Говерт Шиллинг - Складки на ткани пространства-времени [Эйнштейн, гравитационные волны и будущее астрономии] [litres]

Во втором зале Ханани следил за ходом собственного эксперимента с использованием воздушных шаров – EBEX («эксперимент Е и В») [60] Эксперимент Е и В (EBEX): http://groups.physics.umn.edu/cosmology/ebex . . В конце дня руководитель лагеря Скотт Баттайон отвез нас обратно в усиленном грузовике-пикапе, но не на базу Мак-Мёрдо – это отняло бы у него слишком много времени, а до перекрестка с ледовой дорогой к «Полю Пегасов», главному аэродрому станции. В Antarctica Hilton мы ждали прибытия Ivan the Terra Bus – автобуса-монстра на гигантских колесах, курсирующего между аэропортом и базой «Мак-Мёрдо».

Шаул Ханани – физик из университета Миннесоты. Почти часовое совместное ожидание в «Хилтоне» дает мне прекрасную возможность узнать все о EBEX. Однако Ханани все сильнее нервничает. Что, если шаттл не придет? Мы совершенно одни во льдах без средств связи.

Цель EBEX – измерение поляризации реликтового излучения. Сегодняшние предполетные тесты оказались многообещающими, рассказывает Ханани. Запуск ожидается недели через две. За время миссии EBEX может сделать революционное открытие. Ханани с коллегами надеются найти скрытые в картинах распределениях поляризаций излучения Большого взрыва отпечатки первичных гравитационных волн, относящихся к моменту рождения Вселенной.

Ivan the Terra Bus наконец появляется красной точкой на белоснежном горизонте. Водитель – все зовут его Шаттл Боб – задержался, застряв в снежном наносе. Через полчаса мы снова на станции, внешним видом и обстановкой напоминающей военную базу.

Я провел неделю на «Мак-Мёрдо» в декабре 2012 г. в качестве одного из трех лекторов сезона Антарктической журналистской программы Национального научного фонда. Это был потрясающий опыт. Я встречался с геологами, исследователями пингвинов, климатологами, охотниками на метеориты (в том числе астронавтом НАСА Стэном Лавом), гляциологами, астрофизиками и многими другими специалистами. Побывал в хижине, которую построил английский исследователь Роберт Фолкон Скотт в 1911 г., прежде чем выдвинуться со своей группой в роковую экспедицию к Южному полюсу. Поднялся на 230-метровый Обзорный холм, где установлен мемориальный крест в память пропавших без вести полярников. Посетил местную церковь и поговорил с Майклом Смитом, священником «Мак-Мёрдо». Послушал, как подвыпивший астробиолог (не будем называть имен) фальшиво поет под караоке в баре «У Галлахера». Наша маленькая группа слетала на вертолете на мыс Пингвинов и мыс Эванса, посетила полигон проекта ледового бурения Wissard и присоединилась к пешей вылазке через ледяные торосы, которые прекрасно смотрятся на фотографиях. Разумеется, я добрался и до полигона для запуска шаров-зондов длительного действия.

Самым памятным событием той недели стала однодневная поездка 10 декабря на станцию «Амундсен – Скотт» на Южном полюсе. Если «Мак-Мёрдо» находится на побережье Антарктического континента вблизи шельфового ледника Росса, то «Амундсен – Скотт» – на географическом Южном полюсе, в самой южной точке земного шара. Мы три часа летели на военном винтовом самолете Lockheed LC-130, оборудованном лыжами. Для полюса денек выдался славный – слабый ветер и всего –37 °С. Тем не менее даже в экипировке для экстремальных холодов я не надеялся пройти около километра от жилой зоны станции до «Темного сектора», где проводится большая часть астрономических экспериментов, поэтому мы взяли гусеничный снегоход.

Одно из самых впечатляющих сооружений в «Темном секторе» – лаборатория IceCube. Еще более впечатляющим является сам научный эксперимент, который идет в ней незримо для глаз. IceCube – крупнейшая в мире нейтринная обсерватория, но увидеть ее невозможно. Она состоит из более чем 5000 сверхчувствительных детекторов света, вмороженных в кубический километр подповерхностного антарктического льда. В здании лаборатории находятся только мощные компьютерные системы. Фотодетекторы IceCube регистрируют чрезвычайно редкие вспышки света в темной прозрачной массе льда, вызванные прохождением нейтрино из космоса. (Я упоминал о нейтрино в главе 5. Это неуловимые субатомные частицы, во множестве возникшие во время Большого взрыва. Они играют важную роль во взрывах сверхновых.)

Недалеко от лаборатории IceCube находится не менее потрясающая обсерватория им. Мартина А. Померанца, названная в честь родоначальника антарктической астрономии, умершего в 2008 г. В одном конце вытянутого двухэтажного здания помещается 10-метровая тарелка «Южного полярного телескопа» [61] «Ледяной куб»: https://icecube.wisc.edu . «Южный полярный телескоп»: https://pole.uchicago.edu . , в другом – конусообразный кожух, внутри которого находится инструмент BICEP2 – «Картина поляризации фонового внегалактического излучения» (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization, BICEP) [62] Фоновое отображение космической внегалактической поляризации (BICEP): http://bicepkeck.org . . Оба эксперимента посвящены реликтовому излучению – слабым космическим радиоволнам, возникшим через 380 000 лет после Большого взрыва. Кожух защищает чувствительный телескоп от паразитарного излучения, вызванного деятельностью человека.

BICEP2 с 26-сантиметровыми линзами меньше иных любительских телескопов, но его фокальная плоскость охлаждена до температуры лишь на четверть градуса выше абсолютного нуля и состоит из 512 невероятно чувствительных сверхпроводящих сенсоров, способных зарегистрировать каждый фотон реликтового излучения. Как и эксперимент EBEX Шаула Ханани, BICEP2 исследует поляризацию реликтового излучения. (По крайней мере исследовал в декабре 2012 г. Затем он был заменен еще более мощным инструментом.)

Реликтовое излучение случайно открыли в 1964 г. американские радиоинженеры Арно Пензиас и Роберт Уилсон. Это самый старый «свет» во Вселенной. Астрономы не могут заглянуть в прошлое дальше эпохи реликтового излучения, поскольку первые 380 000 лет существования Вселенная была слишком горячей, плотной и непрозрачной, чтобы электромагнитные волны могли свободно распространяться в пространстве. Это предел, ближе которого мы не можем подобраться к Большому взрыву.

Как я рассказывал в главе 9, первоначальная ослепительная вспышка высокоэнергетического излучения к настоящему времени поблекла и остыла до почти не воспринимаемого свиста в миллиметровом диапазоне, соответствующего температуре всего на 2,7 градуса выше абсолютного нуля. Чтобы понять происхождение Вселенной, нужно тщательно изучать «холодное эхо», как бы это ни было сложно.

Сложно не только потому, что реликтовое излучение очень слабо, но и из-за поглощения приходящего из космоса микроволнового излучения молекулами воды в атмосфере Земли. (Насыщенная водой пища быстро нагревается в микроволновке именно потому, что молекулы воды практически полностью поглощают энергию микроволнового излучения.) Поэтому до сих пор самым подходящим местом для наблюдения фонового космического излучения является космос. Лучшие карты реликтового излучения с полным покрытием неба составлены тремя последовательными космическими миссиями.