Обращенные к звездам. Прошлое, настоящее и будущее астрономии - Эмили Левеск

я уже болтала на равных с остальными наблюдателями.)

— Кстати, мы как раз сейчас собираемся сменить объекты и перейти к…

Наблюдатель продолжал говорить, но тут что-то щелкнуло у меня в голове и все наконец встало на свои места: телескоп вел наблюдение прямо сейчас, днем. Я об этом знала, но на самом деле у меня еще не уложилось в голове, что эти антенны вокруг меня прямо сейчас собирают данные, улавливая радиоизлучение от звезд и галактик, которые были невидимы за солнечным сиянием для моих глаз, привыкших ловить свет ночью, но очень заметны для радиотелескопа, в восприятии которого солнечный свет относительно тусклый. Когда я шла встречать свою первую экскурсионную группу, я запомнила этот факт, чтобы обязательно удивить им гостей обсерватории. Мы стояли не просто среди научных приборов. Мы стояли в центре научного исследования, которое активно велось у нас на глазах. Таков странный и фантастический мир радиоастрономии.

Такие радиотелескопы, как VLA или злополучный 300-футовый телескоп в Грин-Бэнк в Западной Виргинии, на первый взгляд не очень похожи на «обычные» — блестящие зеркальные установки, спрятанные в куполах и осторожно выдвигаемые для наблюдений только ночью. У большинства радиотелескопов нет куполов, а изогнутая поверхность хотя и напоминает зеркало телескопа, но выглядит не как сверкающее зеркало, а скорее как гигантская металлическая чаша.

Дело, конечно, в том, что мы смотрим на них человеческими глазами. Радиотелескопы работают на дальнем конце электромагнитного спектра, улавливая свет с длинами волн, измеряемыми в миллиметрах, сантиметрах и даже полных метрах, что далеко выходит за пределы узкого диапазона, доступного нашему зрению. Для улавливания волн такой длины поверхности этих радиотелескопов делают блестящими; радиоизлучение, льющееся с неба, отражается от радиоприемника и фокусируется в детекторе почти так же, как оптический свет отражается от традиционного зеркала.

На таких длинных волнах также проще использовать метод интерферометрии, которая позволяет нескольким антеннам VLA функционировать как единый телескоп. При интерферометрии множество разных телескопов (и не важно, расположены они в нескольких метрах друг от друга или на разных континентах) становятся блестящими точками на гигантском виртуальном зеркале. Астрономы могут направить эти телескопы на один и тот же объект, записать радиоданные с этого объекта на каждый телескоп, а затем отправить их в одно устройство, которое на их основе создаст конечное изображение. Это сложный метод, но объединять данные проще на более длинных волнах, так что для радиоастрономии он прекрасно подходит.

Полученный результат стоит всех усилий. Чем больше расстояние между телескопами, тем шире наше виртуальное зеркало и тем четче конечное изображение, даже несмотря на то, что «зеркало» в основном состоит из пустого пространства (вот почему антенны VLA установлены вдоль рельсов и могут быть расположены в четырех различных конфигурациях). 2017 год был отмечен наивысшим достижением в интерферометрии: объединив радиотелескопы в Аризоне, на Гавайях, в Мексике, Чили, Испании и на Южном полюсе в один телескоп величиной с планету, ученые впервые сфотографировали черную дыру. В апреле 2019 года эти снимки опубликовали, и фотографии черной дыры в 6,5 миллиарда раз массивнее нашего Солнца, находящейся в сердце Галактики на расстоянии 53 миллионов световых лет от нас, появились в новостях по всему миру.

Даже один-единственный радиотелескоп открывает целый ряд новых научных возможностей благодаря тому, что работает в этом необычном, но интересном режиме длинных радиоволн. Наблюдение за радиоизлучением позволяет нам изучать все — от магнитного поля Юпитера до мест рождения новых звезд и даже затухающего фонового излучения, оставшегося после Большого взрыва.

А еще радиообсерватории необычайно эффектно выглядят. VLA, прославившаяся благодаря фильму «Контакт», «снималась» практически везде — от музыкальных клипов до телевизионной рекламы. Еще один радиотелескоп, представленный в «Контакте», — обсерватория Аресибо, огромная 300-метровая тарелка, встроенная в естественное углубление карстовой воронки на северо-западе Пуэрто-Рико. Хотя в такой конструкции сама тарелка неподвижна, телескоп полноценно работает благодаря приемнику, подвешенному над тарелкой на высоте полторы сотни метров на трех огромных кабелях: приемник перемещается и нацеливается на нужные небесные объекты. Поклонники Джеймса Бонда также наверняка знакомы с Аресибо, сами того не зная: в фильме «Золотой глаз» эта обсерватория сыграла роль секретной антенны, скрытой под озером, с помощью которой главный злодей управляет спутниками. В кульминационный момент фильма Бонд (в исполнении Пирса Броснана) и злодей (которого играет Шон Бин) сражаются на шаткой платформе приемника, пока Бонд не сбрасывает своего противника на тарелку (добавив Аресибо к длинному и славному списку «киноубийц Шона Бина»).

Поскольку в радиоастрономии мы работаем с длинными волнами, радиотелескопы способны выполнять такие виды наблюдений, которые недоступны обычным телескопам, не говоря уже о впечатляющих достижениях в области интерферометрического взаимодействия и фотографирования черных дыр.

Как я узнала в свой первый день в качестве гида в VLA, радиотелескопы могут успешно вести наблюдения в любое время суток. А также при ярком солнечном свете, облаках и дожде, и даже ветер становится серьезной проблемой только в том случае, если достаточно сильно шатает антенну, что может физически повлиять на качество сигнала.

Радиотелескопу не помеха и снег в умеренных количествах — многие радиотелескопы спокойно продолжают наблюдение в снегопад и даже в метель. Единственная реальная трудность возникает, когда снег начинает скапливаться в тарелках, так как его вес может искривлять тарелку или создавать нагрузку на двигатели. В радиообсерваториях используют разные способы уборки снега. В Грин-Бэнк однажды в порядке эксперимента развели под телескопом огонь, рассчитывая растопить снег. (Эксперимент не удался — первые же капли от растаявшего снега потушили огонь. Ох уж эти астрофизики!) Там же, в Грин-Бэнк, пробовали сдуть снег с 300-футового телескопа с помощью реактивного двигателя компании Rolls-Royce. А у VLA есть специальный режим «сброс снега»: все двадцать семь тарелок одновременно наклоняют как можно ниже, чтобы просто вывалить оттуда снег, затем поворачивают тарелки так, чтобы ветер сдул остатки, и направляют на солнце, чтобы растопить лед. Другие радиотелескопы используют значительно более простой в техническом отношении способ, который известен в среде моих коллег как «аспирант с метлой».

Если бы кто-то попробовал подойти с метлой или реактивным двигателем к зеркалу оптического телескопа, инженеры обсерватории немедленно задушили бы его, но для радиотелескопов эти методы вполне годятся. Мы помним, что отражающая поверхность телескопа должна иметь кривизну с точностью до 5 % от длины волны света, которую он фокусирует. Это означает, что в то время как форма зеркала, отражающего коротковолновый оптический свет, может отклоняться от совершенства лишь на толщину волоска, у радиотелескопов допустима погрешность в несколько миллиметров. Как будто немного, но это означает, что по радиотелескопам можно в буквальном