Книга: Астрономы наблюдают

Перспективы наземной астрономии

Перспективы наземной астрономии

Успехи космонавтики в изучении тел Солнечной системы весьма внушительны. Люди и автоматы многократно побывали на Луне, доставили на Землю лунный грунт — наряду с метеоритами единственное пока внеземное вещество, исследованное в земных лабораториях. Лунный мир мы теперь знаем куда более досконально, чем до начала космической эры.

Космонавтика принесла и разочарование. Вопреки надеждам, планеты земного типа Меркурий, Венера и Марс оказались гораздо более похожими на Луну, нежели на Землю. Нигде в Солнечной системе не найдено следов жизни. Пришлось свыкнуться с мыслью, что человечество одиноко в околосолнечном пространстве и внеземные цивилизации остается искать где-то в звездных далях. В лучшем случае будущие исследователи планет Солнечной системы, быть может, где-нибудь встретят лишь низшие формы жизни.

Зато космонавтика открыла в окрестностях Солнца много нового. Это и неизвестные до того спутники планет-гигантов, и мощные извержения на них, и удивительное строение кольца Сатурна, и кольца других планет. Радикальному пересмотру подверглись прежние взгляды на физическую природу Марса и Венеры. Предстоят и новые, непосредственные исследования всех тел Солнечной системы, и несомненно, что в этом направлении результаты превзойдут все то, что может быть достигнуто наземными астрономическими инструментами.

У некоторых несведущих лиц все эти достижения породили наивные сомнения: а нужна ли вообще астрономия? Не заменит ли ее полностью космонавтика, и астрономия в конце концов за ненадобностью просто отомрет?

Думать так может лишь тот, кто не представляет себе масштаба Вселенной. Еще очень долго (если не всегда) космические полеты будут ограничены пределами Солнечной системы. Дальний же космос, мир звезд и галактик, останется предметом астрономических исследований с поверхности Земли или с орбитальных обсерваторий.

В настоящее время неизвестны способы и средства достижения звезд. Тут прежде всего удручают сроки. На существующих в настоящее время ракетах до ближайших звезд придется лететь миллионы лет.

Популярные одно время фотонные ракеты, увы, не решают проблему. Их стартовые массы нереально велики, и вряд ли когда-нибудь они вообще будут построены. Не спасают дело и межзвездные прямоточные самолеты, засасывающие межзвездную среду, — заборники таких самолетов должны иметь поистине астрономические размеры. По-видимому, реактивный принцип движения, столь блестяще оправдавший себя в окрестностях Солнца, для межзвездных перелетов непригоден. Из нереактивных способов движения нам пока что известен лишь «солнечный парус». Но он относится к двигателям «малой тяги» и тяга эта быстро уменьшается с удалением от Солнца.

Ко всем перечисленным трудностям добавляются сложнейшие проблемы обмена информаций со «звездолетчиками». Обмен растягивается по меньшей мере на годы и десятилетия, а в случае релятивистских фотонных ракет связь в полете с Землей и вовсе становится практически неосуществимой. Наконец, полеты в ракетах с малой скоростью и сменой на них поколений космонавтов не только выглядят нелепой утопией, но просто невозможны, так — как неясно, где взять для таких полетов горючее.

Таким образом, не будем преувеличивать роль космонавтики в познании космоса. Как бы ни была велика эта роль, космонавтика никогда не заменит астрономию, и наземные средства исследования Все ленной должны совершенствоваться и впредь. Предстоит, конечно, набирать силу и орбитальным обсерваториям.

Земная поверхность — твердая, надежная опора для астрономических инструментов. Обеспечить стабильность на орбите куда труднее, чем на Земле. Но наземным наблюдениям мешает атмосфера. Этого «фильтра» вне атмосферы, естественно, нет.

Не следует, однако, думать, что с орбитальных обсерваторий небо выглядит совершенно черным и ничто не мешает наблюдениям. Исчезает свечение воздуха, вызванное разными причинами, но, увы, остается рассеянный свет межпланетной и межзвездной пыли. Бомбардировка микрометеоритами и частицами космических лучей портит оптику орбитальных телескопов, тогда как в наземных условиях этой помехи нет.

И все же астрономические наблюдения с орбит прежде всего ценны тем, что они свободно могут вестись в ультрафиолетовой и инфракрасной частях электромагнитного спектра. А ведь именно в этом диапазоне излучают некоторые загадочные космические объекты (пульсары, облака газа, втягивающегося в «черные дыры», сверхновые звезды, ядра галактик и др.).

Примером современной заатмосферной обсерватории может служить советская автоматическая станция «Астрон», выведенная на околоземную орбиту в марте 1983 года. Высота апогея орбиты «Астрона» 200 000 км, что дает возможность 90 процентов времени вести наблюдения вне тени Земли и радиационных поясов. Главный инструмент станции — двухзеркальный телескоп «Спика» с диаметром главного зеркала 80 см. Оба зеркала имеют гиперболическую поверхность, что обеспечивает большое и высококачественное поле зрения.

В фокальной плоскости телескопа установлен ультрафиолетовый спектрометр, а приемниками света служат три фотоумножителя. В роли искателя для наведения на объект используется небольшой менисковый телескоп. Труба телескопа герметична, а вся конструкция сделана из материалов, практически не расширяющихся при нагревании. Точность наведения на объект 0,3 секунды дуги, что соответствует углу, под которым человеческий волос виден с расстояния 200 метров.

В дальнейшем будут, конечно, выводиться на орбиты и большие инструменты. Проектируется (в США) сооружение трехметрового орбитального телескопа, рассчитанного на работу в течение 10 лет. Стоимость его, однако, огромна (примерно миллиард долларов), а работа с ним потребует участия космонавтов.

Такая прочная опора, как земная поверхность, казалось бы, гарантирует создание наземных телескопов любых размеров. Но это далеко не так. С ростом телескопов возрастает и их масса, и тогда тяготение Земли существенно влияет на всю конструкцию телескопов, деформируя ее и тем препятствуя точности наблюдений.

Стоимость телескопа растет пропорционально его диаметру, а часто и быстрее. Но главная трудность в другом. Для конструкций массой в десятки тонн точность обработки зеркала не должна быть хуже 10^-4—10^-5 мм, что составляет примерно десятую долю длины световой волны. Если зеркало очень велико, оно прогибается под действием собственной массы, а значит, искажается и его рабочая оптическая поверхность.

Системы управления, обеспечивающие ведение телескопа, также должны гарантировать следование за объектом с точностью до 0,1 секунды дуги. Чем тяжелее телескоп, тем труднее это осуществить. Учитывая все трудности, конструкторы современных крупных телескопов предпочитают пользоваться азимутальной, а не параллактической установкой. Так было, как уже говорилось, с 6-метровым советским рефлектором, так будет и с еще большими инструментами. Похоже, однако, что здесь мы близки к пределу возможностей современной техники, и как когда-то Йерксский 40-дюймовый рефрактор стал пределом возможного для рефракторов вообще, так и в недалеком будущем, вероятно, будет построен самый большой из возможных рефлекторов.

Существует несколько проектов постройки 10-метрового (или 220-дюймового) рефлектора[15]. По одному из вариантов проекта зеркало перемещается на тележке по криволинейным рельсам, которые в свою очередь поворачиваются вокруг некоторого центра в основании конструкции. В этом варианте оптическая ось зеркала может быть направлена на различные участки неба.

В другом варианте зеркало крепится в виде неподвижной горизонтальной чаши наподобие радиотелескопа в Аресибо. Лучи от светил направляются на это зеркало специальными сидеростатами — плоскими подвижными зеркалами с автоматическим управлением.

Еще более крупные рефлекторы с диаметром зеркала 20 м и больше предполагается крепить на упрощенных монтировках по типу меридианных инструментов. Конечно, при этом обзор неба становится ограниченным, но ведь чем-то надо жертвовать ради увеличения мощи инструмента. В некоторых проектах предполагается вращать башню (здание) обсерватории, что, оказывается, дает лучшие результаты, чем перемещение телескопа. Существует даже проект «Космической иглы» — неподвижного телескопа с диаметром зеркала 18 метров, постоянно направленного на полюс мира.

Вряд ли когда-нибудь будет построен рефлектор с диаметром больше 25 м.

Гораздо перспективнее использование составных телескопов-рефлекторов, приемники излучения которых состоят из многих зеркал. Такие телескопы чем-то напоминают фасеточные глаза насекомых и дают немалую выгоду. Так, скажем, масса зеркала советского 6-метрового рефлектора равна 42 тоннам, эквивалентное же составное зеркало может иметь массу всего 6,5 тонн. Ближайшее будущее принадлежит именно таким типам телескопов. Возможно, что эквивалентом 25-метрового рефлектора станет составной телескоп из нескольких, например, 8-метровых зеркал. Уже при существующих инструментах, как показывают расчеты, применяя дополнительные приемники излучения с фотокатодами, можно фиксировать звезды до 32-й звездной величины! Энтузиасты полагают, что развитие астрономической техники в ближайшие десятилетия неизмеримо расширит наш я представления о звездном мире и, может быть, даже приведет к открытию соседних метагалактик!

В ходе дальнейшего прогресса не будут, конечно, позабыты и древнейшие разделы астрономии — такие, например, как «астрономия положения», или астрометрия. На протяжении веков астрометристы всегда стремились к одной цели — как можно точнее определить моменты времени и положение небесных тел на небе. Для этой цели им хотелось найти среди движущихся тел наиболее устойчивую, относительно неподвижную систему отсчета. Еще совсем недавно слабые, далекие от нас звезды считались благодаря своей относительной неподвижности наиболее подходящими «опорными» объектами. Теперь их роль постепенно переходит к галактикам.

Растет и точность новых средств измерения. При радиоинтерференционных измерениях с базой 8000 км уже достигнута точность в 0,0002 секунды дуги, пока недостижимая в оптической астрономии. Подумывают о радиоастрономической системе координат, хотя еще на многие годы оптическая система (каталог положений слабых звезд) останется основной рабочей системой координат в астрономии. Впрочем, повышение точности измерений навсегда останется «вечной проблемой» астрометрии.

От самого древнего раздела астрономии перейдем к самому молодому и экзотическому — поискам внеземных цивилизаций. Большинство астрономов полагает, что такая проблема существует, хотя есть и такие ученые, которые склонны считать разумную жизнь если не уникальным, то крайне редким образованием во Вселенной. Думается все-таки, что в космосе мы не одиноки.

И для энтузиастов и для скептиков самым убедительным доказательством населенности космоса было бы прямое обнаружение Космического Разума. Именно на это и нацелена международная программа поиска внеземных цивилизаций (SETI).

Вполне естественно, что из средств связи человечество решило избрать радиоволны. Они распространяются со скоростью света и в земной атмосфере, и за ее пределами. При достаточной мощности радиопередающего устройства наши радиопозывные способны достичь звезд, удаленных от Земли на десятки световых лет. С другой стороны, «оттуда», из космоса, в принципе, также можно ждать разумных радиодепеш. То, что космос пока «молчит», — не резон для свертывания программы SETI. Для «молчания» космоса, как уже говорилось, есть немало правдоподобных объяснений.

К сожалению, радиосвязь с далекими «братьями по разуму» обладает одним крупным и, по-видимому, неисправимым недостатком — малой в масштабах космоса скоростью радиоволн. Предельно возможная в природе по теперешним физическим представлениям скорость света для радиопереговоров с инопланетянами оказывается малопригодной.

Скажите по совести, стали бы вы вести с кем-нибудь беседу, если бы ваш собеседник на каждый ваш вопрос отвечал… через несколько лет? А ведь в проблеме SETI ситуация куда хуже — многие считают, что ближайшие внеземные цивилизации удалены от нас на сотни и даже тысячи световых лет. Века летит запрос, через века получаем ответ — ну кому нужен такой «разговор»?

Для уверенности в том, что мы в космосе не одиноки, обнаружение разумного радиосигнала из космоса очень желательно. Но ведь не следует забывать, что доказательство «разумности» принятых нашими радиотелескопами подозрительных сигналов дело весьма хитрое. На каком «языке» говорят инопланетяне? Каковы у них понятия и средства их выражения? Одинаковая ли аксиоматика лежит в основе их и нашего миропонимания?

Таковы лишь некоторые из весьма серьезных проблем дешифровки сигналов.

Ну хорошо. Расшифровали, разобрались, поняли смысл радиосигналов. Кстати сказать, сколько на это уйдет времени, никому не известно. А дальше что? Начинать радиопереговоры с собеседником, отстоящим на тысячи световых лет? Не пустая ли это затея?

Сравнительно популярна идея о «гуманности» инопланетян. Я имею в виду гипотезу, что некоторые особенно энергетически богатые внеземные цивилизации щедро во все стороны, на всю Вселенную (и притом непрерывно) ведут радиопередачи о своих достижениях и открытиях. Они при этом не рассчитывают на какие-либо ответы, а просто просвещают отсталые цивилизации с единственной целью дотянуть их до собственного уровня развития. К таким «сверхдобрым» и совсем не меркантильным цивилизациям, по мнению некоторых ученых, относятся цивилизации, освоившие энергетические ресурсы всей своей галактики.

Уместно задать себе вопрос — да есть ли вообще подобные сверхцивилизации? Печальный опыт человечества убеждает нас в том, что расширение производства неизбежно связано с дорогостоящими специальными мероприятиями, предотвращающими загрязнение среды (абсолютно безотходных производств быть, по-видимому, не может). И наш земной путь небезупречного технического «прогресса» вряд ли может служить образцом развития для внеземных цивилизаций. А если вдруг и в самом деле какая-нибудь «сверхцивилизация» расширила свое производство до масштабов галактики, то как ей удалось решить проблему отходов?

Кроме того (и это, пожалуй, самое главное), слишком крупная материальная система из-за «малой» в таких масштабах (тысячи световых лет) скорости света неизбежно станет неуправляемой. Поэтому цивилизации, освоившие целые галактики, — утопия, порожденная безудержной игрой фантазии. Любая цивилизация останется связанной системой лишь в окрестностях своей звезды, т. е. в радиусе, не превышающем 0,1 светового года. Наконец, вовсе не исключено, что инопланетяне пользуются какими-то более эффективными средствами общения, чем радиосвязь.

Все эти соображения необходимо иметь в виду при оценке реальных возможностей радиосвязи с инопланетянами. В интересном сборнике «Проблема поиска внеземных цивилизаций» (Наука, 1981) член-корр. АН СССР В. С. Троицкий обстоятельно рассмотрел эту проблему. Он доказал, что при существующей ныне на Земле радиоаппаратуре для регистрации сигналов из космоса передающие устройства инопланетян должны быть непомерно мощными. «Наша цивилизация, — пишет В. С, Троицкий (с, 28), — ведя поиск сигналов на средства, требующие от передающей стороны неприемлемо больших антенных сооружений и мощностей, поступает неправильно. Энергетический уровень космического чуда, т. е. сигнала, который может быть реально создан, недостаточен для восприятия применяемыми нами средствами обнаружения». В. С. Троицкий полагает, что радиотелескоп программы SETI должен быть всенаправленным и составным. Например, он мог бы состоять из 60 000 параболических антенн диаметром 21 м, которые, располагаясь на сфере диаметром 3 км, вели бы прием по всем направлениям. При этом, однако, вряд ли удалось бы принять сигналы с расстояний, больших нескольких сотен световых лет.

Такой инструмент еще не создан и его можно считать перспективным. Как видит читатель, во всех своих разделах современная астрономия не стоит на месте, а ищет новые, все более эффективные средства изучения Вселенной.

От первых наблюдений неба до современных космических автоматов, непосредственно изучающих небесные тела, — вот путь, уже преодоленный человеческим Разумом. А впереди — новые успехи астрономии и новые необыкновенные открытия, предвидеть которые просто невозможно.