Из Сибири на Солнце

Олег Нахаев
21 июня 2007, 00:00

Урочище Бадары разделяет два сибирских хребта - Восточные Саяны и Хамар-Дабан. Горы, реки, тайга - романтика по полной программе. В этом месте сконцентрированы астрономические инструменты, аналогов которым нет нигде в мире. Сибирский солнечный радиотелескоп, комплекс "Квазар", Большой солнечный коронограф…

Загадочный крест в предгорьях Саян

Однажды советские космонавты, наблюдая Землю с орбиты, обнаружили в Восточной Сибири гигантский белый крест. Из ЦУПа успокоили: мол, никакое это не религиозное сооружение, а уникальная радиообсерватория в предгорьях Саян.

По идее никакого Сибирского солнечного радиотелескопа (ССРТ) вообще не должно было быть. Во всяком случае, в утвержденном правительством списке научных сооружений его не было. Сотрудники Института солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН строили телескоп по "остаточному принципу", довольствуясь крохами от бюджетного пирога.

Высокогорную сибирскую площадку под новый телескоп отыскали в Саянах, возле самой границы с Монголией. Принцип выбора был прост - наибольшая прозрачность атмосферы.

Когда возле местечка Бадары стали просматриваться очертания будущего телескопа, в Сибирь приехал крупный ученый из Японии. Он подробно ознакомился с новым проектом, несколько раз переспросил о количестве приемных устройств, а потом произнес свой легендарный монолог: "Я знаю, как сфазировать 16 антенн. Я допускаю, что можно сфазировать 32 антенны. Но я не представляю, как можно сфазировать 256 антенн. Это невозможно!"

А вскоре два перпендикулярных ряда "тарелок" образовали гигантский крест. В каждой из линеек - 128 приемных станций. Их общая протяженность - 1244 метра. Специалисты сумели заставить огромные антенны абсолютно синхронно двигаться за Солнцем. Но самым сложным оказалось даже не это: надо было научиться создавать из 256 отдельных частичек получаемого изображения электронный портрет постоянно меняющегося светила. Намучились неимоверно. Однако желанную картинку получили. Это был мировой прорыв.

Внебрачные дети Солнца

Сорок лет назад молоденькая Рина Теплицкая, будущий доктор физико-математических наук, из последних сил карабкалась на Часовую гору в составе "солнечной экспедиции". Когда становилось совсем невмоготу, она хваталась за хвост шедшей впереди кобылы Машки и с ее помощью продолжала путь в большую науку.

 pic_text1 Фото: Олег Нехаев
Фото: Олег Нехаев

Рина Теплицкая признается, что ее главное увлечение - "незаконные дети". Так она называет атмосферные слои Солнца - хромосферу и корону, которые ведут себя неподобающим образом и похожи на беспризорников, хулиганящих во Вселенной.

Всем известно: чем дальше от печки, тем холоднее. Так же - по земным представлениям - должна понижаться температура при удалении от раскаленного звездного ядра. И она понижается. До 5 тысяч градусов на поверхности Солнца. Но дальше происходит невероятное. В хромосфере температура увеличивается вдвое. А в далекой короне происходит еще один бешеный скачок - до 2 миллионов градусов. А вокруг - жесточайший холод вакуума. Вот и разберись: откуда берется эта чудовищная энергия для последующего разогрева? Доказательно объяснить это и другие солнечные явления не может сегодня никто в мире.

Хромосфера и корона - атмосферные слои солнца - ведут себя неподобающем образом и похожи на беспризорников,  хулиганящих во Вселенной

- Несколько десятилетий изучаю наше светило, - признается Рина. - За это время наука проникла в такие глубины, которые поражают воображение. А главные солнечные загадки, существовавшие во времена моей молодости, так и остаются до сих пор неразгаданными.

Солнечная активность: такая, понимаешь, загогулина…

Официально этот астрономический инструмент называется Большой внезатменный солнечный коронограф. Но между собой астрономы называют его "буратиной". Добавляя при этом, что он не только самый долгоносый из всех телескопов, но и наиболее "ленивый". Потому что в силу технических особенностей наблюдения с его помощью можно вести только с 8 утра до 8 вечера.

В день моего приезда "буратино" был не в настроении: понуро стоял с опущенной трубой объектива. Исследованиям мешал густой туман. Астрофизик Владимир Башкирцев, пользуясь моментом, стал читать мне нескладный стих: "Один бритый англичанин финики жевал, как морковку". Но, как выяснилось, повода обвинить его в графоманстве не было. Таким образом астрономы запоминают классификацию звезд. По тому же принципу, что и цвета радуги ("Каждый охотник желает знать..."), звезды распределены по температуре (цвету): O B A F G K M.

Нас поселили в деревянном домике. Мебели почти никакой. Старенькие кровати с панцирными сетками. Печку нужно самому топить дровами. Вода из ведра. Дощатая уборная - через дорогу. За четыре десятилетия к такому "комфорту" привыкли все: от младших научных сотрудников до академиков. А климат здесь жесткий. Снегопады случаются и в июне, и в августе. Башкирцев не обижается на такие условия. Идет куда-то в далекую кладовку. Приносит постельное белье. И начинает рассказывать о том, как совершил свое открытие мирового класса:

- Еще недавно ученые считали, что на солнце - полнейший хаос. А затем американец Лейтон обнаружил там пятиминутные колебания. Оказалось, что вещество поднимается и опускается циклически. Я тогда занимался протуберанцами - плазменными образованиями в солнечной короне. Техника в нашем распоряжении была хорошая. И мы с Галиной Машнич тоже решили посмотреть лейтоновские ритмы… Измучились вконец, а увидеть их не можем. Спектральный самописец каждый раз начинал медленно рисовать какую-то загогулину. Мы были уверены, что это технический сбой. Аппаратуру перестраивали и так и сяк. Потом от безысходности все бросили. Сидим, думаем. Толком не понимая, в чем наш просчет. А в это время перо неотключенного прибора неспешно вычертило синусоиду с часовым периодом. Это и был внутренний пульс протуберанца. Никто до нас не наблюдал этих колебаний в протуберанцах! Мы сделали кучу записей. Послали результаты в Solar Рhysics.

- Получается, что внутри Солнца как бы бьется "сердце"?

- Да. Можно и так сказать. При этом ритмичное движение звездного вещества происходит в гигантских объектах. Тот же протуберанец имеет протяженность 30 тысяч километров! И я думаю, что он живет благодаря этой пульсации. Правда, пока мы не знаем, какой механизм у этого процесса. Только предугадываем…

Прогноз космической погоды

Поздно вечером возвращаемся с площадки радиотелескопа вместе с Сергеем Лесовым. О нем говорят как о руководителе, который "тащит на себе "сибирский крест"". В таежных Бадарах он живет с женой уже почти два десятка лет. У них, в отличие от других сотрудников обсерватории, бессменная вахта.

На первый взгляд это кажется странным: антенна телескопа смотрит в небо, а видит Землю... Но астрофизики в данном случае поступили, как сказочный Мюнхгаузен, вытащивший себя из болота за волосы
 pic_text2 Фото: Олег Нехаев
Фото: Олег Нехаев

- Мы приступили к созданию нового многоволнового радиотелескопа, - рассказывает Сергей. - В нем будет 192 антенны, соединенные оптическими линиями.

- Зачем вам нужен этот телескоп?

- Мы хотим заглянуть в солнечную корону в особом диапазоне, чтобы померить магнитные поля. И на основе полученных данных попробовать приблизиться к прогнозированию вспышек. Ученые до сих пор не могут научиться их предсказывать.

Эту сферу научных исследований директор Института солнечно-земной физики, академик РАН Гелий Жеребцов считает важнейшей. Он стал инициатором проекта "Космическая погода" и победил с ним в академическом конкурсе, в котором рассматривались только те программы, которые "могут оказать существенное влияние на темпы научно-технического прогресса в России".

- Если говорить простым языком, - объясняет мне Гелий Жеребцов, - то мы выясняем, как наша жизнь зависит от капризов Солнца. В этих масштабных исследованиях будут задействованы около 50 научных учреждений страны. И речь идет не только о самочувствии людей. Например, Россия располагает самыми протяженными нефтегазопроводами и линиями электропередачи. Но во время магнитных возмущений, порождаемых Солнцем, в них возникают сильные токи, которые приводят к срабатыванию автоматической защиты и отключению этих систем. Точно так же выходят из строя телефонная, спутниковая связь. Подвержена такому влиянию и современная авиация.

- Наша страна обладает большой географической протяженностью, - продолжает академик.

- И благодаря наземным станциям мы можем десять-двенадцать часов в сутки отслеживать Солнце и иметь собственную информацию о происходящих там процессах. Таких условий больше нет ни у одной страны в мире. Таким образом, мы можем контролировать почти половину земного шара. И хорошо бы сделать так, чтобы и другие обращались к нам за сведениями о космической погоде. Тем более что обладание этими данными необходимо, в частности, для современного обеспечения безопасности России.

Зеркало в четыре тысячи километров

"Я как увидел ее, про себя сказал: что за красавица!" - так отозвался старший научный сотрудник НПО "Астрофизика" Юрий Вировец о гигантской антенне системы "Квазар" в Бадарах. Ее высота - с шестнадцатиэтажный дом. Вес - более 700 тонн. И вся эта громадина скользит по направляющим, как перышко от легкого ветерка. А ее конструкции напоминают вологодские кружева. Но это - видимая часть. По отношению к невидимой требуется иной масштаб воображения.

 pic_text3 Фото: Олег Нехаев
Фото: Олег Нехаев

О проекте "Квазар" говорят: три в одном. Первый телескоп системы расположен на северо-западе - в поселке Светлое Лениградской области. Второй - на Северном Кавказе, возле станицы Зеленчукская. Третий - в Сибири. И все это - единая система. С диаметром "зеркала" в четыре с лишним тысячи километров.

- Аналога системе "Квазар" в мировой радиоастрономии нет, - говорит Андрей Финкельштейн, директор Института прикладной астрономии, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН. - Теперь мы можем самостоятельно решать не только важнейшие научные, но и конкретные прикладные задачи в области геодезии, сейсмологии, метрологии, космической навигации, высокоскоростных телекоммуникаций. "Квазару" отведена роль базовой системы в фундаментальном координатно-временном обеспечении России.

Сибирскую обсерваторию "Квазар" возвели в сейсмически активной зоне байкальского разлома земной коры. Поэтому конструкции создавались с учетом необходимости противостояния девятибалльному землетрясению. Казалось бы, зачем сооружать радиотелескоп в таком неспокойном месте? Дело в том, что, находясь непосредственно в "горячей точке" - Тункинской долине, удобнее всего отслеживать подвижку земных плит.

На первый взгляд это кажется странным: антенна телескопа смотрит в небо, а видит Землю... Но астрофизики в данном случае поступили, как сказочный Мюнхгаузен, вытащивший себя из болота за волосы. Благодаря особой чувствительности приемников антенны и ее полноповоротному механизму ученые "прикрепляются" к квазарам (квазизвездам) и ярким ядрам чрезвычайно отдаленных галактик. Используя их как неподвижные точки отсчета, они отслеживают земные подвижки и координаты с точностью до миллиметров.

С помощью радиотелескопов уже установили, что острова Японии дрейфуют к российским берегам со скоростью 10 см в год. Крым также приближается к нам. И в связи с такой тектонической геополитикой ни одно суверенное государство не может заявить ноту протеста. Возмущается только литосфера. Именно ее напряженное состояние приводит к разрушительным землетрясениям. Новый инструмент поможет найти заветный ключик к механизму их прогнозирования.

Андрей Финкельштейн сообщает новость: "В скором времени в состав "Квазара" войдет расположенный на Дальнем Востоке радиотелескоп с диаметром зеркала 70 метров - таким образом, сеть будет обладать рекордной в мире протяженностью по долготе".

 pic_text4 Фото: Олег Нехаев
Фото: Олег Нехаев

"Квазар" будет работать в паре с ГЛОНАССом. Этот отечественный спутниковый навигатор позволит устанавливать положение любого объекта с точностью до метра. Небольшой приборчик, купить который сможет семья со средним достатком, покажет ваше местонахождение на электронной карте. При желании по сигналам спецмаячка вы будете определять, где находится в данный момент ваш ребенок или сбежавшая собака.

Однако основная задача ГЛОНАССа - стать своеобразным координатором российской экономики, оперативно отслеживающим координаты и скорость перемещения морских, воздушных и сухопутных объектов. Эта же система будет использоваться для выдачи целеуказания и наведения высокоточного оружия.

В масштабах всей страны навигатор должен заработать уже через несколько месяцев, когда на орбиту будут выведены все 18 спутников космической группировки. Еще через три года система охватит весь мир. "Особая задача "Квазара", - поясняет Андрей Финкельштейн, - снабжение ГЛОНАССа специальными данными, которые должны обеспечить его эффективную работу и конкурентоспособность с существующей американской системой GPS и планируемой европейской GALILEO".

Со слов ученых записываю в блокнот красивые фразы: "У "Квазара" невероятная точность наведения и определения координат объектов "далекого космоса"", "Его ювелирная прицельность близка к одной тысячной секунды дуги". Тут я перестаю записывать и кивать с умным видом. Мне, как обывателю, подобная цифирь ни о чем не говорит. А вот когда мне объясняют: это то же самое, что попасть в яблочко стандартной мишени с расстояния в несколько тысяч километров, - все становится ясно. Но понимаешь и другое: такую "меткость" должны демонстрировать сразу три телескопа одновременно. Наверное, найти иголку в стоге сена в тысячу раз легче…

Разглядеть нитку за миллион километров

В третий раз приезжаю на Часовые сопки. Их непосредственное соседство с Монголией заставляет делать остановку возле пограничной заставы. Здесь ставят штампик, разрешающий пребывание "на Горе". Знать бы еще: кто дает "добро" на "выход к небу"? Неужели и на этот раз небосвод будет, как занавеской, задернут белесой пеленой? Академик Жеребцов смеется надо мной и не верит в мое невезение. Говорит, что быть такого не может. Мол, Саянская обсерватория - обитель ясной погоды. Для него - точно. Как ни приедет - чистое небо. Другие сотрудники ворчат точно так же, как и я. Молчат только астрономы, работающие на новом инфракрасном телескопе. Им все нипочем.

Телескоп, созданный конструкторами Ленинградского оптико-механического объединения, позволяет вести наблюдения за космическими объектами даже в дневное время. Инфракрасный диапазон увеличивает чувствительность приборов на целый порядок. Газовые скопления вокруг новых звезд больше не являются помехой для наблюдений. А это значит, что нас ждут открытия, например, неизвестных планет. Подобными инфракрасными приемниками вскоре оснастят другие телескопы. И с их помощью начнут исследовать самые глубокие слои фотосферы Солнца.

Примечательно, что рядом с "инфракрасником", точно так же, как и возле "Квазара", выстроены новые мини-отели со всеми удобствами: комнатами отдыха, кухнями и рабочими кабинетами. Астрономы наконец-то перестают быть "недорогим приложением к научным инструментам".

- Новый телескоп - высочайшего уровня! - рассказывает научный руководитель проекта, член-корреспондент РАН Виктор Григорьев. - На нем впервые установлено облегченное тонкое зеркало. Применена новая система приводов и управления, которая позволяет отслеживать даже быстродвижущиеся объекты. Такие, например, как спутники.

Сибирские астрономы давно ведут за ними наблюдения, выполняя спецзаказы военных. На полученных снимках можно увидеть, как американский спутник тащит за собой, будто на буксире, другой космический аппарат. Толщина видимого в телескоп троса, подсвеченного солнцем, - всего один-два миллиметра. На другом снимке наш спутник с помощью экспериментального оружия уничтожает в космосе условного противника, после чего тот разлетается на мелкие кусочки. С этих изображений сегодня снят гриф секретности, но они убедительно доказывают, что звездные войны - не такая уж фантастика.

Новый инфракрасный телескоп тоже будет использоваться для спецнаблюдений. Он, как рентген, может определить наличие на борту, например, ядерной установки.

Большой солнечный коронограф

Внезатменный коронограф Саянской обсерватории является одним из крупнейших в мире. Он предназначен для изучения короны солнца вне затмений.

В последние годы на этом инструменте выполнен цикл работ по изучению динамики хромосферных спикул - тонкоструктурных выбросов плазмы.

Проблемно-ориентированный телескоп

Предназначен для измерения слабых фоновых магнитных полей на Солнце. Известно, что магнитное поле Солнца вытягивается солнечным ветром в межпланетное пространство и Земля, находящаяся внутри гелиосферы, подвержена воздействию солнечного ветра и межпланетного магнитного поля. Измеряя распределение магнитного поля по земной поверхности, можно прогнозировать геомагнитные возмущения.

Сибирский солнечный радиотелескоп

Этот астрономический инструмент включен в перечень уникальных установок России. Состоит из 256 синхронизированных антенн. Предназначен для изучения солнечной активности в микроволновом диапазоне (5,7 ГГц), где процессы, происходящие в солнечной короне, доступны для наблюдений по всему солнечному диску.

Универсальный автоматизированный солнечный телескоп

Считается одним из крупнейших солнечных телескопов в мире. Оснащен солнечным магнитографом для измерения магнитных полей и скорости движения плазмы в солнечной атмосфере. С его помощью впервые была получена детальная картина всплытия магнитного поля активной области из нижних слоев Солнца на его поверхность.

Радиоастрономическая обсерватория "Квазар-КВО"

Крупнейший российский астрономический проект последней четверти века. "Квазар-КВО" - сеть из трех радиоастрономических обсерваторий, объединенных в глобальный радиотелескоп с эффективным диаметром зеркала свыше 4 тыс. км. Одна из обсерваторий расположена в Бадарах. Основным элементом всех трех станций наблюдения является полноповоротный радиотелескоп нового поколения с диаметром зеркала 32 метра.