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

должна была летать пассажиром. Печально покидая самолет и направляясь обратно в ближайший ангар, я переживала: а вдруг я оказалась одним из тех невезучих астрономов с «погодным проклятием» и одно мое присутствие обрекает SOFIA оставаться на земле? Я также подозревала, что только что потеряла свой единственный шанс полетать на самолете-телескопе.

В последние годы одной из ключевых задач наземных телескопов стало преодоление неудобной атмосферы нашей планеты.

Мерцание, которое делает звезды такими красивыми для обычных людей, глазеющих на звезды с земли, является вечной проблемой для астрономов, и попытки свести его к минимуму увенчались грандиозным успехом с появлением адаптивной оптики. Адаптивная оптическая система размещает компьютеризированную систему магнитов за тонкими срезами телескопных зеркал и запускает лазер в верхние слои атмосферы. Лазер возбуждает атомы натрия в атмосфере, заставляя их светиться и создавая фальшивую звезду. Сравнивая внешний вид такой звезды с теоретически идеальным изображением, которое должно получиться от лазера, система может измерять искажения атмосферы и использовать магнитную систему для настройки формы зеркала и компенсации атмосферных эффектов в режиме реального времени. В результате получается великолепное четкое изображение, имитирующее вид неба без атмосферы.

Это блестящий метод: изображения, полученные на телескопах с адаптивными оптическими системами, по четкости даже превосходят снимки, сделанные космическими телескопами, такими как «Хаббл». Однако это устраняет лишь одно из неудобств, которые доставляет астрономам воздух, которым мы дышим.

Наша атмосфера, помимо того что мешает изучать свет, достигающий поверхности земли, еще и блокирует огромную часть светового излучения, которая в результате вообще не достигает нас. Большую часть излучений на более коротких или более длинных волнах, идущих к нам из космоса, — излучений, невидимых для наших глаз, но бесценных для исследования, если мы сможем уловить их с помощью телескопа, — атмосфера просто не пропускает. Что именно задерживает волну, зависит от ее длины. Гамма-лучи и рентгеновские лучи с их чрезвычайно высокими энергиями и крошечными длинами волн отражаются от верхних слоев атмосферы. Ультрафиолетовое излучение проникает в небольших количествах (по крайней мере, достаточных, чтобы мы все время от времени обгорали на солнце), но в основном его задерживают молекулы кислорода в озоновом слое. Также до нас частично доходит инфракрасное излучение, но более длинные инфракрасные волны блокируются в атмосфере молекулами водяного пара и углекислого газа. И только в диапазоне радиочастот (субмиллиметровые и более длинные волны) излучение снова начинает проникать через атмосферу.

Исследовать излучения вне этих пределов, особенно за пределами инфракрасного и субмиллиметрового диапазонов, можно и с Земли, но для этого необходимо исключить как можно большее количество водяного пара. Уже тех преимуществ, которые дает нам расположение обсерваторий в высокогорных и засушливых местах, достаточно, чтобы значительно улучшить данные с телескопов, ведущих наблюдение за этими излучениями.

Это одна из причин, почему Чили — такое притягательное место для астрономов. Пустыня Атакама, как известно, является самым засушливым местом в мире, не считая полюсов. Оптические обсерватории в Чили в основном расположены в центральных и северных предгорьях Анд, но на возвышенностях Атакамы построены такие обсерватории, как Atacama Large Millimeter Array (ALMA) — радиоинтерферометр, состоящий из шестидесяти шести антенн. Расположенный на высоте более 5000 метров над уровнем моря, он дал нам первое представление о планетах, которые рождаются вокруг молодых звезд, соединяясь из тонких дисков газа и пыли, и в конечном итоге образуют планетные системы, подобные нашей Солнечной системе. А также о галактиках, сталкивающихся друг с другом на расстоянии тринадцати миллиардов световых лет, настолько отдаленных, что свет, обнаруженный антеннами, был испущен двумя галактиками в самый ранний период существования нашей Вселенной, менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Эта обсерватория также была одним из элементов общепланетного интерферометра, который сделал первый снимок черной дыры.

Однако работа на самой площадке телескопа может быть чрезвычайно сложной. Техническому персоналу, работающему с антеннами или вспомогательной инфраструктурой, приходится использовать переносные кислородные приборы, а в здание обсерватории кислород подается по трубопроводу. Сотрудники спят в Центре обеспечения эксплуатации, который находится на относительно небольшой высоте — около 2900 метров. Тем не менее, какой бы впечатляющей ни была высота ALMA над уровнем моря, она все равно находится в самой нижней части атмосферы нашей планеты. Чтобы увидеть больше, нам нужно подняться выше. Гораздо выше.

Идея поместить телескоп в самолет и просто взлететь с ним на большую высоту возникла еще в 1960-х годах. Одной из первых бортовых обсерваторий был двенадцатидюймовый телескоп, установленный в кабине принадлежащего НАСА самолета Learjet таким образом, чтобы смотреть в герметичное круглое отверстие прямо перед крылом самолета. Learjet летал на высоте 15 000 метров (астроном внутри работал в шлеме и кислородной маске), а его телескоп использовался для изучения инфракрасного излучения других планет нашей Солнечной системы, новорожденных звезд и черных дыр в центрах других галактик.

Больший размах воздушная астрономия получила при создании воздушной обсерватории Galileo, хотя там были свои сложности. Построенная НАСА в 1965 году обсерватория Galileo I представляла собой модифицированный Convair 990 с дополнительными окнами, сделанными в верхней части самолета. С этого телескопа велось наблюдение солнечного затмения и пролета кометы в 1965 году, и НАСА надеялось, что Galileo I ждет долгая успешная карьера в качестве многофункционального научного центра для проведения астрономических и других исследований, таких как наблюдения за дикой природой. К сожалению, когда в 1973 году Galileo I возвращался в аэропорт Моффет Филд в Калифорнии после испытательного полета, он столкнулся в воздухе с другим самолетом, P-3 Orion ВМС США, когда оба самолета шли на посадку. В катастрофе погибли все одиннадцать человек на борту Galileo I, а из шести членов экипажа военного самолета выжил только один. Позднее НАСА создало новую обсерваторию, Galileo II, также на модифицированном Convair 990, которая продолжала вести наблюдения до 1985 года. К сожалению, этот самолет также потерпел крушение: во время взлета с авиабазы Марч у него лопнули две передние шины, самолет выкатился за пределы взлетно-посадочной полосы и моментально загорелся. Удивительно, но все находившиеся на борту остались живы.

Воздушная обсерватория Койпера, названная в честь Джерарда Койпера — специалиста по планетологии и одного из первых энтузиастов воздушной астрономии, который вел наблюдение с помощью телескопа Learjet, — стала первым значительным достижением НАСА в области воздушной астрономии. Обсерватория Койпера располагалась в самолете Lockheed C-141A Starlifter, у которого, как у SOFIA, была герметичная камера с раздвижной дверью, где находился 36-дюймовый телескоп, предназначенный для изучения длинноволнового инфракрасного излучения. Самолет мог подниматься на высоту более 13 500 метров и летал с середины 1970-х до 1995 года.

Среди многочисленных открытий летающей обсерватории Койпера — первые данные наблюдения атмосферы