Журнал «Вокруг Света» №12 за 2007 год - Вокруг Света

Вселенская деревня

Наиболее ярко роботы проявили себя в деле изучения гамма-всплесков, где требуется мгновенная реакция на регистрируемые события. Первый такой роботизированный телескоп ROTSE-I построил Карл Акерлоф (Carl Akerlof) в Национальной лаборатории Лос-Аламос (штат Нью-Мексико). Инструмент состоял из четырех оптических труб диаметром всего 11 сантиметров. Он заработал в 1997 году и отзывался на сигналы орбитальных гаммаобсерваторий COMPTON и HETE.

Гамма-всплески были открыты в конце 1960-х годов американскими спутниками, следившими за ядерными испытаниями. Наряду со взрывами на Земле они стали регистрировать короткие импульсы жесткого излучения из космоса. Тридцать лет оставалась непонятным, что их порождает и даже на каком расстоянии от Земли они случаются, а все потому, что никак не удавалось получить о них никакой дополнительной информации. За те десятки секунд, в течение которых длится типичный гамма-всплеск, другие инструменты просто не успевали на него отреагировать. К тому же гамма-телескоп определяет координаты источника с низкой точностью, так что после вспышки искать источник по координатам бесполезно. Нужно действовать молниеносно и попробовать поймать источник в оптике, пока он не угас.

Только в 1997 году было зарегистрировано так называемое послесвечение гамма-всплеска — излучение газа, окружающего место космической катастрофы. Но увидеть в оптике, как развивается сам взрыв, удалось только в 1999 году. 23 января ROTSE-I навелся на источник всего через 22 секунды после его регистрации гаммателескопом — повезло, что инструмент сразу смотрел почти в нужную сторону. Тогда вспышку застали еще на «подъеме». На первом кадре источник имел звездную величину 12m, а в максимуме блеска — примерно через 2 минуты — стал ярче 9m. Именно эти наблюдения позволили окончательно убедиться в том, что гамма-всплески происходят на космологических расстояниях в миллиарды световых лет, буквально на краю наблюдаемой Вселенной, там, где ее возраст составляет всего 20% от современного.

Вспышка, зарегистрированная тогда ROTSE-I, лишь немного не дотягивала до видимости невооруженным глазом, и при этом гамма-всплеск был не самым ярким. Значит, природа наделила наш разум такими органами чувств, что их как раз хватает увидеть границы дома, в котором мы живем. В отличие от города, в деревне вам видна околица. И наша Вселенная, подобно деревне, простреливается одним взглядом.

После нескольких лет успешной работы компьютер, который управлял телескопом ROTSE-I, был взломан хакерами, и в ответ служба безопасности Лос-Аламоса — это как-никак центр ядерных исследований — потребовала немедленно вывести эксперимент с их территории. Телескоп перебазировали в Чили, где он теперь методично строит кривые блеска переменных звезд. Хотя поля зрения и быстродействия ROTSE-I достаточно для того, чтобы дважды за ночь отснять все видимое небо, его программное обеспечение не позволяет вести самостоятельный поиск транзиентов — не написаны соответствующие программы. Это, кстати, довольно распространенная проблема — труд программистов дорог, а телескопы-роботы, напротив, весьма скромные в финансовом плане инструменты. ROTSE-I, к примеру, обошелся всего в 200 тысяч долларов, большая часть из которых пошла на приобретение ПЗС-матриц. Содержать в течение пары лет команду квалифицированных программистов-разработчиков обошлось бы дороже.

Между тем именно софт (программное обеспечение) является ключевым элементом, отличающим полноценный робот-телескоп от обычного автоматизированного инструмента, складывающего снимки в архив для последующей ручной обработки. Программы, управляющие телескопом МАСТЕР, например, сами по сигналам погодных датчиков открывают крышу обсерватории и начинают наблюдения. Получив сообщение о гамма-всплеске, робот не только делает снимки, но и сам ищет новый объект и, найдя, уточняет координаты и автоматически отправляет сообщение в Бюро астрономических телеграмм. Это позволяет как можно быстрее подключить к работе других наблюдателей.

Плотность покрытия неба снимками телескопа МАСТЕР за 3 года. Неохваченная (темная) полоса — Млечный Путь, где снимки трудно анализировать

Новые горизонты

Но один телескоп-робот, даже если он безупречно запрограммирован, не может решить задачу полного мониторинга всего неба. Для этого нужна сеть телескопов на разных широтах и долготах, которые вместе смогут целиком охватить «взглядом» все ночное небо и обеспечат независимость от капризов погоды. Первая такая сеть создана под руководством все того же Карла Акерлофа и состоит из четырех телескопов-роботов ROTSE-III, расположенных в Техасе, Австралии , Намибии и Турции . Это уже довольно серьезные инструменты диаметром 45 сантиметров с полем зрения 1,85х1,85 градуса. Их основная задача — по-прежнему реакция на гамма-всплески, но в остальное время они ведут патрулирование неба. Вот только получаемые снимки подвергаются лишь первичной обработке — определяются координаты и звездные величины видимых на снимке объектов, но не распознается, что нового появилось на небе. Все данные выкладываются в Интернет и доступны для дальнейшей обработки другим научным группам.

Напротив, команда телескопа МАСТЕР разработала софт, который в реальном времени выделяет на сделанных снимках сверхновые, астероиды и гамма-всплески. Но пока она располагает лишь одним небольшим инструментом диаметром 35 сантиметров, который к тому же расположен в зоне довольно посредственного астроклимата. И даже этот телескоп построен фактически на частные пожертвования фирмы «Очкарик», поскольку государственного финансирования таких исследований в России нет.

А между тем создание сетей телескопов-роботов могло бы стать очень выигрышным ходом для российской астрономической науки. После постройки в 1975 году знаменитого 6-метрового телескопа БТА на Северном Кавказе в нашей стране перестали создаваться новые крупные оптические инструменты. Астрономы Америки и Европы уже вовсю работают на инструментах диаметром 8—10 метров и проектируют 20—40-метровые машины. Вряд ли нам их удастся скоро догнать. Но как раз сейчас массу важных результатов можно получить с помощью удивительно скромных инструментов размером не больше полуметра. Добавьте к этому огромную российскую территорию, и станет ясно, что нынешний момент может стать отличным стартом одной из самых перспективных программ российских астрономов, если только успеть вовремя развернуть сеть телескопов-роботов по всей стране, а по возможности и за рубежом. Причем имеющиеся наработки по распознаванию новых объектов могут дать такой сети качественное преимущество по сравнению с коллегами-конкурентами. Ведь фактически вместо того, чтобы для каждого типа транзиентов создавать отдельный проект со своими инструментами, можно сделать универсальную мониторинговую сеть, которая будет работать сразу по всем направлениям.

Но если упустить время, то года через четыре эту задачу, скорее всего, решат другие страны. Несколько лет назад американцы анонсировали на одной из конференций мегапроект, в котором планировалось построить сеть из 2-метровых обзорных телескопов с гигапиксельными ПЗС-матрицами, которые смогут регулярно «класть в компьютер» все небо до 23-й или 24-й звездной величины. Однако в последнее время об этом ничего не слышно. Да и непонятно, на каких суперкомпьютерах обрабатывать такие гигантские потоки данных. Но, пожалуй, можно быть уверенным, что к 2012 году в мире уже будут системы, способные раз в две недели отснять все небо до звездной величины 20m.

В идеале они должны дополняться быстродействующей системой на основе очень маленьких телескопов с большим полем зрения, которые служат для выявления ярких транзиентов — до 13—14m. Примерно такими характеристиками обладает старый добрый ROTSE-I. Аналогичная установка есть и на Кисловодской станции ГАИШ, где установлен крошечный телескоп диаметром всего 70 миллиметров, оснащенный охлаждаемой 11-мегапиксельной ПЗС-матрицей. Всего за 5 секунд он регистрирует все звезды до 12—13-й величины на площади 420 квадратных градусов. Полусотни таких снимков достаточно, чтобы покрыть все видимое из этой точки ночное небо.

И наверняка такие сети, как и любой принципиально новый инструмент, позволят обнаружить что-то совершенно неожиданное. Ну, к примеру, подтвердят (или опровергнут) существование загадочных «вспышек-сирот», которые сегодня находятся на грани признания наукой. Эти короткие вспышки никак не проявляются вне оптического диапазона, в частности не связаны с гамма-всплесками. На сегодня есть несколько сообщений об их регистрации, вот только ни одно из них не удается надежно подтвердить: без быстродействующих обзорных телескопов-роботов такие явления просто не получается заснять дважды.