Компьютерра PDA N134 (03.09.2011-09.09.2011)

Дмитрий Вибе: Угол обзора

Автор: Дмитрий Вибе

Опубликовано 09 сентября 2011 года

За четыреста с лишним лет, отделяющих нас от изобретения телескопа, техника астрономических наблюдений достигла невероятных высот в чувствительности и чёткости изображений. Однако о полном наблюдательном контроле пространства и времени пока можно лишь мечтать.

Первый телескоп Галилея (Фото Museo Galileo)

Первый телескоп, сделанный Галилеем, представлял собою весьма незамысловатую конструкцию - труба, две линзы, простенький штатив. Согласно научной легенде, на его изготовление у великого итальянца ушёл едва ли не один день. Современный телескоп выглядит иначе. Это конструкция, которая весит десятки тонн, напичкана сложнейшей электроникой, обслуживается штатом квалифицированных инженеров и техников, создаётся годами и обходится в весьма чувствительные суммы как в разработке, так и в эксплуатации. Естественно, сравнивать возможности такой махины с возможностями галилеевских "дудок" просто смешно.

Но есть параметр, по которому большинство современных супертелескопов безнадёжно уступает своему далёкому предку: это поле зрения. За невероятное качество картинки приходится расплачиваться "узостью взгляда". Флагманы астрономии, подобные телескопам VLT и "Кек", на одном снимке показывают клочок неба поперечником в несколько угловых минут - в десятки раз меньше, чем у микротелескопов, подобных галилеевскому. Это означает, что Галилею для осмотра всего неба гипотетически нужно было взглянуть в телескоп около двух тысяч раз - гипотетически, поскольку реально Галилей, конечно, такой задачи перед собой не ставил (да и не видно с одной точки Земли всего неба). На телескопе VLT для этого пришлось бы провести уже несколько миллионов наблюдений - гораздо более гипотетически, поскольку на подобном телескопе эта задача нерешаема в принципе.

Казалось бы, в чём проблема? Зачем печалиться о том, что на телескопе нельзя выполнить какое-то действие, если он и без того не стоит без дела? Проблема в том, что такие небольшие поля зрения подходят только для изучения уже известных объектов. Открыть при помощи большого современного телескопа что-то совсем новое весьма затруднительно. Это отражается на востребованности результатов. Если посмотреть статистику астрономических статей за последние годы, результат окажется несколько неожиданным.

С гигантским отрывом в списке самых нужных инструментов лидирует космический телескоп WMAP. Его результаты были использованы почти в двадцати тысячах научных статей! Это, в общем, неудивительно. При помощи WMAP были определены важные параметры космологической модели Вселенной, нужные почти в любом исследовании, так или иначе выходящем за рамки ближайших окрестностей нашей Галактики. Второе же место занимают не наземные телескопы-гиганты и даже не "Хаббл". Оно принадлежит вполне скромному по современным меркам 2.5-метровому телескопу обсерватории Апаче-Пойнт в штате Нью-Мексико. Его отличительная черта - поле зрения поперечником больше градуса, что позволило выполнять на этом телескопе не разовые целенаправленные наблюдения конкретных объектов, а провести один из самых масштабных обзоров в истории астрономии - Sloan Digital Sky Survey (SDSS). То есть просто построить детальную карту примерно трети неба. Отсюда и востребованность - наблюдения одной звезды, одной туманности или одной галактики, даже выполненные с величайшими подробностями, интересны лишь небольшому кругу исследователей, занятых изучением именно таких звёзд, туманностей и галактик. А карта нужна всем. Попутно, поскольку вы не ищете что-то определённое, а просто разглядываете небо, вас ожидают разные неожиданные находки, типа Великой стены Слоуна или звёздных потоков, пронизывающих гало нашей Галактики.

2.5-метровый телескоп обсерватории Апаче-Пойнт (Фото Fermilab Visual Media Services)

Вывод очевиден: наиболее массовый интерес у астрономического сообщества вызывают инструменты, которые "смотрят" не на крохотные площадки, а на значительные участки небосвода. Но и у них есть свои недостатки. Основная фаза того же SDSS заняла добрый десяток лет, и за это время осмотрена лишь треть неба. На остальных двух третях, например, иные цивилизации могли в это время на головах ходить - и мы бы этого не заметили. Поэтому очевидным следующим шагом должен стать телескоп, который бы следил за всем небом всегда. Точнее, таких телескопов должно быть, как минимум, два - в Северном и Южном полушариях.

И такие проекты есть! В Северном полушарии, на гавайском острове Халеакала уже работает телескоп Pan-STARRS1 (PS1) с небольшим 1,8-метровым зеркалом, но с громадной матрицей (точнее, мозаикой матриц) общим объёмом 1,4 гигапиксела и с трёхградусным полем зрения. Телескоп работает очень просто: наведение, тридцатисекундная экспозиция, выгрузка снимка на компьютер, переход к следующей площадке. За удачную ночь наблюдений обозревается примерно 6000 кв. градусов, а всё доступное с Гавайских островов небо фотографируется за неделю. Главная задача телескопа - не построение карты (хотя и она тоже будет строиться), а поиск на небе изменений, новых астероидов, комет, переменных звёзд, вспышек новых и сверхновых, а также различных "транзиентов", то есть, быстро начинающихся и быстро заканчивающихся явлений, которые раньше проходили мимо нашего внимания, потому что мы не умели в нужное время посмотреть в нужное место. Всего в перспективе телескопов Pan-STARRS будет четыре, чтобы сравнением снимков можно было удалять артефакты.

Телескоп Pan-STARRS1 (Фото Роба Ратковски, PS1SC)

Но это, так сказать, цветочки. Ягодки - телескоп LSST (Large Synoptic Survey Telescope), который установят в Чили, чтобы "обслуживать" Южное полушарие. Это будет телескоп с гигантским зеркалом (8,4 метра) и столь же гигантской матрицей (3,2 гигапиксела) при поле зрения поперечником 3,5°. Его главной задачей будет десятилетний мониторинг половины неба, на протяжении которого каждый участочек площадью в 10 квадратных градусов сфотографируют около тысячи раз. Тут уж даже слабым транзиентам не удастся избежать обнаружения, внесения в списки и детального изучения (при помощи "обычных" телескопов).

Казалось бы, мечты о постоянном мониторинге неба наконец сбываются. Но их осуществление, как водится, рождает новые проблемы. Главной трудностью оказывается вдруг не получение информации, а её обработка. Ещё лет десять-пятнадцать назад типичный звёздный или ещё какой-нибудь каталог можно было скачать на свой компьютер в виде ASCII-файла и работать с ним любым привычным способом - хоть написав программу для анализа текста на Фортране. С данными SDSS ситуация уже принципиально иная: для доступа к каталогу необходимо написать SQL-запрос и работать уже не с полным каталогом, а с выборкой. Я, честно говоря, даже не знаю, допустимо ли обратиться к базе данных с запросом типа "select *", но даже если это и допустимо, то вряд ли практично - объём данных измеряется десятками терабайт. Так выяснилось, что для успешной работы с новыми данными теперь мало знать теоретическую астрофизику и Фортран, а нужно ещё учить SQL.

И дальше всё будет только хуже. Терабайты SDSS покажутся трёхдюймовой дискетой по сравнению с итогами работы LSST, окончательный объём данных которого, как ожидается, составит сотню петабайт. К этой информации уж точно будет не подступиться без специальной подготовки. А ведь LSST будет лишь провозвестником новой эры: имеются планы создания подобных же инструментов в других диапазонах, например, радио. Вполне возможно, что в середине века петабайт станет не рекордной, а рутинной мерой для астрономической информации (не только наблюдательной, но и теоретической).

В общем, работа наблюдателя заметно эволюционирует. Первые наблюдатели сами выбирали объекты для наблюдений и сами наблюдали их. Теперь всё чаще наблюдатель лишь выбирает объект, а наблюдения для него проводит та или иная обсерватория. Следующий шаг - обсерватория пронаблюдает вообще всё, а наблюдателю останется лишь найти в сотнях петабайт нужную информацию .В результате работа астронома-наблюдателя станет окончательно не похожа на занятие, начало которому положил Галилей. Впрочем, и для успешной работы с каталогами найдётся достойный исторический прототип: именно кропотливый анализ чужих наблюдательных данных привёл Кеплера к открытию законов планетных движений.