Astrophysical Journal. «Извините, – говорит он. – Я ничего про нее не знаю. Бо`льшую часть статьи писала Вера».
6. Космическая картография
Надпись на спине черной футболки директора Большого обзорного телескопа (Large Synoptic Survey Telescope, LSST) Стива Кана гласит: «Национальный научный фонд, обсерватория имени Веры Рубин» (NSF Vera C. Rubin Observatory). Сейчас 6 января 2020 года, и Кан в первый раз показался в этой футболке на публике. Сегодня руководитель отделения астрономических наук Национального научного фонда США Ральф Гом официально объявил на 235-й конференции Американского астрономического общества в Гонолулу новое название Большого обзорного телескопа. Вскоре почти на всех сотрудниках были такие футболки.
Это не единственное новое название, объявленное Гомом в стенах аудитории 301 Гавайского конгресс-центра. Да, обсерватория на севере Чили названа в честь Веры Рубин, «получившей важные свидетельства существования темной материи» – так сказано в соответствующем пресс-релизе Национального научного фонда. Но, кроме того, мощный телескоп этой обсерватории будет отныне называться «Обзорным телескопом имени Симони» в честь одного из первых частных спонсоров проекта. Наконец, не обойдут вниманием и тех астрономов, которые привыкли к четырехбуквенной аббревиатуре LSST: отныне научная программа телескопа будет назваться Legacy Survey of Space and Time («Дальнейший обзор пространства и времени»)1.
Вера Рубин могла бы этим гордиться. Хотя телескоп Симони с 8,4-метровым главным зеркалом и не будет крупнейшим в мире, но уж точно будет «самым шустрым». Его 3,2-гигапиксельный глаз – самая большая из когда-либо созданных цифровых камер – будет полностью просматривать всю видимую над обсерваторией часть неба три раза в неделю. С помощью специально разработанных алгоритмов в этом колоссальном массиве данных – около 20 терабайт за ночь – астрономы будут искать сближающиеся с Землей астероиды, еле заметные вспышки сверхновых и множество других транзиентных объектов [11] в окрестностях нашей Галактики и в далеких уголках Вселенной.
А самое главное – обзор LSST сможет пролить свет на ряд загадок темной материи и темной энергии. Эта программа, по словам Кана, «позволит кардинально улучшить наше понимание Вселенной». Так что, кто знает, быть может, именно этому инструменту суждено получить окончательное решение загадки темной материи. Ведь когда астроном Энтони Тайсон впервые предложил концепцию нового исполинского инструмента, то назвал его «Телескоп для темной материи» (Dark Matter Telescope).
Это было в 1996 году. Тайсон – в то время сотрудник Лабораторий Белла в Мюррей-Хилл (штат Нью-Джерси) – стал одним из ведущих мировых специалистов по изучению слабого гравитационного линзирования – тонкого эффекта, состоящего в слабом искажении изображений далеких галактик под влиянием силы тяготения более близких объектов (мы вернемся к теме гравитационного линзирования в главе 13). Тайсон понял, что если зарегистрировать и с высокой точностью замерить эти тонкие эффекты по всему небу, то на основе полученных результатов можно определить распределение гравитирующей материи – как видимой, так и темной – на всем протяжении пространства и времени. Вот так и возникла концепция Телескопа для темной материи.
Прошло некоторое время, прежде чем начались работы по созданию инструмента, но проект получил большую поддержку в 2008 году, когда ведущий разработчик программного обеспечения компании Microsoft, космический турист и миллиардер Чарльз Симони от имени Фонда искусств и наук Чарльза и Лизы Симони пожертвовал 20 миллионов долларов для будущего Большого обзорного телескопа. Еще 10 миллионов долларов добавил Билл Гейтс. Спустя два года в Десятилетнем обзоре (Decadal Survey) Национальной академии наук США LSST был назван одним из приоритетных проектов создания новых наземных астрономических инструментов, а в 2014 году Национальный научный фонд США получил оставшуюся часть финансирования для этого футуристического телескопа. Исполинскую камеру предстояло создать Национальной ускорительной лаборатории SLAC (SLAC National Accelerator Laboratory Center) министерства энергетики США. 14 апреля 2015 года на традиционной церемонии президент Чили Мишель Бачелет заложила первый камень в строительство нового комплекса на горе под названием Серро-Пачон. Получение первого света ожидается в июле 2024 года.
Вершина Серро-Пачон расположена в гористой местности к востоку от чилийского приморского города Ла-Серена. Там находятся несколько профессиональных обсерваторий, включая Межамериканскую обсерваторию Серро-Тололо, обсерваторию Лас-Кампанас и европейскую обсерваторию Ла-Силья. Тут по большей части безоблачное небо, устойчивая и сухая атмосфера и минимум засветки – рай для астрономов. В последние десятилетия эта территория превратилась в настоящую Мекку для астротуристов. Специальными указателями отмечен Звездный маршрут (Ruta de las Estrellas) со множеством общественных обсерваторий и прочих мест, где можно полюбоваться на звездное небо.
Проще всего сюда добраться по автостраде номер 41, ведущей от тихоокеанского побережья на восток в покрытую довольно пышной растительностью долину Эльки. Но в конце июня 2019 года я еду на своем пикапе-внедорожнике по пустынной горной дороге номер D‑595, не спеша двигаясь на север от городка Само-Альто и через памятник природы Пичаса. Это изумительная поездка среди гряды холмов, где местами встречаются небольшие поросшие растительностью участки и пересекающие дорогу глубокие долины2.
И вдруг между деревнями Серон и Уртадо мне на мгновение открывается великолепный вид на обсерваторию LSST, расположенную на горной гряде на севере. Рядом со зданием обсерватории виден возвышающийся над землей кран – строительство телескопа идет полным ходом. Это не дальше 10 километров, но, чтобы туда добраться, придется проехать еще 100 километров большей частью по крутым посыпанным гравием серпантинам.
Я проезжаю горы Кордон-Паранао, через город Викуна, где туристический бизнес уже готовится к наплыву тысяч желающих посмотреть 2 июля на полное солнечное затмение. Оттуда 15 минут езды до пропускного пункта Пуэрта в начале извилистой грунтовой дороги, ведущей на гору Серро-Пачон, где также расположены 8-метровый телескоп «Джемини-Юг» и 4,1-метровый Южный астрофизический телескоп (Southern Astrophysical Research Telescope)3.
Когда я наконец добрался до вершины на высоте 2700 метров над уровнем моря, то был ошарашен уже самим размером телескопа LSST. Цилиндрический корпус телескопа («Да, мы называем это куполом», – говорит мне начальник строительства Эдуардо Серрано) еще имеет вид открытой стельной конструкции высотой с девятиэтажный дом. Но изящная многоуровневая нижняя часть исполинского сооружения, спроектированная так, чтобы свести к минимуму турбулентные движения воздуха, уже готова. Пока что пустующий пункт управления телескопом на верхнем этаже здания представляет собой импровизированную контору с укрытием и столовой для строителей. На нижнем уровне расположены изготовленные немецкими специалистами камеры для нанесения отражающего покрытия на зеркала телескопа. Через три недели после моей поездки на 3,4-метровое вторичное зеркало телескопа LSST будет нанесен тонкий слой серебра. Огромное 8,4-метровое главное зеркало прибыло на гору в мае 2019 года и будет покрыто слоем алюминия позднее.
По словам Серрано, сама конструкция телескопа уже изготовлена в Испании и готова к отправке в Чили, куда ее доставят, когда завершится строительство купола. «Итальянская компания, занятая строительством купола, отстает от графика на два года», – жалуется он, глядя на недостроенное сооружение на фоне ясного голубого неба. За неимением телескопа мы обходим с ним гигантскую полую опору диаметром 16 метров, на которую предстоит установить 350-тонный инструмент. Серрано с гордостью показывает мне огромный лифт, на котором зеркала будут спускать вниз всякий раз, когда потребуется обновить их отражающее покрытие.
Беспрецедентно детальная съемка с полным охватом всей видимой на обсерватории части неба три раза в неделю позволит не только лучше понять распределение массы во Вселенной и обнаружить возможные места расположения темной материи, но и почти наверняка получить множество других результатов. Во всяком случае, так было со всеми крупными обзорами неба со времен Кейпского фотографического обозрения Джилла и Каптейна и созданного в середине XX века Паломарского обзора неба, состоящего почти из 2000 фотопластинок с изображениями ночного неба. Первых «космических топографов» в основном интересовало распределение звезд на небе, а с тех пор цели несколько изменились – стоит задача установить распределение галактик во Вселенной. Желательно в трех измерениях. А если добавить еще и время – то в четырех.
Так будет выглядеть обсерватория имени Веры К.
Рубин на горе Серро-Пачон в Чили
Астрономы сперва пытались строить карту распределения галактик вручную и на глаз. Начиная с 1948 года Дональд Шейн и Карл Виртанен целых 11 лет кропотливо выискивали и пересчитывали изображения галактик на 1390 фотографических пластинках, отснятых на 20-дюймовом двойном астрографе Карнеги в Ликской обсерватории на горе Гамильтон в Калифорнии. Выполненный ими статистический анализ распределения галактик на небе был опубликован лишь в 1967 году, и лишь еще 10 лет спустя Майкл Селднер вместе с Берни Зиберсом, Эдом Гротом и Джимом Пиблсом создали на основе подсчетов галактик потрясающую картину4. На построенной ими «Карте миллиона галактик», украсившей стены астрономических учреждений во всем мире, видна сложная волокнистая структура – наглядная иллюстрация того, что крупномасштабное распределение галактик во Вселенной не однородное, в клочковатое – факт, еще задолго до них установленный статистическими методами. Как это все получилось?