МОСКВА, 12 апр – РИА Новости. Академик Юрий Балега, научный руководитель Специальной астрофизической обсерватории РАН и профессор Университета ИТМО, рассказал РИА "Новости" о том, нужен ли России мега-телескоп "Гагарин" и раскрыл тайну того, почему астрономические приборы стоят сотни миллионов или даже миллиарды долларов.
В последние десять лет среди российских ученых ведутся активные дискуссии о том, следует ли России вступать в Европейскую южную обсерваторию (ESO) – крупнейший астрономический консорциум мира. Эта идея нашла поддержку властей в 2011 году, когда Дмитрий Медведев заявил о возможности вступления России в ESO, однако впоследствии вопрос начал упираться в главную проблему современной эпохи – деньги.
Вступление в ESO требует внесения единовременного взноса в 100 миллионов евро, которые чиновники Минобрнауки РФ так и не смогли найти, несмотря на готовность руководства обсерватории разнести выплату этого взноса на 10 лет. В результате этого Россия лишилась возможности участвовать в постройке крупнейшего телескопа Земли – гигантского 39-метрового E-ELT на чилийской горе Серро-Амазонес, первый камень которого будет заложен в мае этого года.
Невступление России в ESO заставило многих астрономов и деятелей науки задумываться о возможности реализации "альтернативных" сценариев модернизации отечественной астрономии без участия в международных консорциумах.
К примеру, в Минобрнауки и в других кругах неоднократно обсуждался проект супер-телескопа "Гагарин" с зеркалом в 40-60 метров, который предположительно может быть построен на Канарских островах совместно с Испанией. Другие астрономы крайне негативно относятся к этой идее, считая, что постройка такого мега-телескопа отечественной науке просто не по карману.
— Юрий Юрьевич, нужен ли России мега-телескоп "Гагарин" и не "съест" ли его постройка все научные бюджеты страны?
— По сути, как такового проекта "Гагарин" не существует. Есть только броское название, прозвучавшее пару лет назад из уст ректора МГУ академика В.А. Садовничего и его окружения. В среде астрономов-профессионалов он просто не обсуждался.
Да, идея мега-телескопа с зеркалом диаметром 60 метром может привлечь внимание астрономического сообщества всего мира. И особенно в нашей стране, где после строительства почти полвека назад Большого азимутального телескопа БТА с 6-метровым зеркалом ничего масштабного в области оптической астрономии не создавалось.
Но возникает вопрос – почему 60 метров, а не 16, или не 600? Для каких научных задач? Необходимо представить хотя бы концептуальные взгляды на такой инструмент.
Напомню, что в Европе в настоящее время объединенными усилиями 15 стран создается телескоп E-ELT с составным зеркалом диаметром 39 метров. Этому предшествовало почти 15 лет обсуждений, и в первые годы проект OWL нацеливался на диаметр 100 метров! Однако десятилетие спустя стало очевидным, что создание такого гиганта для существующих технологий – нереальная задача.
Стоимость проекта сегодня оценивается в полтора миллиарда евро, но можно не сомневаться, что к моменту завершения строительства в 2022-2025 году его цена превысит два миллиарда. Примерно такая же стоимость создаваемого в США телескопа ТМТ с составным зеркалом 30 метров.
Если говорить о России, то телескоп диаметром 60 метров обойдется никак не меньше 200-300 миллиардов рублей. При этом весь годовой бюджет фундаментальной науки России в 700 институтах, подведомственных Федеральному агентству научных организаций, составляет 80 миллиардов рублей. Надо также иметь в виду, что в стране практически нет конструкторских организаций и оптико-механической промышленности, способных приступить к решению такой предельно сложной задачи – все придется создавать с нуля.
— Учитывая все существующие проблемы российской астрономии, чем можно объяснить то, почему Россия до сих пор не вступила в ESO?
— Безусловно, вхождение в Европейскую южную обсерваторию ESO было бы одним из путей скачкообразного преодоления отставания в технологиях астрономических наблюдений для нашей астрономии. Эта организация объединяет 15 государств Европы и является крупнейшей обсерваторией мира. Телескопы ESO размещены в северной гористой части Чили. Среди них – самая большая система оптических телескопов VLT, включающая четыре 8-метровых телескопа и несколько дополнительных инструментов меньшего диаметра.
Кроме того, в ESO создана решетка из 60 телескопов, ALMA, предназначенных для наблюдений за "холодным" космосом в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах. Эти телескопы установлены на высокогорном плато в пустыне Атакама на высоте пять километров над уровнем моря.
Вступление России в ESO обеспечивало бы доступ нашим астрономам ко всем инструментам этой обсерватории. Кроме того, наша промышленность могла бы участвовать в высокотехнологичных проектах ESO. Но вступление предполагает уплату вступительного взноса, который рассчитывается исходя из общего уровня ВВП страны. Для нас сегодня вступительный взнос составил бы 40-50 миллиона евро. Обсуждение этой темы ведется в нашей стране уже почти 10 лет, однако из-за хронической нехватки средств на фундаментальную науку решение не принято.
В 2015 году российские астрономы провели голосование по приоритетным проектам астрономической инфраструктуры. В обсуждении участвовало почти 500 специалистов – практически все активно работающие ученые страны.
Первым приоритетом в области международных проектов астрономы признали вступление в ESO. В качестве первоочередного проекта внутри страны наши коллеги выделили создание обзорного телескопа с зеркалом около четырех метров. Такой телескоп может быть построен силами отечественной оптико-механической промышленности и позволил бы выполнять обзоры неба на больших площадях.
— Расскажите, зачем нужны вообще большие телескопы, почему ESO и другие ведущие обсерватории мира тратят миллиарды на постройку столь гигантских зеркал, линз и других компонентов телескопов. За счет чего мы в принципе можем видеть звезды, как вообще становится возможным получение изображений таких дальних объектов?
— Астрономам всегда не хватало света. Битва за каждый фотон, приходящий от космических объектов, — вот в чем смысл всех работ, выполняемых в области астрономических технологий.
Они ведутся в трех основных направлениях. Во-первых, строятся телескопы с зеркалами все больших диаметров. Чем больше собирающая площадь зеркала, тем больше света оно может собрать в фокальной плоскости от наблюдаемого на небе источника.
Для иллюстрации приведу следующий пример: "Хаббл" накапливал фотоны в течение 30 суток для получения предельно глубокого снимка очень небольшой области на небе! Иными словами, "Хаббл" навелся на эту самую область и целый месяц не уходил с нее, пока приемник не дал картинку с предельно слабыми галактиками. Зато мы смогли зарегистрировать свет от галактик, образовавшихся в первые 500 миллионов лет после рождения Вселенной, которая, как считают сегодня коллеги, возникла 13,68 миллиарда лет назад.
Во-вторых, создаются все более эффективные оптические инструменты, устанавливаемые на телескопы. В наблюдательной астрономии наибольшее количество информации о физических свойствах наблюдаемых объектов ученые получают сейчас с помощью спектрографов. По спектрам астрономы оценивают расстояния до звезд или галактик, определяют их химический состав, температуру, ускорение силы тяжести на поверхности, скорости вращения, наличие магнитных полей и прочие вещи.
Спектрографы для таких работ должны обеспечивать необходимое спектральное разрешение, иметь высокое пропускание по свету, быть исключительно стабильными. Возьмем, к примеру, наблюдения за слабыми изменениями в скорости движения звезд для поиска вращающихся вокруг них планет. Поскольку планеты по массе в тысячи и миллионы раз меньше своих светил, то эти вариации ничтожны. Лучшие спектрографы позволяют обнаруживать подобные сдвиги в скоростях, равные всего нескольким десяткам сантиметров в секунду.
И, в-третьих, нужны предельно чувствительные и стабильные приемники. Сегодня лучшие результаты в оптическом диапазоне получаются с использованием приборов с зарядовой связью, ПЗС. Глазом в таких приборах является пластина из кремния исключительной чистоты, разбитая на отдельные элементы. По сути – это такие же ПЗС-матрицы, как и в камерах сотовых телефонов у каждого из нас, но гораздо более качественные и больших размеров.
Для снижения шумов матрицы охлаждают при помощи жидкого азота, а для считывания сигнала применяются исключительно сложные электронные схемы. Благодаря этому ПЗС-матрица позволяет регистрировать все 100% света, попадающего на их поверхность от зеркала телескопа. Для покрытия возможно больших площадей матрицы собирают в мозаики из множества отдельных светочувствительных элементов.
Для примера: крупнейшая мозаика матриц ПЗС, которая будет установлена на Гигантском синоптическом телескопе GSST, будет составлена из 189 элементов, а ее площадь достигнет почти половины квадратного метра. Сравните с площадью 10 квадратных миллиметров матриц в камерах наших сотовых телефонов.
Еще одной важной проблемой, которую приходится решать астрономам на пути познания Вселенной, является повышение разрешающей способности наблюдений. Действительно, что бы мы ни наблюдали на небе, хочется увидеть все максимально подробно. Но препятствием встает земная атмосфера! По сути, мы наблюдаем звезды и галактики со дна воздушного океана, который неоднороден и находится в постоянном движении.
В результате этого изображения светил размываются, и разрешающая способность падает в десятки и сотни раз. Для преодоления этого естественного ограничения астрономы научились применять методы интерферометрии (путем соединения данных и снимков с разных телескопов в единое целое). Они позволяют восстанавливать искаженные атмосферной турбулентностью картинки, хотя эта задача является исключительно трудоемкой.
Для определения характера искажений сегодня используются искусственные лазерные звезды, зажигаемые на сотую долю секунды на высоте около 10 километров в том же направлении, где находится объект, за которым мы следим. Затем полученные мгновенные снимки обрабатываются для повышения разрешения картинки.
Упомянутые выше телескопы VLT в европейской обсерватории могут работать и как единая интерферометрическая система, обеспечивающая таким образом беспрецедентное разрешение до двух миллисекунд дуги. Под таким углом однокопеечная монетка будет видна нам с расстояния в четыре тысячи километров.
