Венди Фридман: Увидеть зарождение Вселенной в новый телескоп

Когда мне было 14 лет, мне очень нравилась физика, она меня поражала, и мне хотелось все о ней узнать. У нас в школе был учитель физики, который начинал урок с фразы: «Девочки могут и не слушать».

Воодушевляет, не правда ли? Я и впрямь не слушала, но только эту фразу.

Давайте перенесемся в Анды в Чили, 500 километров или 300 миль на северо-восток от Сантьяго. Уединенное, очень засушливое и очень красивое место. Там почти ничего нет. Разве что кондоры и тарантулы. А ночью, когда гаснет свет, мы видим самое темное небо на Земле. Эти горы — волшебное место. Чудесное сочетание удаленной от всего горной вершины и невероятно сложных технологий.

На протяжении всей истории наши предки всматривались в звездное небо и размышляли о природе нашего существования. И наше поколение не исключение. Единственная трудность теперь то, что ночное небо трудно увидеть из-за света городских огней. Поэтому астрономы перебираются на далекие горные вершины, чтобы наблюдать и изучать Вселенную. Телескоп — это окно во Вселенную.

Можно без преувеличения сказать, что Южное полушарие – это будущее астрономии XXI века. Уже сейчас массив телескопов расположен в Андах в Чили, и скоро к ним будут добавлены телескопы с абсолютно новыми возможностями. Две международные группы ученых будут конструировать гигантские телескопы, чувствительные к световому излучению, как и наши глаза. Будет построен обзорный телескоп, предназначенный для съемки доступной области неба каждые три ночи. Будет создан радиотелескоп для приема собственного радиоизлучения небесных объектов. Будут построены космические телескопы. Например, преемник космического телескопа «Хаббл» под названием телескоп имени Джеймса Уэбба, который запустят в 2018 году. Будет создан спутник TESS для обнаружения ранее неизвестных транзитных экзопланет около ярких звезд.

Последние десять лет я возглавляю группу ученых, точнее ассоциацию, международную группу, задача которой построить самый большой оптический телескоп в мире. Он называется Гигантский Магелланов телескоп или ГМТ. В телескопе будет установлена система из семи первичных зеркал диаметром 8,4 м каждое. То есть почти 27 футов. Одно зеркало превосходит размеры сцены и тянется примерно до 4-го ряда. Каждое из семи зеркал телескопа будет около 8 метров в диаметре. Вместе семь зеркал будут 24 метра в диаметре. То есть практически совпадут по размеру со всем этим залом. По высоте телескоп будет 43 метра. Раз мы сейчас в Рио, многие из вас видели огромную статую Христа. Ее высота соотносима с высотой телескопа. На самом деле, статуя будет даже ниже телескопа. По высоте он сравним и со статуей Свободы. Он будет храниться в корпусе высотой в 22 этажа или 60 метров. Для защиты телескопа был сделан необычный корпус. Его окна открыты к небу, его можно направлять на конкретное место на небе, он также может вращаться, представьте, 2000-тонная вращающаяся постройка.

Гигантский Магелланов телескоп будет иметь разрешающую способность в 10 раз выше, чем у телескопа «Хаббл». Его чувствительность превосходит человеческий глаз в 20 млн раз. Впервые нам, может быть, удастся найти жизнь на планетах вне Солнечной системы. То есть мы сможем взглянуть на первый свет во Вселенной, буквально на ее зарождение. Рассвет Вселенной. Благодаря телескопу мы сможем увидеть прошлое, увидеть галактики такими, какими они были, когда зарождались, первые черные дыры во Вселенной, первые галактики.

На протяжении тысячи лет, что мы изучаем космос, мы пытались отыскать свое место во Вселенной. Древние греки сказали, что Земля — это центр Вселенной. 500 лет спустя Коперник вместо Земли поставил Солнце в ее сердце. В течение многих веков мы узнавали новое, начиная с Галилео Галилея, итальянского физика, который первым взглянул на небо через двухдюймовый телескоп. Каждый раз с появлением большего телескопа мы узнавали все больше о Вселенной и совершали новые открытия. В XX веке мы узнали, что Вселенная расширяется, что центр этого расширения вовсе не Солнечная система. Сегодня нам известно, что Вселенная состоит из ста миллиардов галактик, которые нам видны, и внутри каждой из этих галактик находятся более ста миллиардов звезд.

Вы смотрите на самый глубокий снимок космоса в истории. Его сделали с помощью космического телескопа «Хаббл», направив его на участок неба, который казался пустым до запуска «Хаббла». Представьте, насколько мал этот участок, ведь это всего одна пятая размера полной Луны, представьте полную Луну. И на одном этом снимке видны 10 тысяч галактик. Нечеткость снимка и малый размер объясняются тем, что галактики находятся очень далеко, на очень большом расстоянии. В каждой из галактик есть несколько миллиардов или сотен миллиардов звезд. Телескоп — это практически машина времени. Чем глубже в космос мы смотрим, тем дальше во времени мы движемся. Телескоп — как световой ковш, он буквально собирает свет. Чем больше ковш, чем больше в нем зеркал, тем больше света в нем собирается, тем дальше во времени мы продвигаемся.

За прошлый век мы узнали, что во Вселенной есть необычные объекты: черные дыры. Мы узнали, что существует темная материя и темная энергия, которые нам не видны. Вы как раз смотрите на снимок темной материи.

Догадались? Обычно не все понимают.

Темную материю можно обнаружить, хоть она и не видна, благодаря гравитационному эффекту. Сегодня на небе можно увидеть бездну галактик в расширяющейся Вселенной.

Моя работа — измерять, как Вселенная расширяется. В одном из проектов, который я провела в 1990-х годах, с помощью телескопа «Хаббл» измерялась скорость расширения Вселенной. Мы можем отследить историю последних 14 млрд лет. Нам стало известно, что у каждой звезды есть история: они рождаются, достигают зрелости, некоторые из них даже погибают. Из остатков погибших звезд образуются новые звезды, которые мы видим, и вокруг большинства из них вращаются планеты.

Неожиданным открытием последних 20 лет стало вращение планет вокруг звезд, так называемых экзопланет. До 1995 года мы не подозревали о существовании других планет кроме тех, что вращаются вокруг Cолнца. На сегодня известны почти 2 000 планет у других звезд, мы можем их увидеть и измерить их массу. Из них 500 — это планетные системы. Известно также 4 000 — и число это будет расти, — кандидатов на звание планет. Существует невероятное множество видов экзопланет. Одни, так же как Юпитер, с очень высокой температурой поверхности, другие холодные, третьи покрыты океаном воды, есть и скальные экзопланеты вроде Земли, так называемые сверхземли, и даже планеты, которые предположительно состоят из алмазов.

Мы знаем, что существует хотя бы одна планета, на которой есть жизнь — Земля. Мы даже обнаружили планеты, двигающиеся по орбите сразу двух звезд. Это больше не научная фантастика, а реальность. Повсюду на нашей планете есть жизнь настолько развитая, что мы задаемся вопросами о нашем происхождении. Учитывая все наши открытия, ошеломляющее число фактов показывает, что, возможно, есть еще миллионы, возможно, сотни миллионов других планет, находящихся достаточно близко, точнее, на достаточном расстоянии от звезд, вокруг которых они вращаются, чтобы обеспечить наличие воды и существование жизни. Мы с восхищением смотрим на эту удивительную возможность. Поразительно, что в течение следующего десятилетия ГМТ, возможно, сможет определить характеристики атмосферы этих планет и выявить, возможна ли на них жизнь.

Итак, что же такое проект ГМТ? Это международный проект, включающий Австралию, Южную Корею, и, будучи в Рио, мне приятно отметить, что наш самый новый партнер — это Бразилия. Он также задействует научные институты в Соединенных Штатах, в том числе Гарвардский университет, Смитсоновский институт и Институт Карнеги, университеты Аризоны, Чикаго, Техасский университет в Остине и A&M. Он также включает Чили.

Создание зеркал для нового телескопа — уникальный процесс уже сам по себе. Куски стекла плавятся во вращающейся печи. Это происходит под футбольным стадионом Университета Аризоны. Лаборатория спрятана под 52 тысячами сидений. Никто даже не подозревает. По существу это вращающийся котел. Зеркала отливаются и они очень медленно остывают, затем их полируют до совершенной точности. Чтобы представить, насколько точные эти зеркала: на всей поверхности в 8 метров неровностей на зеркале меньше, чем одна миллионная дюйма. Трудно представить? Ай! Неровность в 5 тысяч раз меньше моего волоса на всех 8 метрах. Выдающееся достижение. Именно это даст нам нужную точность.

Но что она для нас значит? ГМТ, чтобы вы могли представить, если бы я держала монетку, которая у меня как раз есть, и посмотрела бы на одну из ее сторон, то отсюда я бы увидела надпись и изображение на монете. Думаю, что даже люди в первом ряду не смогут этого разглядеть. Но если бы мы развернули Гигантский Магелланов телескоп, со всем его диаметром в 24 метра, размером с этот зал, и направили бы его на 321 километр вдаль, если бы я стояла в Сан-Пауло, мы бы увидели изображение на монете. Вот какое невероятное разрешение и мощность у этого телескопа. И если бы космонавт отправился на Луну, на 420 тысяч километров отсюда, и зажег бы свечу, всего одну свечу, мы бы легко ее обнаружили с помощью ГМТ. Удивительно, правда?

Вот фотография звездного скопления в ближайшей галактике. «Ближайшей» — астрономический термин, и он относительный. Она находится в десятках миллионов световых лет от нас. Вот так он выглядит сейчас. Всмотритесь в четыре яркие точки, и давайте сравним его с изображением, сделанным телескопом «Хаббл». Вы видите, как бледные очертания звезд начинают прорисовываться. Наконец, вот что покажет ГМТ. Взгляните, насколько лучше этот снимок. Всмотритесь в яркие точки еще раз. Вот что мы видим с помощью одного из мощнейших телескопов на Земле, а вот что мы увидим с помощью ГМТ. Невероятная четкость.

Как же продвигается работа? Мы выровняли площадку на вершине горы в Чили. С этим разобрались. Протестировали и отполировали первое зеркало. Отлили второе и третье. И готовимся отлить четвертое зеркало. В этом году было несколько осмотров. Международные группы экспертов проверили нашу работу и сказали: «Вы готовы к строительству». Поэтому мы готовимся строить телескоп с первыми четырьмя зеркалами. Мы планируем быстро запустить его и начать собирать данные, в астрономии это называется «первый свет», в 2021 году. Завершен телескоп будет к середине следующего десятилетия со всеми семью зеркалами.

Мы готовимся взглянуть вглубь Вселенной, на зарю Вселенной. Мы сможем изучить другие планеты до мельчайших деталей.

Но для меня главное в постройке ГМТ — это возможность открыть то, о чем мы еще не знаем, чего пока даже не можем представить, что-то совершенно новое. Я надеюсь, что постройка этого и других телескопов вдохновит молодых девушек и юношей тянуться к звездам.

Большое спасибо. (По-португальски) Спасибо.

Бруно Джуссани: Спасибо, Венди. У меня есть один вопрос. Вы упомянули, что существуют разные лаборатории. Например, Магелланов телескоп, ALMA и другие в Чили и по всему миру, включая Гавайи. Какая связь между ними: сотрудничество или борьба за финансирование? Мне известно, что идет борьба за финансирование, но что насчет науки?

Венди Фридман: В плане науки они дополняют друг друга. Телескопы в космосе и на земле, телескопы с разной длиной волн, одинаковые телескопы, использующие разные приборы, — все они отвечают за разные области изучения. Когда мы откроем новые планеты, мы сможем протестировать наши наблюдения, провести измерения атмосфер, взглянуть в космос при очень высоком разрешении. Все они дополняют друг друга. Вы точно подметили по поводу финансирования, но с научной точки зрения все они взаимодополняемы.

Перевод: Юлия Скупченко
Редактор: Алекс Тери

Источник