Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

непростым делом. В 1956 г. небольшая Кембриджская радиообсерватория переехала в заброшенный после войны бомбовый склад Министерства ВВС и, получив грант от фирмы «Мюллард Лтд», открылась в 1957 г. под новым именем Мюллардовская радиоастрономическая обсерватория. В течение более чем десяти лет группа сотрудников этой обсерватории занималась подготовкой надежных каталогов яркости радиоисточников северного неба, и в ходе выполнения этой работы пришлось пересмотреть общераспространенное убеждение о принадлежности большинства «радиозвезд» нашей Галактике. Становилось все более очевидным, что большинство из них надежно отождествляется с далекими галактиками. Апертурный синтез ожидал своего применения до конца 1950‐х гг., когда Райл начал свои эксперименты, используя вращение Земли как средство изменения положения базы. Теперь главной проблемой стала численная обработка полученных результатов, но к 1959 г. цифровая вычислительная техника уже обладала достаточным быстродействием для осуществления требуемого суммирования данных. Работая совместно с Энн Невилл, Райл создал свою первую карту (основанную на апертурном синтезе с использованием вращения Земли) окрестностей Северного полюса мира. Угловое разрешение этого радиообзора составляло 4,5 минуты дуги. Он не только продемонстрировал допустимость применения самого метода, но и указал, каким образом апертурный синтез может быть использован в приложении к полноповоротным антеннам. В 1965 г. в Кембридже была завершена постройка одномильного, а в 1972 г. – пятикилометрового телескопов, которые на тот момент не имели себе равных. В 1974 г. Мартин Райл и его коллега Энтони Хьюиш (еще один специалист, чей военный опыт в области телекоммуникационных исследований привел его в радиоастрономию) получили Нобелевскую премию за перечисленные выше достижения и другие исследования, внесшие вклад в развитие радиоинтерферометрии. Хьюиш значительно усовершенствовал методику апертурного синтеза. Чуть ниже мы расскажем о том, как изучение дрожаний или мерцаний радиоисточников, вызванных нестабильностью потока солнечного ветра, привело его и работавшую с ним студентку Джоселин Белл к открытию пульсаров.

После обнаружения в 1951 г. водородной линии с длиной волны 21 сантиметр голландцы разработали план постройки 25‐метрового телескопа неподалеку от деревни Двингело, а в 1956 г. этот телескоп был задействован в составлении более детального обзора неба на длине волны 21 сантиметр. Быстрый успех породил стремление взяться за еще более амбициозный проект, работая над которым голландское и бельгийское правительства договорились о постройке инструмента, впоследствии названного «Крест Бенилюкса». Этот крест оказался непосильной ношей для бельгийского правительства, и Бельгия выпала из проекта, предоставив нести все затраты своим соседям. После этого появилось три или четыре более скромных проекта. В каком-то смысле эту задержку можно считать удачей, поскольку за истекшее время группа Мартина Райла в Кембридже разработала новые технические приемы, позже получившие применение в установке, известной как «Вестерборкский радиотелескоп апертурного синтеза». На таком названии настоял не Гронингенский университет, а скорее совет деревни, где был расположен телескоп, надеясь таким образом привлечь внимание общественности к этому местечку. Во время Второй мировой войны Вестерборк использовался как перевалочный пункт для многих тысяч голландских евреев перед их отправкой в концентрационные лагеря на территорию Германии и Польши.

После многих лет обсуждения финансирования несостоявшегося проекта «Крест Бенилюкса» и споров по поводу его конструктивного исполнения голландские астрономы оказались достаточно подготовлены к тому, чтобы взять на вооружение новые технические решения, предложенные Райлом. Вестерборкский телескоп (или, скорее, система телескопов) стал быстро воплощаться в реальность. Его исходный замысел заключался в создании двенадцати 25‐метровых полноповоротных «тарелок», расположенных на базе восток-запад протяженностью 1,5 километра. Сборка конструкции началась в 1966 г., и не успел истечь 1968 г., как все двенадцать телескопов уже стояли на своих местах. В первое время, при нормальном режиме функционирования, два подвижных зеркала, расположенных на 300‐метровой рельсовой колее на востоке антенной системы, были связаны с каждым из десяти неподвижных зеркал, образуя 20 интерферометров. Позже добавили еще два зеркала, что увеличило протяженность установки до 2,7 километра.

Благодаря повсеместному использованию таких относительно простых и (по сравнению с тем, что планировалось) недорогих антенных систем удалось составить множество каталогов радиоисточников, ставших дополнением к кембриджскому. Системы с еще более удаленными друг от друга приемниками сталкиваются с проблемой кабельного соединения, но удалось разработать методы обработки наблюдений по записям, сопоставление которых осуществляется на заключительном этапе. Это снимает необходимость прокладки кабеля. Телескоп VLA (The Very Large Array – Очень большая антенная система), построенный на равнинах Сент-Огастина в восьмидесяти километрах к западу от Сокорро (штат Нью-Мексико), в итоге занял лидирующее положение в этой области благодаря выдающимся достижениям, полученным в 1980‐х гг. и позже. VLA был торжественно открыт в 1980 г., спустя восемь лет после того как Конгресс одобрил выделение средств на его финансирование. Он представляет собой систему из 27 радиотарелок диаметром по 25 метров каждая, образующих Y-образную конфигурацию. Эти антенны являются наводящимися в привычном смысле этого слова (то есть могут быть направлены в любую точку неба) и, кроме того, могут перемещаться по рельсам, а их взаимное расположение через правильные равные интервалы задается в зависимости от того, какую задачу требуется решить. Максимально допустимое разрешение может быть достигнуто удалением одной из антенн на 36 километров, а итоговая чувствительность определяется суммарной площадью отражателей, эквивалентной одной антенне диаметром 130 метров. Фактическое разрешение зависит от частоты принимаемого сигнала, и на максимально высокой доступной частоте 43 гигагерца составляет 0,04 секунды дуги. Конструкторы VLA с нескрываемым удовольствием рассказывали о том, что этот угол эквивалентен видимым размерам мяча для гольфа на расстоянии 150 километров.

Телескоп VLA появился в результате совместных усилий девяти американских университетов и Национального научного фонда, которые стали называть себя Национальной радиоастрономической обсерваторией (NRAO). К середине 1980‐х гг. ее годовой бюджет составлял 15 миллионов долларов, что покрыло расходы в 80 миллионов долларов, выделенные на строительство VLA. Первый телескоп, построенный этой группой и введенный в эксплуатацию в 1959 г., представлял собой инструмент с отражателем диаметром 25,9 метра, соединенный с аналогичными подвижными телескопами, способными образовывать антенную систему с базой длиной 2,7 километра. Затем построили полноповоротные антенны. Когда для NRAO изготовили отражатель с формой поверхности достаточно точной для приема миллиметровых волн, его установили на горе Китт-Пик, чтобы избежать атмосферного поглощения.

Как бы ни была высока разрешающая способность VLA, он намного уступает радиоинтерферометрам, используемым в РСДБ – радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами. В этом случае отдельные антенны находятся друг от друга на огромных расстояниях, достигающих порой нескольких тысяч километров; они тоже не соединены друг с другом ни электрическим кабелем, ни даже микроволновой связью. Сигналы поступают в записях на ленте или на диске вместе с очень точными метками времени. Будучи совместно проанализированными в лаборатории, они дают разрешение порядка тысячных долей секунды дуги; такая точность не может быть получена прямыми наблюдениями. РСДБ снабжает астрономов самой точной наблюдательной информацией о наиболее мощных явлениях во Вселенной, таких как вспышки сверхновых, галактики с высокой скоростью звездообразования, активные галактические ядра, пульсары, области звездообразования в молекулярных облаках и гравитационные линзы. Людям, недолюбливающим аббревиатуры, лучше пропустить следующую часть текста. VLBA (Very Long Baseline Array – Антенная система со сверхдлинной базой, случайно совпавшая по аббревиатуре с Женской ассоциацией боулинга штата Виктория) представляет собой сеть, состоящую из десяти антенн, расположенную в Северной Америке и протянувшуюся от Гавайских островов до Сент-Круа на северо-востоке Канады. С помощью этой системы можно достичь разрешения в миллионные доли секунды дуги. MERLIN (Multi Element Radio Linked Interferometer Network – Многоэлементная интерферометрическая сеть с радиорелельной связью), управляемый из обсерватории Джодрелл-Бэнк, несмотря на свою аббревиатуру, представляет собой антенную систему радиотелескопов, рассредоточенных по всей Великобритании, отстоящих друг от друга