Радиотелескоп

Мировая астрофизика понесла тяжелую утрату один из самых больших, и, пожалуй, самый известный радиотелескоп в мире Arecibo, отключен навсегда и будет демонтирован. Он снимался в кино и отправлял сигнал потенциальным братьям по разуму, он искал инопланетян в программе SETI@home и нашел первую планету за пределами Солнечной системы, он картографировал Венеру и пролетающие астероиды, но усталость металла взяла свое через 57 лет после строительства. Первый трос оборвался в августе 2020-го, второй трос в начале ноября, а вчера ученые приняли решение, что ремонт слишком опасен для рабочих и проще подорвать опоры телескопа самим, чем ждать его крушения.



Радиотелескоп построили американцы в 1963 году в Пуэрто-Рико тропическом острове в Карибском море. Место постройки выбиралось по ряду причин, в числе которых географическая широта, удаленность от цивилизации, рельеф местности. Конструкция Arecibo заметно отличается от многих других радиотелескопов. Большинство тарелок, которые астрономы называют главное зеркало, имеют поворотную конструкцию, которая позволяет направлять антенну в любую точку видимого небосвода.



Это расширяет их возможности, но ограничивает размер самые большие поворотные антенны имеют диаметр 100 метров. Arecibo же имеет диаметр 305 метров, но его главное зеркало уложено в котловину старой карстовой воронки (иногда её ошибочно называют потухшим вулканом). Собирающая антенна Arecibo неподвижна относительно земли, зато движется облучатель принимающая антенна в фокусе тарелки. Для этого над главным зеркалом подвешена платформа, на высоте 150 метров.



Подвижность облучателя позволяет радиотелескопу охватывать часть неба в радиусе 20 вокруг зенита, но, чтобы реализовать такую возможность главное зеркало сделали сферическим, а не параболическим. Благодаря наклону земной оси в течение года обсерватория могла наблюдать значительную часть небосвода северного полушария. Подобное техническое решение реализовано и в советско-российском радиотелескопе РАТАН-600, хотя конструкции антенн там заметно отличаются.

Любопытно, что сейчас похожие двухметровые микро-Аресибо для школ и институтов производит российская частная компания Лоретт. Такая компоновка проста по конструкции, легка в перемещении и монтаже и удобна для размещения на крыше.



Радиотелескоп Arecibo в отличие от многих своих меньших собратьев был не просто ухом, он мог и говорить, т.е. работать как радар. Это открывало уникальные возможности для ученых экспериментальную астрономию. В большинстве своем астрономия это пассивная наука, ученые создают научные инструменты и наблюдают, собирают сигналы и свет, которые прилетают на Землю естественным путем. Arecibo же светил в радиодиапазоне сам, и мог принимать отраженные лучи. Так ему удалось картографировать Венеру с разрешением до 1 км. Точнее карты смогли создать только советские Венеры, и американский Magellan.

Arecibo сумел рассмотреть у полюсов Меркурия странные отложения, которые потом зонд Messenger сумел определить как водяной лед.



Да, на ближайшей планете к Солнцу, есть залежи водяного льда!

И ничего подобного он не обнаружил у нашей Луны. Хотя сейчас считается, что приполярный грунт Луны относительно богат на воду, и это подтверждалось независимыми методами но, вероятно, это не ледники, а небольшие кристаллики льда, распределенные в грунте.



В последние годы, радар Arecibo много работал в определении расстояния и даже в картографировании пролетающих околоземных астероидов. В этом деле он практически воплотил идею, из которой и вырос предупреждение угрозы из космоса. Хотя шестьдесят лет назад источником такой угрозы считался Советский Союз, а не Пояс астероидов.

В некоторых случаях Arecibo не наблюдал астероид сам, а только подсвечивал его, а отраженные радиосигналы принимали другие радиотелескопы, например 100-метровый Green Bank Telescope или 70-метровый Goldstone в США. В паре они славно поработали, и теперь мы знаем об астероидах намного больше.

Например, что у некоторых космических камней есть спутники камни поменьше.



Некоторые двойные.



А некоторые контактные двийные, что более характерно для ядер комет.



Самый дальний выстрел Arecibo одноименное послание. Адресат послания звездное скопление М13 будет ждать сигнала 25 тыс лет, а потом нам столько же придется ждать ответа. Поэтому это был скорее красивый пиар, чем реальная наука, зато он обеспечил популярность обсерватории и устойчивое финансирование на протяжении десятилетий. В популяризации помогал и Голливуд, полюбивший футуристичную архитектуру телескопа. Здесь и Джеймс Бонд побеждал злодеев, и Джоди Фостер слушала инопланетные сигналы в фантастическом фильме Контакт.

В астрофизике и наблюдении дальнего космоса Arecibo тоже проявил себя. Сначала подтвердил нейтронную звезду в Крабовидной туманности, а потом сумел услышать планету возле пульсара. Точнее слышал он только пульсар, но характер его радиоимпульсов подсказал ученым, что рядом есть какая-то постоянная помеха. Это оказалась первая подтвержденная внесолнечная планета. Сейчас экзопланет подтвердили уже несколько тысяч, и даже дали Нобелевку, правда не за пульсарную, а обычную звездную, да и ищут другими методами.

Поработал Arecibo и с нашим РадиоАстроном в изучении самых дальних объектов наблюдаемой Вселенной квазаров. Совместно с другими большими телескопами Arecibo внес вклад в одно из самых важных открытий РадиоАстрона определил экстремальную яркость квазаров, которая невозможна по существующим моделям этих явлений.



Радиотелескоп хотя и оставался долгое время самым большим в своем классе, но регулярно модернизировался. Первоначально у него даже не было тарелки это была мелкая сетка, повисшая на тросах над котловиной. Затем на сетку повесили более 30 тыс алюминиевых перфорированных пластин. Это расширило диапазон слышимости радиотелескопа. Для защиты от растущих помех, по периметру тарелки поставили сетчатый забор. В 90-е к облучателю, похожему на большую телевизионную антенну, добавили еще Григорианский купол вторичное зеркало, которое повысило точность принимаемых сигналов, и позволило разместить новое оборудование, как для приема, так и для передачи.



В результате выросли возможности обсерватории, но и увеличилась нагрузка на систему тросов. На трех опорах держалась не только сетчатая основа тарелки с алюминиевыми листами, но и 900-тонная платформа облучателя и Григорианского купола. Но телескоп держался. Его возводили в сейсмически активном регионе, в котором нередки тропические циклоны, поэтому запас прочности там был. Первым сдали бюджеты. Финансовые проблемы начались еще в 2000-е. Уже тогда ученым приходилось писать воззвания к политикам о выделении средств на обсерваторию. И тут география сыграла против науки если б он был на территории США, то его культурное и образовательное значение помогало бы. А так, вся его известность развивала туристическую индустрию Пуэрто-Рико, а за его работу платить приходилось из бюджета США. Поэтому американские чиновники пользовались любым удобным поводом, чтобы урезать бюджет, а у пуэрто-риканских чиновников средств не хватало. Некоторый вклад вносило и NASA, и в сумме удавалось набирать и на работу и на обслуживание телескопа.

Потом и техника начала сдавать.
В 2008 году остров тряхнуло землетрясение в 6 с лишним баллов, и на Arecibo начала расплетаться один из вспомогательных тросов, который держал платформу. Его быстро зафиксировали с помощью стальной шины.
В 2017-м на Пуэрто-Рико обрушился ураган Мария, который оторвал две трети штыря старой тв антенны облучателя. Она упала на тарелку и выбила несколько сегментов.
В 2018 году телескоп утратил звание самого большого, когда Китай закончил строительство 500-метрового FAST.
Наконец в августе 2020-го, без видимых причин, выскочил из крепления один из вспомогательных тросов платформы Arecibo, пробил 30-метровую дыру в главном зеркале, и немного повредил Григорианский купол.



Едва ученые смогли оценить повреждения, и с горем пополам выбить средства на ремонт, как порвался второй трос. И это повреждение оказалось намного серьезнее первого. Дело уже не в размере дыры в главном зеркале, а в том, что это был один из шести тросов, на которых вся тарелка и висела над ложбиной. Оставшиеся тросы затрещали и тоже стали терять мелкие нити. Более того, оказалось, что главный трос лопнул в безветренную погоду, под воздействием 60% от предельно допустимой нагрузки. Т.е. если это не брак конкретного троса, а общее свойство их всех, то остальные могут порваться точно также в любой момент и по взмаху крыла колибри.



В таких условиях аварийные работы чреваты человеческими жертвами, которых пока удавалось избежать. И не то, чтобы в Пуэрто-Рико не нашлось бы достаточного количества суицидальных монтажников, готовых рискнуть за тройной оклад. Просто нынешняя ситуация удобный повод для чиновников поставить окончательный крест на телескопе. Теперь они готовы дать денег только на быструю контролируемую разборку. Обсерватория там останется, но больше как культурный и образовательный объект. Значение же для фундаментальной науки сведется к практически к нулю.