цензуру церкви, Галилей написал в прологе, что цель ее в развенчании идей Коперника. Однако после прочтения книги любому читателю становилось совершенно очевидно, каких взглядов придерживается автор и какую мысль он хочет донести на самом деле. Шалость удалась, и в 1632 году книгу опубликовали. Через несколько месяцев церковь спохватилась (видимо, заинтересованные лица все же вдумчиво прочитали книгу), и Галилея вызвали в Рим, где его ждало судебное разбирательство.
После процесса, длившегося четыре месяца, семидесятилетний Галилей под угрозой костра отрекся от гелиоцентризма, его заключили под домашний арест на одной из вилл Медичи. Там он провел остаток жизни, работая над книгой «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки», которая так и осталась незаконченной. 8 января 1642 года Галилео Галилей ушел из жизни.
Законы Кеплера еще долго, вплоть до работ Исаака Ньютона, не имели математических доказательств, параллакс был достоверно обнаружен только в XIX веке, тогда же была построена правильная теория приливов.
Глава 4. Телескопы и люди
По случаю конфирмации я не получил ни часов, ни первую пару длинных штанов, как большинство лютеранских мальчиков. Я получил телескоп. Моя мама думала, что он будет лучшим подарком.
До недавнего времени о существовании планет вокруг других звезд астрономы могли лишь строить гипотезы. Конечно, все понимали, что наша Вселенная была бы очень странным местом, если бы планеты вращались только вокруг Солнца, однако разглядеть планеты у других звезд казалось невозможным. Сейчас мы знаем, что большинство звезд в нашей галактике имеют планетные системы. Чаще всего говорят о существовании от одной до десяти планет около каждой звезды. Более точные оценки привести сложно – нужно больше данных наблюдений. Если волевым решением выбрать из этого диапазона цифру 3, мы получим триллион планет только в нашей галактике. А значит, просто чтобы их пересчитать (тратя на каждую планету по одной секунде), вам понадобится 30 000 лет!
Все знания о звездах, планетах, галактиках и Вселенной астрономы получили в ходе наблюдений за небом[23]. Таким образом, основным рабочим инструментом астронома является телескоп – он собирает излучение, приходящее к нам из космоса, и делает его доступным для анализа.
Первые телескопы работали в оптическом диапазоне. В середине XIX века Джеймс Клерк Максвелл показал, что видимый свет является лишь одним из видов электромагнитного излучения, очень узкой полоской в широком спектре электромагнитных волн, на одном конце которого расположилось ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение, а на другом – инфракрасное и радиоизлучение. Сегодня астрономы с помощью телескопов разных видов изучают небо во всех диапазонах волн. Например, чтобы изучать звезды, лучше всего подходит видимый спектр, а газопылевые и молекулярные облака хорошо видны в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн.
В Чилийской высокогорной пустыне на плато Чахнантор, там, где воздух сух и неподвижен бо́льшую часть года, вдали от крупных городов, на высоте 5 км над уровнем моря расположен один из самых знаменитых, самых дорогих и мощных радиотелескопов в мире – Atacama Large Millimeter Array («Атакамская большая антенная решетка миллиметрового диапазона»), или ALMA. Этот телескоп не похож на привычные для нас телескопы, а напоминает скорее разбросанные по пустыне в хаотичном порядке гигантские спутниковые тарелки. Но на самом деле эти тарелки представляют собой единый телескоп, позволяющий с очень высокой точностью получать координаты космических объектов.
Дело в том, что телескопы – это штуки, в случае с которыми размер действительно имеет значение. Разрешающая способность в них зависит от диаметра главного зеркала (или приемной тарелки): чем она больше, тем более близкие объекты он сможет «разрешить» – разделить, идентифицировать как два объекта, а не принять за один источник. Для того чтобы получить более четкие изображения, мы должны делать более крупные телескопы. Но кто решится сделать телескоп с диаметром тарелки пусть даже в 10 км?
После Второй мировой войны для увеличения разрешающей способности приборов, регистрирующих электромагнитное излучение, английский радиоастроном Мартин Райл разработал новую технологию, прилучившую название «радиоинтерферометрия». Она позволила объединять несколько радиотелескопов таким образом, чтобы те работали как один огромный телескоп – радиоинтерферометр. В радиоинтерферометре разрешающая способность зависит не от размера зеркала, а от расстояния между радиотелескопами, входящими в единый комплекс (это расстояние называют базой).
Идея здесь довольно простая, но иллюстрировать ее лучше на примере двух радиотелескопов. Представьте себе звезду, которую мы наблюдаем, и две отдельно стоящие тарелки радиотелескопов, объединенных в радиоинтерферометр. Поскольку телескопы находятся на некотором расстоянии друг от друга, сигнал от звезды приходит на каждый из них в разное время. В процессе суточного перемещения звезды по небосводу время прихода сигналов на радиотелескопы меняется. Все сигналы передаются на коррелятор (центральный компьютер) и там специальным образом обрабатываются. Такая схема позволяет точно определить координаты небесного объекта, и чем больше радиотелескопов объединено в радиоинтерферометр, тем выше его разрешающая способность.
Радиоинтерферометрия позволила создавать радиотелескопы с базой, эквивалентной радиотелескопу с многокилометровой тарелкой. На 2020 год ALMA является самым крупным по числу объединенных в нем радиотелескопов радиоинтерферометром: в его составе 66 12-метровых тарелок, каждая из которых способна к тому же произвольно перемещаться по площадке размером в 16 км. Все это позволяет получить поистине поразительное разрешение. Благодаря ALMA астрономы сделали много важных открытий. В свете нашего разговора об экзопланетах упомяну одно из них: в 2014 году были опубликованы великолепные фотографии протопланетного диска звезды HL Тельца27. Это первые фотографии, на которых можно детально рассмотреть структуру газопылевого диска.
В 2021 году планируется начать строительство крупнейшего из когда-либо созданных радиоинтерферометров. По структуре он будет напоминать ALMA. Его антенны разместят на двух материках: в Африке, на территории ЮАР, и в Австралии. В ЮАР расположат 200 радиотарелок, способных принимать сигналы в среднечастотном диапазоне, а в западноавстралийской пустыне – почти 130 000 низкочастотных антенн. Проект носит название Square Kilometre Array («Антенная решетка площадью в квадратный километр»), или SKA[24]. Первоначально общая эффективная площадь радиотелескопа, как ожидается, составит 1 км2 (а может, и больше – до 3 км2). Количество данных, генерируемых этим радиотелескопом в секунду, в 10 раз превысит глобальный интернет-трафик. Если все пройдет как задумано, в середине 2020-х годов начнутся первые наблюдения.
При максимальном расстоянии в 65 км между антеннами в Австралии и 150 км в ЮАР, вдали от городов и радиопомех SKA сможет улавливать радиосигналы, которые испускают космические объекты, в том числе протопланетные облака, удаленные от нас на десятки тысяч световых лет, с беспрецедентной чувствительностью.
Для поиска уже сформировавшихся планет радиоинтерферометры подходят плохо[25]. Экзопланеты обычно ищут в инфракрасном и оптическом диапазонах – различные методы поиска эффективны в разных диапазонах волн. Больше всего экзопланет обнаружено в оптическом диапазоне. Но для наблюдений «в оптике» подходит не любая точка на Земле. На самом деле существуют строжайшие требования, которым должна удовлетворять местность, чтобы строительство современного телескопа там было целесообразным. Как и радиоинтерферометрам, оптическим телескопам необходимо отсутствие крупных городов рядом, ясное небо, спокойный воздух и сухой климат. На нашей планете не так много мест, которые могут обеспечить эти условия на протяжении большей части года. Но если подходящее место найдено, будьте уверены: здесь вы найдете не один и не два, а целое множество телескопов разных стран. Такими цитаделями астрономии являются, например, пустыня Атакама в Чили, вулкан Роке-де-лос-Мучачос на Канарском острове Пальма, гора Мауна-Кеа на Гавайях. Последнее место теперь все чаще упоминают в СМИ из-за проблем религиозного характера: вулкан, на котором собираются строить телескоп, является священным местом для коренного народа Гавайев28. Сейчас там расположена обсерватория Кека.
Существует много способов войти в историю, и большое количество денег этому только способствует. Однако распространенное мнение гласит, что состоятельные люди не очень-то хотят, чтобы их знали. Если же вы по счастливой случайности не принадлежите к такой породе людей, профинансируйте строительство телескопа и можете быть уверены: его назовут в вашу честь. В 1954 году Уильям Майрон Кек создал фонд для поддержки научных открытий и новых технологий. А в 1980-х годах в стенах Калифорнийского университета родилась идея создать самый мощный и крупный (на тот момент, конечно же) телескоп в мире. Поиски финансирования привели астрономов Калифорнийского университета в фонд Кека, основатель которого и стал учредителем всего проекта, вложив 70 миллионов долларов. Благодарные ученые назвали телескоп его именем.
Обсерватория Кека состоит из двух 10-метровых оптических телескопов: «Кек I» и «Кек II». «Кек I» увидел «первый свет»[26] в мае 1993 года, а «Кек II» – в октябре 1996-го. Так как технологии создания подходящих по качеству зеркал диаметром более 8,5 м не существует, главные зеркала этих телескопов состоят из 36 шестиугольных сегментов, действующих как единое целое.