Чтобы приблизить телескопы к звездам, их строят на горных вершинах. Оттуда ученые наблюдают за небом с помощью колоссальных зеркал.
Изначально у горы Параналь в чилийской пустыне Атакама была острая вершина. Но люди срезали макушку горы, и Параналь приобрела форму усеченного конуса. Ее верх стал ровным и гладким, как стол. На этой искусственно созданной площадке на высоте 2635 метров расположились четыре самых мощных в мире телескопа, которые объединены единым названием VLT (Very Large Telescope).
Почему же люди решили построить его именно здесь, в одной из самых засушливых пустынь земли, где не растет ни травинки? Кругом - высохшие русла речушек, склоны гор, покрытые галькой и валунами, резкие тени. В год здесь выпадает менее 10 миллиметров осадков, относительная влажность воздуха составляет всего 20 процентов. При такой сухости человеку тяжело дышать. Зато небо здесь почти всегда безоблачно, и это гарантирует идеальную видимость. Поэтому ученые из Европейской Южной обсерватории (сокращенно ESO) и выбрали именно этот пустынный марсианский ландшафт для строительства телескопов VLT.
В ярком свете солнца бетонные здания на горе Параналь кажутся ослепительно белыми. В одном не так давно была закончена установка последнего из четырех гигантских телескопов, с помощью которого теперь можно заглянуть в самые отдаленные уголки Вселенной. Основная его часть - зеркало диаметром 8,2 метра из особого стекла, зеродура, которое не расширяется даже при сильном нагревании. Огромный хрупкий диск был доставлен сюда из Европы в апреле 2000 года.
В цехе технического обслуживания зеркал (после VLT это важнейшая часть обсерватории) его сначала подвергли тщательному осмотру - ведь даже ничтожная трещина может сделать зеркало непригодным для работы, - а затем поместили в вакуумную камеру, где на него был напылен тончайший слой отражающего свет алюминия.
За зеркалами уже работающих телескопов тоже необходим постоянный уход. Каждые три-четыре недели пыль с их чувствительной поверхности сдувают при помощи специальной пушки, заряженной сухим льдом. Но, несмотря на эту меру, зеркало первого из четырех телескопов пришлось обновлять уже через год из-за того, что его отражательная способность снизилась с 92 до 72 процентов: во время строительных работ в башне поднималось слишком много пыли. Однако самой большой бедой может стать образование на стекле конденсата, и, чтобы избежать этого, помещение постоянно проветривают. Раз в два года зеркала демонтируют и свозят вниз, в цех технического обслуживания, где с них смывают старый слой алюминия, а затем наносят новый.
Рядом с ремонтным цехом у подножия горы расположен базовый лагерь ESO. Городок выстроен с предельным комфортом. Здесь работают около 30 астрономов и операторов. Днем на их жилищах можно увидеть красные таблички с надписью: «Тихо! Астрономы спят!». У каждого техника, сотрудника администрации, рабочего и инженера тут отдельная квартира. К их услугам имеются также футбольное поле и даже плавательный бассейн - единственное место, где, благодаря возрастающей влажности, становится легче дышать. Всего в этом крайне скудном на природные блага краю постоянно живут около 120 человек, которые ведут наблюдения за звездным небом, обслуживают и настраивают телескопы.
Как же выглядит современный телескоп? Это мощное сооружение весом в 430 тонн, которое легко приводится в движение одним человеком.
Телескоп имеет горизонтальную и вертикальную оси вращения, благодаря чему его можно нацелить на любую точку небосвода. Большое впечатление производит то, что специалисты называют «оправой» зеркала: сложная стальная конструкция имеет 150 небольших опор, или «актюаторов», к которым сделана электрическая и гидравлическая подводка. Актюаторы - это одно из хитроумных технических решений, найденных при конструировании VLT. Дело в том, что зеркало диаметром 8,2 метра, толщи ной 18 сантиметров и весом 22 тонны грозит прогнуться при любом повороте телескопа. Выдвигающиеся и убирающиеся поршни, актюаторы, компенсируют деформацию и позволяют зеркалу восстанавливать оптимальную форму. Астрономы называют этот метод «активной оптикой».
Работа с телескопом каждый раз начинается с кропотливой настройки. Только безупречно налаженный телескоп после ввода координат с максимальной точностью «наезжает» на желаемую точку и не выпускает ее из фокуса. Тормоза тоже необходимо отрегулировать так, чтобы мощная машина останавливалась по команде плавно и мягко. Помимо зеркал-гигантов, на горе Параналь имеются еще три телескопа меньшего размера с диаметром зеркала 1,8 метра. Соединив четыре больших телескопа с малыми в определенной комбинации, астрономы получат инструмент, разрешающая способность которого сопоставима с зеркалом 200-метрового диаметра. Этот метод виртуозного комбинирования света, уловленного разными телескопами, и фокусировки его в одной точке называется интерферометрией. Благодаря интерференционному рисунку создаются предельно четкие изображения далеких звезд и планет. Когда несколько телескопов таким образом «сведут воедино», в истории наблюдения за Вселенной будет открыта новая эра.
В распоряжении ученых появятся более точные данные о составе небесных тел. Они смогут узнать, например, содержит ли их атмосфера кислород, без которого невозможна жизнь.
С приближением вечера в башне гаснут неоновые лампы, замирает стрекот кондиционера. На несколько секунд наступает абсолютная темнота и тишина. Затем мощные створки купола с легким скрипом раздвигаются, и в башню проникает темно-синий свет меркнущего дня. И вот с помощью гигантской и чрезвычайно сложной в управлении машины человек заглядывает в глубины мироздания. Трудно поверить, что ее прообразом была простая «труба Галилея». Именно она позволила людям впервые приблизить звездное небо.
Вслед за главными створками (которые специалисты называют «забралом») открываются многочисленные дверцы в верхней части башни - для проветривания. Если до этого момента телескоп находился «на попечении» настройщика, то теперь настает черед астрономов-операторов.
Они работают в ярко освещенном зале, разделенном на отсеки. Каждый из них предоставлен для работы с одним из четырех телескопов-исполинов, в частности для первичной обработки и сохранения всех данных на DVD. Но, как предполагают астрономы, в ближайшем будущем использоваться будет не каждый телескоп по отдельности, а все четыре одновременно.
В зале находится несколько десятков огромных расположенных полукругом мониторов. Астроном наблюдает за экранами, на которых в виде бесчисленных кривых, таблиц, цифр и графиков появляются данные о работе телескопа, информация о метеоусловиях и характеристики опорной звезды. Это яркая звезда, находящаяся обычно вне непосредственного поля наблюдения, однако тоже «захваченная» зеркалом телескопа. Она используется как ориентир, чтобы огромный инструмент точно следовал за естественным вращением небесной сферы.
Свет объекта отражается от основного зеркала и, собранный вторичным зеркалом, направляется сквозь отверстие главного рефлектора в "зазеркалье". Там луч будет "адаптирован", то есть освобожден от атмосферных искажений. Для этого нужно еще одно, "отклоняющее", зеркало, которое "перебросит" искривленный пока луч на гибкое корректирующее зеркало (его оптимальное положение достигается с помощью актюаторов). В результате будет получен "чистый" свет, из которого уже можно будет извлечь всю необходимую информацию об объекте. Этот процесс коррекции атмосферных искажений астрономы называют "адаптивной оптикой".
Астроном-оператор ведет наблюдения по заказу ученых. Такой график работы называется «Service Mode»: в зависимости от атмосферных условий астрономы ESO решают, что они снимут на звездном небе для коллег, работающих в Европе. При методе под названием «Visitor Mode» приезжий ученый работает вместе с сотрудником ESO. В принципе любой астроном может подать заявку на выделение ему времени для наблюдений за небом с помощью телескопов-гигантов. Раз в полгода международная комиссия рассматривает такие заявки, решая, насколько они перспективны.
Сроки командировки в ESO устанавливаются задолго до ее начала. Иногда, если подводит погода, насмарку может пойти подготовительная работа, длившаяся целый год. Однако такое все же происходит редко. Все наблюдения ведутся в инфракрасных лучах, поэтому облака (которые иногда собираются и над пустыней) почти не доставляют астрономам хлопот. В худшем случае они могут замедлить скорость поступления данных. Таким образом, при облачности надо лишь увеличить время экспозиции.
Частицы света - фотоны, собираемые телескопом, помогают ученым извлекать из звездных посланий максимум информации. С этой целью электромагнитное излучение, идущее от далекого космического тела, подвергается обработке с помощью различных приборов. Один из них - спектрометр. Он строит на экране спектр излучения в виде разноцветных параллельных линий. С помощью этих данных можно выяснить, например, где имеются наибольшие скопления молекулярного водорода, из которого образуются звезды, или в каком направлении вращаются газопылевые туманности.
Чаще всего звезду не наблюдают, а вычисляют. Чтобы звезды, планеты и галактики стали видимыми в инфракрасном излучении, приходится прибегать к особому оптическому приему. Дело в том, что фоновое излучение небосвода подчас в миллион раз интенсивнее, чем излучение наблюдаемого космического тела. Поэтому необходимо сделать два снимка: снимок фона, находящегося в непосредственной близости от объекта, и снимок самого объекта. Во втором случае изображение будет несколько ярче, ведь к излучению фона добавится свет небесного тела. Затем производится операция вычитания, которая позволит выделить информацию об интересующем объекте.
После скрупулезного сбора всей поступившей информации начинается этап интерпретации полученных данных. Однако здесь телескоп уже бессилен. Безупречно сконструированная машина способна лишь «приближать» звезды. Исследовать их - задача ученых.