Ким Смирнов: `Стало видимо далеко во все концы света`Назад
Ким Смирнов: `Стало видимо далеко во все концы света`
Телескоп размером в расстояние до Луны
В этом месяце в Москве и Петербурге прошел международный форум "Космос: наука и проблемы XXI века", посвященный 50-летию запуска первого спутника. Его сопровождала впечатляющая выставка. Поразительно, как быстро, всего за время возрастания одного поколения в зрелость, космические аппараты и приборы вошли в привычку, потеряли первоначальную ипостась чуда и скромно трудятся на орбитах, помогая людям в их земных делах. В образовательных целях, к примеру, у нас в России уже запущены школьный спутник "Колибри" (правда, разрабатывали его пока не в одном из Дворцов детского творчества, а в Институте космических исследований РАН), "Университетский - Татьяна" (в помощь студентам Московского, Ульяновского, Костромского, Волгоградского университетов) и "Бауманец" (как понимаете, детище МГТУ и его питомцев). Слушателей же Академии космических войск обслуживает даже целая серия спутников "Можаец".
А все-таки ощущение чуда все еще остается. Это когда в космическое пространство выводятся телескопы и другой инструментарий для разгадки тайн дальних звезд и галактик, их рождения и развития, эволюции всей нашей Вселенной.
Галилей дорог нам не только своим: "А все-таки она вертится!". Но и тем, что первым взглянул на звездное небо вооруженным глазом. Сконструированный им телескоп давал 3-кратное увеличение, следующий - 32-кратное. И сколько открытий принесли эти простенькие по нынешним представлениям трубы с выпуклым объективом и вогнутым окуляром! Лунные кратеры и горы. Рассыпавшийся на отдельные звезды туманный Млечный Путь. Четыре спутника, вращающиеся вокруг Юпитера. Фазы Венеры. Кольца Сатурна. Пятна на Солнце Все это человеческие глаза увидели тогда впервые.
Четырехсотлетнюю дистанцию, пройденную создателями телескопов с тех пор, можно уподобить расстоянию от шарика первого ИСЗ до станции "Мир" или МКС. "Зрение" человечества к настоящему времени обострилось фантастически. "Вдруг стало видимо далеко во все концы света", - не по этому ли поводу провидчески молвлено в "Страшной мести" Николаем Васильевичем Гоголем, ничего, естественно, не знавшим ни о спутниках, ни о межпланетных станциях, ни о радиотелескопах.
Усиление нашей дальнозоркости шло по разным, нередко сходящимся и совпадающим путям. Прежде всего - за счет увеличения размеров телескопов. Если первые "звездные" инструменты Галилея были всего лишь скромными вариациями изобретенных в Голландии зрительных трубок, то ко второй половине XX века размах телескопных зеркал уже достигал метровых размеров. Рекордсменом стал созданный в СССР телескоп с 6-метровым диаметром зеркала. На нем был введен в эксплуатацию первый в мире многоканальный анализатор микросекундных изменений яркости, позволявший проводить анализ в диапазоне от 3·10-7 до 1000 секунд.
Сегодня этот рекорд - в прошлом. В Чили, в пустыне Атакама, где лучшие в мире условия для наблюдений в оптическом и инфракрасном диапазонах, а также в диапазоне миллиметровых радиоволн (дождь там бывает лишь раз в пять лет), уже построены четыре 10-метровых оптических телескопа. Европейская южная обсерватория (ЕSO) предполагает создать там еще более крупные инструменты. Обсуждаются проекты оптических телескопов с диаметрами зеркал в 30, 50 и даже в 100 метров!
Еще в СССР, в Узбекистане (там, как известно, сильные, уходящие в глубокую историю астрономические традиции), был наполовину построен 70-метровый радиотелескоп миллиметрового диапазона. Но работы были заморожены из-за отсутствия средств. Теперь подписано межправительственное соглашение, и появилась надежда, что крупнейший наземный радиотелескоп совместными усилиями Узбекистана и России все же достроят.
Примета времени: оптические инструменты сегодня действуют в тесном содружестве с радиотелескопами. До 30-х годов прошлого века радиоастрономия не существовала, но затем пришел черед ее бурному развитию. Планета стала покрываться сетью радиотелескопов. В 1977 году в станице Зеленчукской Ставропольского края начал действовать долгое время остававшийся крупнейшим в мире радиотелескоп РАТАН-600. Расшифровывается: радиотелескоп Академии наук. А 600 - это диаметр его антенны в метрах. И уже первые наблюдения принесли впечатляющие результаты. На диске Солнца была открыта радиогрануляция, обнаружено радиоизлучение Европы и Ио (спутников Юпитера), открыты самые далекие радиогалактики. Потом было еще много открытий.
На финише XX века телескопы, установленные на искусственных спутниках Земли, начали осваивать весь электромагнитный диапазон излучений - от радиоволн до гамма-лучей. Дальнейшее расширение объема информации, идущей с разных расстояний и направлений нашей Вселенной, обеспечено созданием крупных космических обсерваторий.
Слово "Хаббл" стало нынче таким же нарицательным, как и наше "спутник" - столько астрономических открытий подарил людям этот, на сегодня самый мощный в мире космический оптический телескоп. Хотя далеко не все догадываются, что это не технический термин, а фамилия американского астронома, установившего закон пропорциональности между наблюдаемыми скоростями удаления внегалактических объектов при расширении Вселенной и расстояниями до них.
Недавно космическая корпорация "Энергия" попросила ученых РАН дать предложения по открытию обсерватории на обратной стороне Луны. Там идеальные условия для радиоастрономии. Заключено даже международное соглашение, объявляющее эту область охранной от радиопомех зоной для данной цели. Однако тут вступают в действие финансы: посадка на Луну и управление обсерваторией увеличат стоимость проекта в десятки раз. Может быть, дешевле и легче отослать наблюдательную аппаратуру подальше, по сильно вытянутой орбите. Жизнь покажет, что выбрать.
И все же все эти пути усиления "зрения" человечества имеют свои пределы. Ведь не построишь же телескоп величиной с Землю или даже размером, равным расстоянию между нашей планетой и Луной! Оказывается, можно построить.
Пару лет назад в разговоре с Виталием Лазаревичем Гинзбургом я посетовал, что все великие открытия последних лет в астрофизике делаются в основном на иностранной наблюдательной технике. Он возразил: "У нас есть идеи и проекты мирового класса. Например, космический интерферометр "Радиоастрон". Но вот то, что он мурыжится чуть ли не двадцать лет - полнейший идиотизм".
Наш нобелевский лауреат славится нелицеприятной резкостью своих оценок. Но в чем ему никак не откажешь - в точности и справедливости этих оценок. Что еще, если не идиотизм, тот нищенский паек, на который у нас в постперестроечные годы посадили космическую науку в числе других наук? Сейчас запуск обсерватории "Радиоастрон" включен в национальную программу космических исследований. Старт намечен на будущий год. Готовят его Астрокосмический центр ФИАН и НПО имени С.Н. Лавочкина.
Эту "идею мирового класса" действительно около 40 лет назад предложили отечественные ученые Н. Кардашев, Л. Матвеенко и Г. Шоломицкий. В основе лежит знакомое со школьных учебников явление интерференции: свойство волн любой природы (на поверхности воды, звуковые, свето- и радиоволны и др.) усиливаться или ослабляться при их сложении в пространстве.
Если два или несколько телескопов развести на большое расстояние и наблюдать за одним и тем же небесным объектом, то при сложении их сигналов возникает интерференция, резко увеличивая разрешающую способность всей системы. Она получается такая, как если бы мы имели телескоп с размерами, равными расстоянию, на которое разнесены одиночные маленькие телескопы. Это значит, что большой телескоп не обязательно должен быть сплошным.
Предложенная нашими учеными система была экспериментально опробована в США. Потом Россия договорилась с Америкой о совместных исследованиях на отечественных и заокеанских радиотелескопах. И все получилось. Как бы начал работать радиотелескоп с размерами, близкими к диаметру Земли. Сейчас в таких исследованиях принимают участие все технологически развитые страны.
На том же "чилийском полигоне" в пустыне Атакама строится новый радиотелескоп-интерферометр. Он будет состоять из 64 отдельных антенн диаметром 12 метров и работать на самых коротких волнах (до 0,3 мм), которые пропускает атмосфера Земли, да и то лишь в местах, где безоблачно и очень сухо. Обсуждается вопрос о присоединении к этому проекту России.
У самых лучших из действующих сейчас радиотелескопов площадь, с которой собирается энергия, излучаемая далекими объектами Вселенной, - до 100 тысяч квадратных метров. Но уже проектируются приборы, у которых эта площадь увеличится до миллиона квадратных метров - километр на километр. Возможно, станция одного из этих телескопов расположится под Москвой, на радиообсерватории ФИАН в Пущине.
Итак, телескопы размером с Землю уже реальность. Но представьте, какие горизонты откроются, если к земным приборам прибавить орбитальные! Такой проект в нашей стране был разработан. Радиотелескоп, работающий как космический интерферометр, должен был выводиться на вытянутую орбиту с удалением от Земли на 350 тыс. км. Это - почти расстояние от нас до Луны. Получается телескоп подобного размера. Угловое разрешение такого телескопа будет в три миллиона раз лучше, чем у человеческого глаза, и в 40 раз лучше, чем у радиоинтерферометров на Земле.
Известные радикальные перемены отодвинули осуществление проекта "Радиоастрон" чуть ли не на два десятилетия. И даже при том, что упущено столько времени, он обещает дать такое разрешение изображений, какого сегодня нет нигде в мире. На нем будет установлен атомный водородный стандарт, обеспечивающий не только высокостабильную интерференцию, но и высокоточное измерение орбиты.
На 2016 год планируется (и это также часть утвержденной федеральной космической программы) старт следующей ступени проекта - обсерватории "Миллиметрон", охватывающей миллиметровый и субмиллиметровый диапазоны (область спектра так называемого реликтового фона, который несет драгоценную информацию о событиях, происходивших еще при рождении нашей Вселенной). По своим возможностям эта орбитальная обсерватория будет в десятки раз "зорче", чем лучшие радиотелескопы, строящиеся сейчас на Земле.
В "Радиоастроне" и "Миллиметроне", в создании которых участвуют многие научные и конструкторские коллективы у нас и за рубежом, планируется достичь максимального углового разрешения и самой высокой чувствительности с помощью новейших нанотехнологий. А дальше последуют космические интерферометры, охватывающие весь электромагнитный диапазон.
Важнейший вопрос о рождении и эволюции звезд и планетных систем будет решаться и в оптическом диапазоне - космической обсерваторией "Спектр-УФ" (УФ - ультрафиолет), старт которой намечен на 2010 год.
Техническая революция в астрономических наблюдениях, о которой идет речь, привела в последнее десятилетие к целому фейерверку великих, фундаментальных открытий. Однако сами эти открытия создали драматическую ситуацию в мировоззренческих по характеру знаниях о нашей Вселенной или даже - о вселенных. Раньше мы более или менее четко делили все, что нас окружает, на познанное и непознанное. Философы только спорили: пока нам неведомое или в принципе непознаваемое. И вот вдруг на грани тысячелетий оказалось: лишь менее пяти процентов окружающей нас материи - "нормальное" вещество, атомы, молекулы, "нормальное" поле. А дальше - темный лес. Вернее, "темная материя", "темная энергия". Мы знаем, что они есть. Что, положим, "темная энергия" противостоит гравитационным силам притяжения и предопределяет бесконечное расширение Вселенной. Но какова ее природа, как и природа скрытой массы (той самой "темной материи"), - это сегодня драматическая проблема фундаментальных первооснов науки. Разрешить ее пытаются в научных центрах разных континентов. Этому, например, будет посвящена российско-европейская космическая программа со сложным, трудночитаемым именем "Спектр-РГ/eROSITA/Lobster". Прогнозируется, что эта орбитальная рентгеновская лаборатория сможет обнаружить около 50 тысяч неизвестных скоплений галактик и при изучении некоторых из них детально поломать голову над загадкой "темной энергии" и "темной материи".
Удастся ли разрешить эту головоломку при помощи новейших земных ускорителей и вынесенных в космическое пространство астрообсерваторий или придется пересматривать сам теоретический фундамент физики и астрофизики - вопрос вопросов о силе или бессилии коллективного человеческого разума.
P.S. Звездопад астрономических открытий продолжается. Самая последняя новость: австралийский радиотелескоп обнаружил совершенно новый класс радиоисточников - одиночные импульсы с плавно меняющейся частотой, один из которых пришел к нам из направления, близкого к Малому Магелланову облаку. Причем обнаружены они при более тщательном изучении старых наблюдений по поиску пульсаров. Среди объяснений этих сигналов (необычные взрывы, слияние нейтронных звезд или "черных дыр) рассматривалась, между прочим, и гипотеза о сигналах внеземных цивилизаций.
P.P.S. 26 октября исполнилось 100 лет известному российскому астроному и создателю радиотелескопов, научному сотруднику Института прикладной астрономии РАН (Санкт-Петербург) Науму Львовичу Кайдановскому. Поздравление - от "Кентавра" и всех наших читателей!
