издательская группа
Восточно-Сибирская правда

Место под Солнцем

Как в двух километрах над уровнем моря работает Саянская обсерватория

От Солнца и ближнего космоса до светил, которые находятся далеко за пределами нашей галактики. В Саянской обсерватории ИСЗФ СО РАН, расположенной в горах Восточного Саяна рядом с посёлком Монды Тункинского района Республики Бурятия, есть все необходимые инструменты для наблюдения за ними. Одних телескопов восемь штук, плюс другое оборудование. Используя их, учёные исследуют основы Вселенной и решают более приземлённые задачи вроде прогнозирования солнечной активности, которая непосредственно влияет на людей, и космической погоды, затрагивающей спутники на орбите и чувствительную электронику на поверхности планеты.

Ночью не видишь, как производится коррекция звёздного телескопа. Зато прекрасно слышишь, как при этом поворачивается массивная конструкция. Характеристики автоматического звёздного телескопа АЗТ-33ВМ впечатляют: диаметр главного зеркала – 1,6 м, фокусное расстояние – 5600 мм (в астрономии такой «объектив» считается широкоугольным), светосила – f/3,5. Его сконструировали на Ленинградском оптико-механическом объединении и ввели в эксплуатацию в 2016 году, завершив тем самым формирование астрокомплекса Саянской обсерватории Института солнечно-земной физики СО РАН. Пять лет назад телескоп назвали ловцом астероидов, ведь в первую очередь он предназначен для поиска опасных космических тел.

Только в 2016 году, проработав в общей сложности 24 ночных часа, АЗТ-33ВМ обнаружил 40 ранее неизвестных астероидов в главном поясе между орбитами Марса и Юпитера. А его инфракрасный собрат АЗТ-33ИК пару лет назад засёк на геостационарной орбите маневрирующий микроспутник нового класса. Но мониторинг за астероидно-кометной опасностью и наблюдения за космическими аппаратами и мусором – лишь малая часть задач, которые решают звёздные инструменты Саянской обсерватории (в число последних также входят телескопы АЗТ-14, заработавший в 1968 году, и Цейсс-600, введённый в эксплуатацию позднее). «Программа разнообразная, – говорит заведующий лабораторией инфракрасных методов в астрофизике ИСЗФ СО РАН Максим Еселевич. – Допустим, надо было снять гамма-всплеск. Он зарегистрирован другим телескопом, рентгеновским. После всплеска остаётся оптическое послесвечение, за которым мы и наблюдаем. Оно может длиться продолжительное время, до нескольких недель. Наблюдая, мы можем понять, что это за объект».

Задание на ночь с 30 на 31 марта – с 13.30 до 21.10 по Всемирному скоординированному времени, или с 21.30 до 5.10 по Иркутску, – заключается в съёмке плоских, то есть равномерно освещённых, полей и темновых кадров, при которых на фотоматрицу не попадает свет. И наблюдения за AT2016blu – открытой в 2012 году яркой голубой переменной звездой-гипергигантом, которая расположена в 29 млн световых лет от Земли в галактике NGC 4559, что в созвездии Волосы Вероники. Работа с огромными объектами и расстояниями со стороны выглядит буднично: негромкие переговоры, периодическое клацанье мышек. Никаких поражающих воображение аппаратов – обычные компьютеры с не самыми большими мониторами. Но изображения на экранах – к примеру, монохромный снимок с яркими росчерками звёзд – наводят на мысль, что здесь происходит что-то экстраординарное. По крайней мере, в представлении обывателя, далёкого от астрономии и астрофизики.

«Фактически курорт»

«У нас в отличие от звёздного телескопа всё засвечено, – рассказывает на следующее утро научный сотрудник лаборатории экспериментальной физики Солнца и астрофизического приборостроения ИСЗФ СО РАН Василий Пуляев. – У звёздников огромное преимущество, они ещё посмеиваются над солнечниками: нам достаточно одной точки, чтобы спектральную линию разобрать». Мы беседуем в одном из помещений универсального автоматизированного солнечного телескопа АСТ, крупнейшего в России и одного из самых больших в мире. В комнате, где за компьютером сидит наблюдатель, тепло в отличие от открытой всем ветрам площадки с целостатной установкой – двумя плоскими круглыми зеркалами, направляющими свет на сферическое главное зеркало телескопа. «Они служат, назовём это так, в качестве перископа, – объясняет Пуляев. – А главное зеркало уже фокусирует свет на рабочий прибор телескопа, в качестве которого используется спектрограф. В принципе, с определёнными ухищрениями можно использовать и фотоаппарат».

Зеркала целостатной установки массивны и потому парусят при ощутимом ветре, который чаще всего дует с юга, со стороны Хубсугула. От подобного воздействия их всячески стараются защитить: площадку окружает своеобразный воздушный «волнорез» из узких металлических пластин, вокруг установки – экран из плотной ткани. Чтобы нивелировать ветровую нагрузку на здание, «балкон» от него отделён – под ногами можно заметить тонкую трещину. Но ветер, даже ослабленный, всё равно норовит полностью заглушить слова собеседника на диктофонной записи. Зато солнечные лучи не дают замёрзнуть. В полутёмном помещении, где установлено главное зеркало, ощутимо холоднее, а в погружённой во тьму комнате со спектрографом начинаешь зябко ёжиться через несколько минут, несмотря на тёплую куртку, свитер и термобельё. «Промерзание происходит в январе-феврале, прогрев начинается в марте-апреле, – замечает научный сотрудник ИСЗФ СО РАН. – Теплее всего в августе». Говорит со знанием дела, ведь работает в институте уже 17 лет и ежегодно проводит в обсерватории три месяца. При том, что зимой солнечный телескоп не работает, хотя необходимость его обслуживать никто не отменял. Однажды Василий, приехав на два дня в августе, остался в обсерватории до декабря. «И сам так захотел, и сменщиков не было, – усмехается он. – А что, места красивые, природа замечательная, тишина – фактически курорт. Сменная одежда здесь есть, так что просто взял с собой паспорт и поехал. Правда, когда отправлял показания счётчиков, [из Энергосбыта] звонили: что-то они у вас не меняются. Конечно, я же уехал и всё вырубил».

«Курорт» – это, конечно, преувеличение. Режим наблюдений жёстко привязан ко времени восхода и захода Солнца. Некоторые послабления дают углы наведения зеркал и так называемая рабочая толщина атмосферы – марево в приземном слое создаёт оптические искажения, так что нужно дождаться, когда светило поднимется над горизонтом. Тем не менее летом телескоп включают уже в семь утра, а работает он практически до заката. Оборудование при этом нужно обслуживать даже в пасмурные дни. До модернизации телескопа этот процесс был постоянным – старая электроника была довольно капризной. «День работаешь, к вечеру всё ломается, ночью сидишь и паяешь, – вспоминает Пуляев. – Чтобы осталось больше времени на сон, берёшь раскладушку и прямо здесь ложишься, а в шесть утра встаёшь».

Раскладушка, к слову, до сих пор стоит в углу комнаты – её сразу замечаешь, когда пытаешься, не слишком отвлекаясь от происходящего на экране у наблюдателя, оглядеть убранство. Но глаза возвращаются к монитору, на котором в окошке подрагивает толстая светлая горизонтальная линия, примерно посередине разделённая вертикальной, широкой и тёмной. Последняя – спектральная линия водорода, на долю которого приходится примерно 73% массы и 92% объёма Солнца. Как химия связана с оптикой?

Ответ можно найти, обратившись к школьному курсу физики. Атом любого вещества состоит из ядра, электронов, протонов и – за исключением водорода – нейтронов. В основном состоянии такая структура устойчива. Но стоит посветить на атом или другим способом передать ему энергию, как она начинает меняться – частица переходит в возбуждённое состояние. При сильном воздействии электроны начинают «отрываться» – этот процесс и называется ионизацией. У каждого вида атомов и каждого типа ионов одного элемента есть свой спектр возбуждённых состояний. И его легко визуализировать, разложив на составляющие свет того же Солнца. «Кальций очень легко ионизируется, поэтому очень легко поглощает солнечное излучение, – приводит пример наш собеседник. – Из-за этого линия кальция очень сильная, самая глубокая в солнечном спектре». Однако доля самого элемента в составе светила крайне мала: первое место, как уже было сказано, занимает водород, второе с большим отрывом – гелий. Поэтому неподготовленному зрителю проще заметить на спектрограмме Солнца линию водорода.

Вдобавок она соответствует нижним слоям светила, которые изучает Пуляев. «По тому, как изменяется линия водорода – движется влево или вправо, уширяется или сужается, уменьшается или увеличивается её яркость, можно судить о скорости солнечной плазмы и давлении в ней, – отмечает он. – Изучение нижних слоёв в целом даёт понимание того, что будет делать Солнце в ближайшее время. Как, например, будут происходить вспышки – соответствующие прогнозы сейчас составляются, но они не дают стопроцентной надёжности. А солнечные вспышки – это то, что мы все чувствуем». К слову, обычно они происходят при взаимодействии солнечных пятен, размеры которых составляют тысячи и даже десятки тысяч километров. А телескоп АСТ позволяет рассмотреть объекты длиной 750 км на поверхности светила, удалённого от Земли на 150 млн км.

Навигационный «мусор» как ценное научное сырьё

Наблюдениями за Солнцем и звёздами, для которых предназначены восемь телескопов и другое оборудование, научные задачи не ограничиваются. «Если брать популярные темы, которые у всех на слуху, то это поиск экзопланет – планет, пригодных для жизни», – замечает заведующий Саянской обсерваторией Сергей Латышев. Здесь же Институт солнечно-земной физики занимается и более приземлёнными, причём в буквальном смысле, исследованиями. В его распоряжении – приёмник сигналов от глобальных навигационных спутниковых систем, один из девяти, установленных по всей России. Два похожих установлены, к примеру, в пункте Исток в районе Норильска. Один работает с американской системой GPS, российской ГЛОНАСС и европейской Galileo, второй – ещё и с китайской BeiDou, она же COMPASS.

«Наша группа занимается двумя основными направлениями, – возвращается к иркутским реалиям ведущий научный сотрудник ИСЗФ СО РАН Юрий Ясюкевич. – Первое – это физика ионосферы и ионосферных возмущений, второе – работоспособность навигационных систем в условиях возмущённости. Когда происходят вспышки на Солнце и магнитные бури, они начинают хуже работать, и мы с этим разбираемся». Изучают те данные, которые в бытовом понимании можно было бы счесть «мусором». Дело в том, что сигнал на знакомые каждому приёмники в телефонах приходит с поправкой на среду, чтобы позиционирование было как можно более точным. Физикам, в свою очередь, для исследования ионосферы нужна именно та информация, которую система отбрасывает. Наилучшим её источником являются спутники GPS, хотя бы в силу того, что их больше, чем космических аппаратов ГЛОНАСС, – 32, из которых по целевому назначению используется 31, против 27 и 23 соответственно. Вдобавок аппараты третьего поколения, которые начали запускать в 2018 году, отличаются повышенной мощностью сигнала и помехоустойчивостью. В то же время в орбитальную группировку «Бэйдоу» входят 49 спутников (по целевому назначению используются 44 из них), однако не все приёмники позволяют принимать сигнал от них. «В том, что касается волновых возмущений, GPS предоставляет ту информацию, которую не предоставляют другие системы, – подчёркивает ведущий научный сотрудник института. – Там очень высокая точность измерений, и за счёт того, что летает много спутников, мы можем зондировать ионосферу со всех сторон. А если у нас ещё и много приёмников, то картина становится очень детальной».

Однако для этого необходимо перелопатить огромный объём данных, который невозможно обработать вручную. Коллектив учёных во главе с Ясюкевичем не так давно разработал решение, которое позволяет их автоматически собирать и проводить машинный анализ – System for the Ionosphere Monitoring and Researching from GNSS, систему мониторинга и исследований ионосферы с помощью глобальных навигационных спутниковых систем. Сокращённо SIMuRG. Или Симург – царь птиц из иранской мифологии, который, согласно «Книге вымышленных существ» Хорхе Луиса Борхеса и Маргариты Герреро, гнездится на Древе Познания. «Наверное, самая последняя наша работа заключалась в том, что мы создавали модель ионосферы на основе методов машинного обучения, – продолжает Ясюкевич. – Использовали классические методы, более современные и нейросеть. При одинаковом объёме исходных данных современные методы машинного обучения классику обгоняют, а нейросетка, в свою очередь, опережает их. Так что применение искусственного интеллекта во всех сферах [науки и жизни], которое стартовало несколько лет назад и развивается лавинообразно, – это в ближайшее время будет просто топ».

Зум на Солнце

Прогресс не обходит стороной и «железо». В ИСЗФ уже используют новый высокоточный спутниковый приёмник, сделанный в Бельгии. А в Саянской обсерватории готовятся к строительству крупного солнечного телескопа-коронографа, третьего по счёту объекта Национального гелиогеофизического комплекса РАН. Первый – комплекс оптических инструментов в Торах, это ещё одна площадка института в Тункинском районе. На нём уже приступили к предварительным наблюдениям. Второй объект – радиогелиограф в урочище Бадары (тот же Тункинский район), монтаж которого близок к завершению.

Для крупного солнечного телескопа-коронографа, он же КСТ-3, сейчас проектируют инструменты. Основой станет зеркало с оптическим диаметром 3 м (вместе с «рамкой» – 3,1 м). «Небольшая часть его поверхности будет работать как коронограф», – добавляет Пуляев. Пространственное разрешение нового телескопа составит 0,1 угловой секунды. Иными словами, с его помощью можно будет рассмотреть на поверхности Солнца объект размером 70–75 км – в десять раз меньше, чем позволяет действующая установка. Среди прочего это даст учёным новые возможности в исследованиях строения солнечной атмосферы. Помимо этого телескоп предназначен для изучения природы солнечного магнетизма и циклов активности светила, процессов выделения энергии при вспышках и мониторинга солнечных процессов. Ещё одна научная задача – разработка прогноза активности Солнца, которое сейчас находится в начале очередного цикла.

Под принципиально новую установку уже выбрали площадку поодаль от столовой, которая находится примерно в центре обсерватории. Готов и проект здания. «Телескоп будет сделан по известному принципу: тридцатиметровая башня (42 м вместе с куполом. – Авт.) из бетона метровой толщины уходит в скальное основание, вокруг неё выстроена ещё одна, чтобы защитить от ветра, – делится подробностями научный сотрудник лаборатории экспериментальной физики Солнца и астрофизического приборостроения ИСЗФ СО РАН. – При нём жилой комплекс: жилой этаж, конференционный, служебный, столовая. Так сейчас проектируются многие телескопы, в том числе за рубежом. С одной стороны, это удобно, с другой, если будут какие-то работы, жить будет шумновато».

 

Читайте также

Подпишитесь на свежие новости

Мнение
Проекты и партнеры
  все
Свежий номер
Важное