Знание-сила, 1998 № 02 (848)

Чтобы понять, как работает такое «лоскутное одеяло», давайте мысленно разделим большой телескоп для простоты на четыре части. Когда радиоволны, пришедшие из космоса, попадают на первую часть, они отражаются и идут на приемник, где складываются с волнами от остальных.

Теперь представьте себе, что мы два элемента выбросили, а два оставили, но сделали их подвижными. Фиксируем первый элемент, а второй передвигаем, получаем три первые комбинации: 1=2, 1=3, 1=4. Затем первый элемент перемещаем в положение 2, а второй двигаем в 3 и 4. В завершение получаем последнюю комбинацию 3=4 — и имеем то же, что для большого телескопа. Только там все сигналы приходили и складывались одновременно, а для «лоскутного» телескопа — последовательно, после перемещения элементов в новое положение. Процесс складывания информации «покусочно» называется апертурным синтезом.

На самом же деле, астрономы суммируют картинки, полученные от «лоскутков-телескопов», разбросанных по всей Земле. Чем больше различных вариантов, тем четче получается изображение. Ученым помогает вращение Земли: она постоянно перемещает наземные телескопы в новое положение.

Дальше наступает важный момент: все данные надо собрать в одно место, очень точно синхронизировать и сложить. Для каждого кусочка информации надо знать момент наблюдения, иначе говоря, положение Земли и направление на исследуемый объект. Называется такая система VLBI/Veiy Long Base Interferomctiy/ — интерферометрия с очень большой базой. Вот с ее помощью астрономы и получают в свое распоряжение телескоп размером с Землю. Конечно, качество изображения уступает тому, что давал бы настоящий телескоп таких габаритов, но не очень сильно.

Естественное продолжение идеи — вывести телескопы в космос.

До сих пор японские исследователи не слишком активно участвовали в мировом астрономическом бизнесе. Доминировали Северная Америка, Европа и Австралия. Теперь японцы выходят на лидирующие позиции: в феврале 1997 года их ракета M-V вывела на орбиту восьмиметровую параболическую антенну.

Вытащить, однако, на орбиту телескоп такого размера очень сложно. Японцам пришлось придумать нечто удивительно красивое: антенну-сеточку. Струны из толстых кевларовых нитей были растянуты между шестью опорами, расположенными, как лучи морской звезды. На них сверху натягивалась сама сеточка-телескоп из молибденовых нитей с золотым покрытием.

Это уникальное сооружение было создано компанией «Мицубиси». Весит оно 226 килограммов, а форму сохраняет совершенно жестко: ни одна из точек сети не может отклониться от идеальной параболической формы более чем на полмиллиметра. Но самое главное достижение — упаковать все это в двухметровый контейнер, который можно погрузить в ракету и вывести на орбиту. Более всего руководителя проекта Хисаши Хирабаши волновало, как все это великолепие будет раскрываться в космосе: «Это похоже на состояние, которое испытываешь, ожидая ребенка: ты надеешься, что все будет хорошо, но очень волнуешься».

После открытия и отладки антенна начнет передавать 130 мегабайт информации в секунду на пять наземных станций: в Японии, Западной Вирджинии (США), в центре НАСА в Калифорнии, в Австралии и Испании. Каждая из приемных станций снабжена одиннадцатиметровой антенной, разработанной в НАСА. Все участники проекта подчеркивают, что он в принципе был бы невозможен без глобального международного сотрудничества. А в нем участвуют почти сорок радиотелескопов из пятнадцати стран. Десять — в Америке, двенадцать расположены от Англии до Китая, а в южном полушарии еще столько же от Австралии до Южной Африки. Информация со спутника записывается на магнитофонные ленты компьютера и перевозится в два места — японский исследовательский центр «Митака» в пригороде Токио и в Нью-Мексико, где согласуется с данными, полученными наземными телескопами.

Теперь поговорим о синхронизации данных: все эти собранные кусочки информации можно складывать только тогда, когда известна их одновременность. Для решения этой проблемы на каждую магнитофонную ленту записываются метки времени от специального сверхточного устройства — водородного мазера. В космосе его нет, поэтому информацию «спуда» помечают наземные станции уже после приема.

Подобная система уже опробована в США для синхронизации сигналов от космического телескопа Хаббл с наземными телескопами. Она имела гораздо меньше элементов и не очень большое разрешение, но позволила определить размеры некоторых квазаров — самых мощных радиоизлучателей в космосе. «Мы убедились, что подобная синхронизация возможна, и от новой попытки вместе с японским небесным телескопом можно ждать удивительных открытий,— говорит Антон Ценсус, сотрудник НАСА в Вирджинии. — По нашим оценкам, чувствительность новой системы такова, что мы сможем различить отпечатки следов космонавтов на поверхности Луны». Это в три раза повышает существующую точность измерений.

Современная VLBI — система включает в себя десять двадцатипятиметровых телескопов на поверхности Земли. Она заработала в 1993 году и до сегодняшнего дня сделала уже немало открытий. Одно из самых интересных — обнаружение быстровращающегося кольца газа в центре галактики NGC 4258. По колоссальной скорости вращения удалось установить, что в ограниченном объеме в центре галактики расположен объект с массой в тридцать шесть миллионов солнечных масс. Многие астрономы после этой находки думают, что в центре большинства квазаров и активных галактик находятся черные дыры.

Обычно вокруг них вращается диск из вещества, постепенно падающий на центр. Кроме того, астрономам известно, что из черных дыр наружу бьют с огромной скоростью струи разогретого газа, простирающиеся на тысячи световых лет. Никто не понимает механизма выброса и ускорения вещества до таких скоростей, но с помощью VLBJ уже удалось разглядеть начальные участки этих струй.

Оказалось, что они напоминают штопор. Это означает, что вокруг черной дыры действуют фантастической силы магнитные поля, которые только и могут закрутить путь заряженных частиц таким образом. Чтобы убедиться в правильности гипотезы, надо проследить за путем струй как можно ближе к черной дыре — это и будет одной из главных задач новой системы. Откровенно говоря, именно стремление поподробней рассмотреть, что там происходит вокруг черных дыр и в центрах активных галактик, служит главной движущей силой создания космической VLBI. У нее, кстати, теперь есть собственное название — VSOP (VLBI Space Observation Programme).

И вот — первый результат, полученный при помощи VLBI и японского спутника, иначе говоря, первый результат с космического радиотелескопа. Это квазар 1156+295, в котором удалось разглядеть центральную часть и уходящую от него струю частиц. Результат был обнародован в июле 1997 года.