Рейтинг@Mail.ru
Поиск
x
National Geographic №194, ноябрь 2019
Журнал №71, сентябрь–октябрь 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

Взгляд за черту

Текст: Тимоти Феррис Фотографии: Джо Макнелли
11 августа 2011
/upload/iblock/fdf/fdf5ab694010cbc3ec985fd53002327d.jpg
Большой бинокулярный телескоп, cооруженный в Аризоне, оснащен зеркалами-близнецами, которые создадут изображения в десять раз четче, чем космический телескоп «Хаббл».
Фото: Джо Макнелли
/upload/iblock/2f7/2f7f0b84ec606b275dc82536758ded20.jpg
Окно во вселенную. На 128 мониторах компьютерного центра НАСА в Калифорнии видна искусственно окрашенная в красный и зеленый цвета туманность, занимающая обширный район нашей Галактики. Система Hyperwall-2 («Гиперстена-2») помогает наглядно отобразить огромный объем данных, предоставляемых новейшими телескопами.
Фото: Джо Макнелли
/upload/iblock/79d/79d1a34f9caa43d7cd5c8b0b241caa6f.jpg
Начало. Телескоп четыреста лет назад, вероятно, изобрели в Голландии, однако итальянец Галилей, разгадав устройство «зрительной трубы», создал свой прибор (на фото, хранится в Музее истории науки во Флоренции) и впервые направил его на звезды. В простую деревянную трубку около метра длиной Галилей вставил две линзы, собирающая была объективом, а рассеивающая – окуляром. Вскоре немец Иоганн Кеплер вставил собирающую линзу и в окуляр, а система Галилея до сих пор используется в театральных биноклях.
Фото: Джо Макнелли
/upload/iblock/5a1/5a107f17514207305ffa7bdd77da824a.jpg
Производство зеркала. Пятикилограммовые стеклянные болванки укладывают в литейную форму, напоминающую пчелиные соты, в Университете Аризоны. Пустые ячейки помогают уменьшить массу зеркала – а чем оно легче, тем быстрее приспосабливается к переменам температуры.
Фото: Джо Макнелли
/upload/iblock/bd3/bd32265271817045ff16bb205d549e1d.jpg
По мере того как стекло плавится, форма вращается, чтобы зеркало получилось вогнутым и могло собирать свет далеких звезд, направляя его внутрь телескопа.
Фото: Джо Макнелли
/upload/iblock/9dc/9dc9d3f9f13aa8a689192e011f9ddb0d.jpg
Широкий диапазон Мощные тягачи повезут несколько десятков 7- и 12-метровых антенн в глубину чилийской пустыни. Из этих антенн будет сформирован один огромный радиотелескоп поперечником в несколько километров.
Фото: Джо Макнелли
/upload/iblock/c23/c23f95a2582c76b881628adb56bf7c8d.jpg
Так он будет выглядеть в завершенном виде. Радиотелескоп ALMA сможет собирать данные о далеких облаках пыли и газа, из которых возникли звезды, планеты и галактики.
Фото: Джо Макнелли
/upload/iblock/942/942a92adda8769b2024fef440683bf08.jpg
Новый шанс ветерана. 5,1-метровый телескоп Хейла с горы Паломар (Калифорния) 60 лет служил на переднем крае науки, помогая делать исключительно важные открытия, связанные с изучением галактик и квазаров. Сегодня адаптивная оптическая система позволяет телескопу получать еще более четкие и детальные снимки.
Фото: Джо Макнелли
Новое поколение телескопов покажет нам историю Вселенной и будет искать двойников Земли.
Однажды, четыреста лет назад, Галилео Галилей направил в звездное небо свой первый телескоп. Результат превзошел самые смелые ожидания – ученый увидел пятна на Солнце, кратеры на Луне (а считалось, что небесные тела сотканы из неземного эфира) и четыре спутника, вращающиеся вокруг Юпитера наперекор все догматам о Земле как о центре мира. Ученого заподозрили в шарлатанстве... Однако новый прибор вскоре стал необычайно популярным, и сильные мира сего чуть ли не в очередь выстраивались за право взглянуть на звезды «вооруженным глазом». Неудивительно – изобретение открыло такое множество ранее невидимых светил, что, попытавшись нанести на карту звезды одного лишь созвездия Орион, Галилей сдался, признав, что ошеломлен их количеством. И, конечно, вскоре ученый приступил к изготовлению новых телескопов, улучшая «качество изображения» (а некоторые правители тем временем слали просьбы открыть и для них «какую-нибудь звезду»). Галилей стал удлинять трубу телескопа – при этом увеличение возрастало, а ореол ложных цветов, так называемая хроматическая аберрация, – ослабевал. Его последователи с энтузиазмом продолжали совершенствовать телескопы со стеклянными линзами.
Большой синоптический телескоп сможет улавливать свет, который добирался до нас более десяти миллиардов лет. Учитывая, что предполагаемый возраст Вселенной – чуть меньше 14 миллиардов лет, БСТ сможет снять 70 процентов ее истории.
Ян Гевелий из Данцига (нынешнего Гданьска) смастерил телескоп длиной 46 метров – он был подвешен на канатах и колебался от малейшего дуновения ветра. Голландцы братья Гюйгенс явили миру длиннющий телескоп, у которого вовсе не было трубы: линза объектива была установлена на высокой платформе в поле, а астроном, находившийся в 60 метрах от линзы, наводил на нее увеличительное стекло, сквозь которое смотрел. И новые смутные огоньки лишь порождали желание увидеть больше. Настоящим прорывом стало изобретение Исаака Ньютона – зеркальный телескоп. Вогнутое зеркало, заменившее линзу, собирало звездный свет, а плоское диагональное зеркало отправляло его вбок, за пределы трубы, где изображение рассматривали через окуляр. Зеркалу нужна лишь односторонняя шлифовка, а с другой стороны его можно как угодно крепить и поддерживать. Потому зеркало могло быть сколь угодно большим, не деформируясь под своей тяжестью в отличие от линз. Зачем создавать звезды. Однако зеркала больше определенного размера все равно до недавнего времени не создавали – во-первых, из-за несовершенства технологии, а во-вторых, потому, что их создание считалось бесполезным. Звезды на ночном небосклоне кажутся нам большими и сияющими из-за турбулентности, вызванной движением воздушных потоков. Чем больше зеркало телескопа, тем сильнее влияние атмосферных искажений, что делает установку огромного зеркала бессмысленной. Эту проблему не так давно решило применение адаптивной оптики (АО). Типичная система АО состоит из вспомогательного зеркала с изменяемой формой. Система следит за звездой с известными параметрами и определяет по ней характер атмосферного влияния. Более тысячи раз в секунду зеркало меняет свои очертания и «исправляет» поток звездного света, удаляя искажения, внесенные атмосферой. Если подходящей звезды рядом с наблюдаемым объектом не оказывается, ее зажигают искусственно: система посылает лазерный луч в тонкий слой атомов натрия, находящийся на высоте 90 километров, и атомы начинают светиться. «Это просто поразительно, – говорит астроном Скотт Фишер. – Стоит включить АО, и размытая мерцающая звездочка – раз! – превращается в четкую точку». Наглядный пример эффективности АО – открытие астронома Андреа Гезз. Андреа сумела проследить движение семи звезд, вращающихся вокруг невидимой черной дыры в центре нашей Галактики. Без АО все семь звезд были бы для Гезз сплошным мерцающим пятном. А с помощью системы, основываясь на стремительном движении светил, Андреа подсчитала: масса черной дыры равна массе четырех миллионов Солнц. И вычислила, что дыра обладает достаточной гравитационной силой, чтобы менять путь тел, проходящих слишком близко к ядру Галактики. Уже обнаружено несколько таких звезд, для которых встреча закончилась изменением маршрута и чудовищным разгоном. Трое с гавайев. Крупнейшие из современных наземных телескопов оснащены зеркалами метров десять в диаметре. Три из них – «Джемини-Север», «Субару» и «Кек» – находятся недалеко друг от друга на вершине 4205-метрового потухшего вулкана Мауна-Кеа (Гавайи). 40 процентов земной атмосферы остается ниже, равно как и большая часть водяного пара, непроницаемого для инфракрасных волн, которые как раз очень важны для изучения. Четыре главных детектора «Джемини», похожего на серебристую луковицу, установлены на конструкцию типа карусели, и, вращаясь, камеры и спектрометры всегда могут занять нужное место. На закате створки, сдвигаясь, обнажают окна высотой с трехэтажный дом. Приборы телескопа «Субару» разложены по нишам, словно огромные бутыли в винном погребе. Когда требуется определенный прибор, робот-тележка подъезжает к нужной нише, берет прибор, подвозит его к телескопу и устанавливает, подсоединяя провода и трубы охлаждающей системы. Ну а «Кек» – это два идентичных телескопа, оснащенных десятиметровыми зеркалами, состоящими из 36 сегментов (весом почти 400 килограммов каждый). Работа на облаках. Современные звездочеты с Мауна-Кеа сидят за трубой телескопа и лично поворачивают ее, не чаще, чем надевают мантии и колпаки, расшитые звездами, то есть никогда. Телескопы здесь настолько автоматизированы, что на закате сами очищают оптику от пыли, раздвигают створки, делают серию наблюдений, фотографируя и снимая видео, в случае ухудшения погоды закрывают створки – и все это без вмешательства человека. Машины сами выстраивают порядок наблюдений так, чтобы предельно эффективно использовать каждую минуту. Конечно, люди продолжают работать ночами, следя, чтобы автоматы выполняли функции идеально. Хотя на высоте четыре тысячи метров из-за разреженной атмосферы непросто и думать, и дышать. Кое-кто из ученых и инженеров смог адаптироваться, но многие постоянно носят кислородные маски. «Здесь мы строго следуем инструкциям, словно дрессированные обезьянки – на высоте импровизация может обернуться катастрофой. Над результатами будут думать на уровне моря», – говорит Скотт Фишер, работающий на «Джемини». Те, кто будет думать над результатами, редко сами приезжают в обсерваторию. Большинство из них по Интернету посылают запросы и получают результаты. Так, над заданиями Джеффа Марси телескоп «Кек» работает гораздо чаще, чем над любыми другими, – однако сам Марси многие годы здесь не бывал. Его группа изучения экзопланет (планет вне Солнечной системы) базируется далеко от Мауна-Кеа, в Университете Беркли. Это не помешало команде Марси открыть уже более 150 планет, вращающихся вокруг иных звезд.
Если бы мы сегодня встретили на просторах космоса двойник Солнечной системы, наши телескопы обнаружили бы лишь Юпитер и Сатурн. Пока.
Свет из прошлого. В планах – создание еще более масштабных телескопов, делающих снимки быстрее и качественнее. Среди гигантов, ожидаемых в ближайшем десятилетии, – гигантский телескоп «Магеллан», Тридцатиметровый телескоп и 42-метровый Европейский сверхбольшой телескоп – уменьшенная версия 100-метрового Ошеломляюще большого телескопа, проект которого был положен под сукно еще на стадии обсуждения: выяснилось, что и бюджет его будет ошеломляюще большим. А скоро в Чилийских Андах появится Большой синоптический телескоп (БСТ). Его 8,4-метровое зеркало было отлито в августе прошлого года во вращающейся печи, расположенной под трибунами футбольного стадиона. Поле зрения у БСТ будет шире, чем у его предшественников. Широкоугольный телескоп сможет улавливать свет, который добирался до нас более десяти миллиардов лет. Учитывая, что предполагаемый возраст Вселенной – чуть меньше 14 миллиардов лет, БСТ сможет снять 70 процентов ее истории. Телескоп получит изображения отдаленных галактик и зафиксирует события, случившиеся миллиарды лет назад. «За несколько ночей он сфотографирует все небо, – говорит директор БСТ Тони Тайсон. – За десять лет – сделает кино об истории Вселенной». Причем события БСТ сможет снимать и быстротечные – благодаря выдержке в 15 секунд. Многие астрономы и даже любители, установившие телескоп во дворе или на даче и использующие обычные фотоаппараты, часто фиксируют странные быстротечные явления. Скажем, вы делаете ряд снимков, и на одном из них потом видите пятно света, которого не было ни раньше, ни позже. Это может быть след пронесшегося астероида, синяя вспышка на тусклой красной звезде – и кто знает что еще... Короткие многократные выдержки БСТ разрешат немало загадок такого рода. Темная сила на короткой выдержке. Астрономы надеются, что БСТ поможет ответить и на два главных для них сегодня вопроса: о природе темной материи и темной энергии. Темная материя выдала себя нам лишь гравитацией – ее воздействием объясняют слишком высокую скорость вращения галактик. Никак иначе эту материю, не испускающую и не поглощающую свет, обнаружить нельзя. Темной энергией назвали таинственный феномен, благодаря которому последние пять миллиардов лет растет скорость расширения Вселенной. «Это несколько жутковато, – сознается Тони Тайсон. – Как будто вы летите в самолете и вдруг понимаете, что управляете им не вы, а неведомая сила». Ученые надеются, что БСТ «осветит» эти темные явления с помощью акустики. Большой взрыв, создавший нашу Вселенную, был, очевидно, шумным событием. Звук не может распространяться через вакуум современного космоса – но после Большого взрыва Вселенная была густой однородной плазмой. Отзвуки взрыва резонировали в этой изначальной плазме, и именно эти гармонии могли заставить материю в одних точках скапливаться, а в других – нет, формируя карты галактик. Если смоделировать возможное формирование по законам акустики, нанести получившуюся модель на карту, а с помощью БСТ составить точную карту структур Вселенной и найти разницу между двумя картами – эта разница может прояснить влияние темных явлений. В ожидании второй земли. Огромные возможности открывают телескопы-спутники, работающие на земной орбите. Космический телескоп «Хаббл» (на орбите с 1990 года) уже подтвердил теории о Вселенной, расширяющейся с ускорением, о сверхмассивных черных дырах в центрах галактик, сфотографировал рождение новых звезд, получил данные о планетах вне Солнечной системы и предоставил еще много важной информации. В мае этого года команда шаттла «Атлантис» отремонтировала «Хаббл» в космосе, что стало самой опасной миссией за всю историю шаттлов. Главная цель стартовавшего в марте 2009 года спутника «Кеплер» – поиск планет, подобных Земле размерами и находящихся в условиях, подходящих для возникновения жизни, то есть расположенных не слишком близко к звезде и не слишком далеко от нее. Во Вселенной обнаружено уже более трехсот планет, но почти все – ледяные либо огненные гиганты. Правда, если бы мы сегодня встретили на просторах космоса двойник Солнечной системы, наши телескопы обнаружили бы лишь Юпитер и Сатурн (пока). «Кеплер» методично снимает перспективное созвездие Лебедя, высматривая мельчайшие затемнения, возникающие, когда планеты проходят перед своими звездами. Затем группа Джеффа Марси с помощью телескопа «Кек» займется тщательным изучением отмеченных «Кеплером» звезд, чтобы подтвердить или опровергнуть наличие планет. А со временем, вероятно, в космосе раскинутся гигантские телескопы, которые смогут в мельчайших подробностях снимать для нас все, что происходит на поверхностях планет, подобных Земле, в созвездии Лебедя, да и в других. Но самые интересные из открытий, которые нам готовят телескопы, предсказать нельзя. Скорее всего, это будет нечто совсем новое, пока невообразимое. Знаменитый астроном-наблюдатель Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная расширяется, почти случайно. Случайно открыли и темную материю, и темную энергию. Такова роль телескопа со времен Галилея – постепенно показывать истину, раз за разом переворачивая сложившееся представление о ней. «Телескоп в высшей степени правдив», – сказал когда-то Галилей, которого подозревали в создании оптических обманов.