки и сведения воедино данных, поступающих со всех элементов массива, прямо на месте потребовалось установить суперкомпьютер. Требования к вычислениям были настолько жесткими, что учитывались даже температурные расширения кабелей, чтобы в любой момент времени знать точное – с погрешностью до толщины человеческого волоса – расстояние, пройденное сигналом от антенн до компьютера. Бросив с высоты птичьего полета взгляд на плато в пустыне Атакама, можно увидеть странное соседство древнего и вечного с высокими технологиями современности. Бурая поверхность плато, усыпанная белеющими точками антенн, тонет в бесконечной синеве небесной лазури: двенадцати-метровые тарелки блестят в лучах солнца. Управление массивом осуществляется дистанционно из расположенного неподалеку конт-рольного пункта. По команде находящегося за пультом специалиста многотонные антенны грациозно поворачиваются в унисон, будто огромный вес – это сущий пустяк. Для перемещения тарелок с одной позиции на другую по плато наготове стоят две сделанные по спецзаказу 28-колесные транспортные платформы (сотрудники обсерватории прозвали их Отто и Лоре). Еще до официального ввода в строй в марте 2013 года, Атакамский большой миллиметровый/субмиллиметровый телескоп ALMA уже начал оправдывать ожидания ученых. За год до этого с 16 рабочими антеннами исследователям под руководством Хоакина Виера из Калифорнийского технологического института удалось изучить процесс рождения звезд в 26 далеких галактиках. К удивлению ученых, выяснилось, что эти галактики находятся на расстоянии в среднем 11,7 миллиарда световых лет от Земли. Оказалось, что образование звезд началось всего лишь через два миллиарда лет после возникновения Вселенной! (До этого астрономы считали, что первые «конвейеры» по производству звезд в галактиках запустились как минимум на миллиард лет позже). Поток сообщений об открытиях с момента запуска ALMA не прекращается до сих пор. В июле 2013 года исследователи объявили, что снимки с высоким разрешением, сделанные с помощью телескопа, подтолкнули их к ответу на вопрос: «Почему массивные галактики столь редки во Вселенной?». На изображениях галактики Скульптор (NGC 253), удаленной на 8 миллионов световых лет от Земли, были запечатлены плотные облака холодного газа, клубами вырывающиеся из центра галактического диска. Ученые сделали вывод, что газ «выдувают» ветра от только что сформировавшихся звезд. Но если галактика лишается столь необходимого для рождения новых звезд материала, ее будущий рост оказывается под угрозой. Телескоп ALMA помогает разгадать тайны не только галактического масштаба – с его помощью астрономы пытаются понять, как формируются планеты. В прошлом году телескоп зафиксировал пылевой диск, окружающий недавно образовавшуюся звезду. Он оказался настоящим планетным инкубатором: в большем приближении удалось разглядеть сгустки материи, в которых частицы пыли налипают друг на друга, постепенно зацепляя все больше и больше своих собратьев и в результате образуя зародыш новой планеты. Так были получены первые свидетельства первых стадий процесса формирования планет. Но все это только начало: в нынешнем году будут запущены оставшиеся антенны массива, и ALMA наверняка преподнесет не один сюрприз, предоставив нам возможность разглядеть далекие галактики и звездные системы в еще более мелких деталях. Здесь, на пустынном плато, где испокон веков пасли скот, нам откроется Вселенная, какой мы ее никогда до этого не видели.