В начале июня американские астрономы опубликовали план строительства радиотелескопа следующего поколения, который сможет хотя бы частично заменить легендарную обсерваторию Аресибо, разрушившуюся 1 декабря 2020 года. В нашей сегодняшней статье мы расскажем об основных открытиях, сделанных на Аресибо, и о том, почему эта обсерватория занимала особое место в современной науке.
Создание Аресибо
Идею создания крупнейшего в мире радиотелескопа продвигал профессор Корнелльского университета Уильям Гордон с 1958 года. Именно ему пришло в голову «вписать» сферическую антенну в естественную впадину местности соответствующей формы и размеров. Изначально главный рефлектор инструмента планировали сделать диаметром 492 фута (150 м) и приспособить его для атмосферных исследований. Приемно-передающую аппаратуру собирались установить на башне высотой более сотни метров. Но позже проектом заинтересовались астрономы. В итоге антенну решили увеличить вдвое, а электронное оборудование «подвесить» над ней на подвижной платформе, что позволяло осуществлять наведение на различные участки неба в пределах склонений от +40° до -2°. «Наведение» по прямому возвышению должно было обеспечивать осевое вращение нашей планеты.
Почти два года продолжались поиски наилучшей локации для сооружения гигантского инструмента. С одной стороны, для большего охвата небесной сферы его желательно расположить ближе к экватору. С другой — страна или территория, на которой его собирались строить, должны были бы как можно реже переживать природные катаклизмы, а также характеризоваться стабильным политическим режимом и поддерживать дружеские отношения с США. В конце концов выбор был сделан в пользу карибского островного государства Пуэрто-Рико, где возле поселка Аресибо нашли карстовую впадину нужной формы.
Строительство обсерватории началось в 1960 году, а 1 ноября 1963-го она, как говорят, «увидела первый свет». Новый радиотелескоп стал символом технического прогресса и, как справедливо утверждается, во многом опередил свое время. Первые полгода его полностью «оккупировали» военные, которые тоже участвовали в финансировании проекта и активно использовали его для экспериментов в области национальной обороны. Но директором Аресибо назначили гражданское лицо — уже упомянутого Уильяма Гордона, который занимал эту должность до 1965 года. К наблюдениям начали присоединяться ученые, и уже в апреле 1964-го на новом радиотелескопе было сделано первое астрономическое открытие.
Главные достижения Аресибо
Сколько длятся сутки на Меркурии. Начало 1960-х годов было временем первых экспериментов по радиолокации планет, и самая большая антенна Земли не могла к ним не приобщиться. По результатам радарных исследований Меркурия оказалось, что его период обращения вокруг своей оси не равен орбитальному (88 земных суток), а значительно короче (59 суток), то есть он не повернут к Солнцу постоянно одной и той же стороной. Сейчас это открытие не кажется таким уж значимым, но на тот момент оно стало весомым подтверждением эффективности Аресибо.
Пульсары и экзопланеты. В 1967 году были открыты первые пульсары — новый класс астрономических объектов. Согласно современным представлениям, это «продукты» гравитационного сжатия массивных звезд после завершения в их недрах реакций термоядерного синтеза на основе водорода и гелия. В дальнейшем обсерватория Аресибо активно использовалась для их исследований, что позволило не только узнать много интересного о звездной эволюции массивных звезд, но и получить подтверждение эйнштейновской Общей теории относительности.
В 1991 году сотрудник обсерватории польский астроном Александер Вольщан обратил внимание на периодические изменения периода пульсара B1257+12 и выдвинул предположение, что причиной этого являются три планетоподобных тела, которые вращаются вокруг остатка погибшей звезды. Так были открыты первые планеты за пределами Солнечной системы. Позже им дали имена «Дрогр», «Фобетор» и «Полтергейст».
«Послание Аресибо». С 1971-го обсерваторией начал распоряжаться Национальный научный фонд (NSF), за средства которого в 1974 году была осуществлена капитальная реконструкция телескопа. Проволочную сетку рефлектора заменили на перфорированные дюралевые пластины, установили новую приемную аппаратуру и радар мощностью 420 кВт, который излучал импульсы на частоте 2,4 ГГц. Это дало возможность осуществлять эффективные исследования астероидов и кометных ядер, приближавшихся к Земле, а также составить первую радиолокационную карту поверхности Венеры. Тогда же, в 1974-м, в направлении звездного скопления M13 в созвездии Геркулеса было отправлено радиосообщение с основными сведениями о земной жизни и человеческой цивилизации. Его часто вспоминают как первую попытку связаться с инопланетным разумом, хотя ученые понимали, что послание «достигнет адресата» лишь через 22 тысячи лет, и на самом деле главной его целью стала демонстрация технических возможностей обновленного инструмента.
Далекая Вселенная. В конце 1970-х годов телескоп Аресибо помог найти доказательства существования темной материи — загадочного компонента мироздания, который не поглощает и не излучает электромагнитных волн и обнаруживает свое присутствие только через гравитационное воздействие на видимое вещество. Относительно природы этой материи в научном сообществе сейчас существуют лишь догадки. В начале 80-х на базе данных, полученных крупнейшей радиообсерваторией, астрономы построили первую модель трехмерной структуры Вселенной, представляющей собой огромную «паутину» со скоплениями галактик и межгалактического газа вблизи пересечения отдельных «паутинок».
В 1982 году уникальный инструмент открыл в регионах активного звездообразования и в других галактиках первые гидроксильные мегамазеры — так назвали источники мощного радиоизлучения в узких спектральных линиях радикала гидроксила OH (1612 и 1665 МГц). Сейчас они помогают измерять межзвездные расстояния и изучать процессы эволюции звезд.
Другие открытия в Солнечной системе. Антенна Аресибо регулярно использовалась для радиолокации приближающихся к Земле астероидов и некоторых объектов Главного пояса. Это позволило составить представление об их форме и поверхности, а также точнее измерить скорость вращения вокруг оси. В 2000 году радиотелескоп впервые наблюдал двойной астероид, в 2003-м — нашел доказательства существования озер жидких углеводородов на поверхности сатурнианского спутника Титана.
Последние года
Вторая и последняя реновация обсерватории началась в 1994-м и завершилась в 1997 году. Она стоила 25 млн долларов. Радиотелескоп получил дополнительный приемник в касегреновском фокусе (для этого возвели «вторичный» подвесной купол), его частотный диапазон был расширен, заработал информационный центр для посетителей. Уже через год инструмент задействовали для ответственной операции — с его помощью удалось восстановить связь с космическим солнечным телескопом SOHO, который успешно работает до сих пор.
Уменьшение научной нагрузки во время ремонтных работ позволило в 1994 году использовать главную антенну Аресибо как съемочную площадку финальных сцен фильма «Золотой глаз» (17-го эпизода киноэпопеи о британском супершпионе Джеймсе Бонде), а позже — фантастических лент «Существа» и «Контакт».
В 1999 году обсерватория начала отправлять данные своих наблюдений в систему распределенных вычислений SETI@home, целью которой был поиск среди «космических радиошумов» сигналов искусственного происхождения. Соответствующую программу каждый мог установить на свой персональный компьютер и через Интернет получать информацию для автоматического анализа. Таким образом Аресибо буквально «попал в каждый дом», где существовало подключение ко Всемирной сети.
Перечисленные открытия являются лишь небольшой долей от всех достижений радиотелескопа, и уже из этого нетрудно понять, каким весомым было его значение для мировой науки. Более полувека он оставался единственным инструментом со сплошной апертурой такого размера и только в 2016-м передал это почетное звание китайскому полукилометровому рефлектору FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope), окончательный ввод которого в эксплуатацию завершился в прошлом году.
Разрушение конструкции Аресибо
Однако, какой бы совершенной ни была обсерватория Аресибо, конструкционные материалы комплекса приемно-передающей аппаратуры (особенно системы его подвески), постоянно находившиеся под наибольшей нагрузкой, постепенно изнашивались, а планы их замены — откладывались «до лучших финансовых времен». Существенные проблемы начались в сентябре 2017 года, когда телескоп пострадал от двух мощных ураганов. И если первый из них (ему дали имя «Ирма») не вызвал критических повреждений, то второй — печально известный ураган «Мария» — оторвал от подвесной конструкции 29-метровую штыревую антенну, которая упала на главный рефлектор и пробила его. Также была разрушена вспомогательная 12-метровая антенна, необходимая для согласования наблюдений в режиме радиоинтерферометра со сверхдлинной базой (VLBI) с другими радиотелескопами планеты.
Ремонт подвесной платформы и ее установка в рабочее положение продолжались почти полгода. Весной 2018-го Аресибо возобновил наблюдения. В декабре того же года с его помощью было проведено радарное зондирование кометы Виртанена (46P/Wirtanen) и астероида (163899) 2003 SD220 во время их пролетов вблизи Земли. Но землетрясение силой 6,5 балла, которое произошло в Пуэрто-Рико 7 января 2020 года, оказалось фатальным для знаменитой обсерватории. Внешние осмотры начали выявлять признаки опасной изношенности подвески. Наконец 10 августа оборвался первый вспомогательный трос, закрепленный на башне №4 (всего их три, но они пронумерованы как отметки циферблата часов, где «12» соответствует направлению на север). Руководство NSF решило ограничить активность персонала и заказать услуги независимого инженерного аудита для оценки общего состояния конструкции.
6 ноября произошел обрыв второго вспомогательного троса. К тому времени приглашенные комиссии выявили большую степень изношенности основных поддерживающих тросов, хотя нагрузка на них не превышала 62% от предельно допустимой. В выводах инженерной экспертизы говорилось, что потеря хотя бы еще одного элемента подвески повлечет цепную реакцию разрушения с непредсказуемыми последствиями. Из обсерватории и информационного центра вывели всех сотрудников, кроме охраны. 24 ноября на общем совете при участии представителей NSF было принято окончательное решение о демонтаже Аресибо путем управляемого подрыва. Но судьба распорядилась иначе.
Завершение эпохи
1 декабря в восемь утра по местному времени тросы, соединявшие 900-тонную подвесную платформу с многострадальной «четвертой башней», не выдержали. Платформа упала на северо-восточный сегмент главной антенны со стометровой высоты. Верхушки всех трех бетонных опорных башен, к которым она была прикреплена, тоже сломались. Радиотелескоп Аресибо прекратил свое существование. К счастью, благодаря предварительным мерам безопасности, катастрофа обошлась без человеческих жертв. Сейчас сотрудники NSF решают, что делать с остатками телескопа. В работоспособном состоянии осталась вспомогательная 12-метровая антенна и лидар (лазерный радар), использовавшийся для атмосферных исследований. Почти не пострадал информационный центр — на его базе, скорее всего, организуют музей обсерватории. К сожалению, часть научного оборудования спасти не удалось.
Так мировая наука безвозвратно потеряла очень чувствительный и хорошо откалиброванный инструмент для наблюдений в широком диапазоне радиоволн, который можно было использовать в экспериментах по радиолокации небесных тел и как элемент системы VLBI. Его приведение в рабочее состояние потребует больше усилий и средств, чем строительство нового радиотелескопа с аналогичными параметрами.
После гибели Аресибо инженеры предложили ряд идей по восстановлению комплекса. Одна из них предусматривает восстановление главной антенны, но в меньшем размере и размещение над ней приемника на центральной башне, как и было предусмотрено в первоначальном проекте. Другой вариант — строительство меньшего по размеру массива, состоящего из множества наклоняемых антенн. Надеемся, хотя бы часть этих предложений удастся реализовать. Но можно с уверенностью сказать, что на полную мощность Аресибо уже не заработает никогда.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
