Прощання з Аресібо: що втратила наука разом із легендарним радіотелескопом

На початку червня американські астрономи опублікували план будівництва радіотелескопа наступного покоління, який зможе хоча б частково замінити легендарну обсерваторію Аресібо, що зруйнувалася 1 грудня 2020 року. У нашій сьогоднішній статті ми розповімо про основні відкриття, зроблені цією обсерваторією, і про те, чому вона посідала особливе місце в сучасній науці.

Створення Аресібо

Ідею створення найбільшого у світі радіотелескопа просував професор Корнелльського університету Вільям Гордон ще з 1958 року. Саме йому спало на думку «вписати» сферичну антену в природну западину місцевості відповідної форми та розмірів. Спочатку головний рефлектор інструмента планували зробити діаметром 492 фути (150 м) і пристосувати його для атмосферних досліджень. Приймально-передавальну апаратуру збиралися встановити на вежі заввишки понад сотню метрів. Але пізніше проєктом зацікавилися астрономи. Врешті антену вирішили збільшити вдвічі, а електронне обладнання «підвісити» над нею на рухомій платформі, що дозволяло здійснювати наведення на різні ділянки неба в межах схилень від +40° до -2°. «Наведення» за прямим піднесенням мало забезпечувати осьове обертання нашої планети.

Будівництво підвісного містка до антенної платформи телескопа Аресібо (лютий 1963 року).

Майже два роки тривали пошуки найкращої локації для спорудження гігантського інструмента. З одного боку, для більшого охоплення небесної сфери його бажано розташувати ближче до екватора. З іншого — країна чи територія, на якій його збиралися будувати, мали б якомога рідше переживати природні катаклізми, а також характеризуватися стабільним політичним режимом і підтримувати дружні стосунки зі США. Врешті вибір був зроблений на користь карибської острівної держави Пуерто-Рико, де біля селища Аресібо знайшли карстову западину потрібної форми.

Будівництво обсерваторії розпочалося 1960 року, а 1 листопада 1963-го вона, як кажуть, «побачила перше світло». Новий радіотелескоп став символом технічного прогресу і, як справедливо стверджувалося, багато в чому випередив свій час. Перші пів року його повністю «окупували» військові, які теж брали участь у фінансуванні проєкту й активно використовували його для експериментів у галузі національної оборони. Але директором Аресібо призначили цивільну особу — вже згаданого Вільяма Гордона, який займав цю посаду до 1965 року. До спостережень почали долучатися вчені, й уже у квітні 1964-го на новому телескопі було здійснене перше астрономічне відкриття.

Головні досягнення Аресібо

Скільки триває доба на Меркурії. Початок 1960-х років був часом перших експериментів з радіолокації планет, і найбільша антена Землі не могла до них не долучитися. За результатами радарних досліджень Меркурія виявилося, що період його обертання навколо власної осі не дорівнює орбітальному (88 земних діб), а значно коротший (59 діб), тобто він не обернений до Сонця постійно одним і тим же боком. Нині це відкриття не здається аж таким значущим, але на той момент воно стало вагомим підтвердженням ефективності Аресібо.

Пульсари та екзопланети. У 1967 році були відкриті перші пульсари — новий клас астрономічних об’єктів. Згідно з сучасними уявленнями, це «продукти» гравітаційного стиснення масивних зірок після завершення у їхніх надрах реакцій термоядерного синтезу на основі водню та гелію. Надалі обсерваторія Аресібо активно використовувалася для їхніх досліджень, що дозволило не лише дізнатися багато цікавого про зоряну еволюцію масивних зірок, але й отримати підтвердження ейнштейнівської Загальної теорії відносності.

У 1991 році співробітник обсерваторії польський астроном Александер Вольщан звернув увагу на періодичні зміни періоду пульсара B1257+12 і висунув припущення, що причиною цього є три планетоподібних тіла, які обертаються навколо залишку загиблої зорі. Так були відкриті перші планети за межами Сонячної системи. Пізніше їм дали імена «Дрогр», «Фобетор» і «Полтергейст».

«Послання Аресібо». З 1971-го обсерваторією почав розпоряджатися Національний науковий фонд (NSF), за кошти якого в 1974 році було здійснено капітальну реконструкцію телескопа. Дротяну сітку рефлектора замінили на перфоровані дюралеві пластини, встановили нову приймальну апаратуру і радар потужністю 420 кВт, який випромінював імпульси на частоті 2,4 ГГц. Це дало можливість здійснювати ефективні дослідження астероїдів і кометних ядер, що наближалися до Землі, а також скласти першу радіолокаційну карту поверхні Венери. Тоді ж, у 1974-му, в напрямку зоряного скупчення M13 в сузір’ї Геркулеса було відправлене радіоповідомлення з основними відомостями про земне життя та людську цивілізацію. Його часто згадують як першу спробу зв’язатися з інопланетним розумом, хоча вчені розуміли, що послання «досягне адресата» лише через 22 тисячі років, і насправді головною його метою стала демонстрація технічних можливостей оновленого інструмента.

Далекий Всесвіт. У кінці 1970-х років телескоп Аресібо допоміг знайти докази існування темної матерії — загадкового компоненту світобудови, що не поглинає та не випромінює електромагнітних хвиль і виявляє свою присутність лише через гравітаційний вплив на видиму речовину. Стосовно природи цієї матерії в науковому товаристві зараз існують лише здогадки. На початку 80-х на базі даних, отриманих найбільшою радіообсерваторією, астрономи побудували першу модель тривимірної структури Всесвіту, що являє собою величезне «павутиння» зі скупченнями галактик і міжгалактичного газу поблизу перетину окремих «павутинок».

У 1982 році унікальний інструмент відкрив у регіонах активного зореутворення та в інших галактиках перші гідроксильні мегамазери — так назвали джерела потужного радіовипромінювання у вузьких спектральних лініях радикала гідроксилу OH (1612 та 1665 МГц). Зараз вони допомагають вимірювати міжзоряні відстані та вивчати процеси еволюції зір.

Інші відкриття в Сонячній системі. Антена Аресібо регулярно використовувалася для радіолокації астероїдів, що наближалися до Землі, та деяких об’єктів Головного поясу. Це дозволило скласти уявлення про їхню форму та поверхню, а також точніше виміряти швидкість обертання навколо осі. У 2000 році радіотелескоп уперше спостерігав подвійний астероїд, у 2003-му — знайшов докази існування озер рідких вуглеводнів на поверхні сатурніанського супутника Титана.

Останні роки

Друга й остання реновація обсерваторії розпочалася 1994-го та завершилася 1997 року. Вона коштувала 25 млн доларів. Радіотелескоп отримав додатковий приймач у касегренівському фокусі (для цього спорудили «вторинний» підвісний купол), його частотний діапазон був розширений, запрацював інформаційний центр для відвідувачів. Уже через рік інструмент залучили для відповідальної операції — з його допомогою вдалося відновити зв’язок із космічним сонячним телескопом SOHO, який успішно працює й досі.

Зменшення наукового навантаження під час ремонтних робіт дозволило в 1994 році використати головну антену Аресібо як  знімальний майданчик фінальних сцен фільму «Золоте око» (17-го епізоду кіноепопеї про британського супершпіона Джеймса Бонда), а пізніше — фантастичних стрічок «Істоти» та «Контакт».

У 1999 році обсерваторія почала надсилати дані своїх спостережень до системи розподілених обчислень SETI@home, що мала за мету пошук серед «космічних радіошумів» сигналів штучного походження. Відповідну програму кожен міг установити на свій персональний комп’ютер і через Інтернет отримувати інформацію для автоматичного аналізу. Отже Аресібо буквально «потрапив у кожну хату», де існувало під’єднання до Всесвітньої мережі.

Переліченні відкриття є лише невеликою часткою від усіх досягнень радіотелескопа, і вже з цього неважко зрозуміти, яким вагомим було його значення для світової науки. Понад пів століття він залишався єдиним інструментом із суцільною апертурою такого розміру і лише 2016-гопередав це почесне звання китайському півкілометровому рефлектору FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope), остаточне введення якого в експлуатацію завершилося минулого року.

Руйнування конструкції Аресiбо

Однак, якою б досконалою не була обсерваторія Аресібо, конструкційні матеріали комплексу приймально-передавальної апаратури (особливо системи його підвіски), що постійно перебували під найбільшим навантаженням, поступово зношувались, а плани їхньої заміни — відкладалися «до кращих фінансових часів». Суттєві проблеми почались у вересні 2017 року, коли телескоп постраждав від двох потужних ураганів. І якщо перший з них (йому дали ім’я «Ірма») не спричинив критичних пошкоджень, то другий — сумновідомий ураган «Марія» — відірвав від підвісної конструкції 29-метрову штирьову антену, яка впала на головний рефлектор і пробила його. Також була зруйнована допоміжна 12-метрова антена, необхідна для узгодження спостережень в режимі радіоінтерферометра з наддовгою базою (VLBI) з іншими радіотелескопами планети.

Ремонт підвісної платформи та її встановлення в робоче положення тривали майже пів року. Навесні 2018-го Аресібо відновив спостереження. У грудні того ж року з його допомогою було проведене радарне зондування комети Віртанена (46P/Wirtanen) та астероїда (163899) 2003 SD220 під час їхніх прольотів поблизу Землі. Але землетрус силою 6,5 бала, який стався в Пуерто-Рико 7 січня 2020 року, виявився фатальним для славетної обсерваторії. Зовнішні огляди почали виявляти ознаки небезпечної зношеності підвіски. Врешті 10 серпня обірвався перший допоміжний трос, закріплений на вежі №4 (всього їх три, але вони пронумеровані як позначки циферблату годинника, де «12» відповідає напрямку на північ). Керівництво NSF вирішило  обмежити активність персоналу та замовити послуги незалежного інженерного аудиту для оцінки загального стану конструкції.

6 листопада стався обрив другого допоміжного троса. До того часу запрошені комісії виявили великий ступінь зношеності основних підтримувальних тросів, хоча навантаження на них не перевищувало 62% від гранично допустимого. У висновках інженерної експертизи йшлося про те, що втрата хоча б ще одного елементу підвіски спричинить ланцюгову реакцію руйнування з непередбачуваними наслідками. З обсерваторії та інформаційного центру вивели всіх співробітників, крім охорони. 24 листопада на загальній раді за участі представників NSF було ухвалене  остаточне рішення про демонтаж Аресібо шляхом керованого підриву. Але доля розпорядилася інакше.

Завершення епохи

1 грудня о восьмій ранку за місцевим часом троси, що з’єднували 900-тонну підвісну платформу з багатостраждальною «четвертою вежею», не витримали. Платформа впала на північно-східний сегмент головної антени зі стометрової висоти. Верхівки всіх трьох бетонних опорних веж, до яких вона була прикріплена, теж зламалися. Радіотелескоп Аресібо припинив своє існування. На щастя, завдяки попереднім заходам безпеки, катастрофа обійшлася без людських жертв. Зараз співробітники NSF вирішують, що робити з залишками телескопа. У працездатному стані залишилася допоміжна 12-метрова антена і лідар (лазерний радар), що використовувався для атмосферних досліджень. Майже не постраждав інформаційний центр — на його базі, швидше за все, організують музей обсерваторії. На жаль, частину наукового обладнання врятувати не вдалося.

Наслідки падіння 900-тонної антенної платформи на головний рефлектор Аресібо 1 грудня 2020 року

Так світова наука безповоротно втратила дуже чутливий і добре відкалібрований інструмент для спостережень у широкому діапазоні радіохвиль, який можна було використати в експериментах з радіолокації небесних тіл і як елемент системи VLBI. Його приведення в робочий стан потребуватиме більше зусиль і коштів, ніж будівництво нового радіотелескопа з аналогічними параметрами.

Після загибелі Аресібо інженери запропонували низку ідей щодо відновлення комплексу. Одна з них передбачає відновлення головної антени, але в меншому розмірі та розміщення над нею приймача на центральній вежі, як і було передбачено в первісному проєкті. Інший варіант — будівництво меншого за розміром масиву, що складається з безлічі антен, які матимуть можливість нахилятися. Сподіваємося, хоча б частину цих пропозицій вдасться реалізувати. Але можна з упевненістю сказати, що на повну потужність Аресібо вже не запрацює ніколи.

Тільки найцікавіші новини та факти в нашому Telegram-каналі!

Приєднуйтесь: https://t.me/ustmagazine

Пожежа на стартовому майданчику знищила ракету компанії ABL Space
Таємничі темні комети можуть бути джерелом походження води на Землі
Місяць повільно віддаляється від Землі й починає впливати на нас
Juno зробив дивовижне фото Юпітера
Новий квантовий комп’ютер встановив рекорд швидкості дії
Blue Origin демонструє технологію вертикальної посадки ракети New Glenn: відео
Космічне кільце: астрономи зазнімкували гіперсвітну галактику
Викрадення «Луни-2»: як ЦРУ дізналися секрети радянської космічної програми під носом у КДБ
Вчені виявили неподалік від Сонця неймовірно швидкий об’єкт
Галактика-конструктор: телескоп Hubble зазнімкував незвичайного сусіда Чумацького Шляху