Человек идёт за солнцем

2 тысячи метров над уровнем моря. На самой границе с Монголией находится Саянская солнечная обсерватория Института солнечно-земной физики СО РАН. Для того чтобы попасть в это место, надо преодолеть 300 километров от Иркутска и миновать погранзаставу. На градуснике было минус двадцать, когда «Иркутский репортёр» с командой ИНЦ СО РАН отправился «смотреть небо».

Не опоздать к канадской границе

Когда едешь по заснеженной дороге, как-то странно ощущать, что до бетонного указателя вот этот белый снег был Иркутской области, а после – уже Республики Бурятия. Наше путешествие к астрофизикам  по федеральной трассе Р418 началось в Торах, почти на границе двух регионов, а закончилось в Мондах, откуда уже видны монгольские пограничные столбы. Короткая красная линия на карте – в реальности три сотни километров. Торы, Тунка, бадарский «солнечный крест», на обычных картах не обозначенный, ибо не населённый пункт это вовсе. «Сейчас сократим путь… к канадской границе», – говорит наш водитель, и мы несёмся от Бадар по дорогам совсем не федеральным, переезжаем через замёрзшие речки, чтобы вынырнуть снова на трассу. К пяти часам нужно быть на погранзаставе – если опоздаем, то в обсерваторию уже в этот день не попадём.

На подступах к Мондам излишне любопытных сразу встретит местный Карацупа. «Стреляют на поражение. Шутка», – пугает нас один из спутников. Эти особые условия родили проблему с рабочей силой. Башни телескопов кто-то должен строить, а джамшудов сюда не привезёшь – в приграничной зоне могут трудиться только граждане России. Если хочешь таджика или узбека привлечь, его будут проверять не менее месяца. 

Прибываем на границу, почти не опоздав. Когда показывается Саянская солнечная обсерватория, уже смеркается. 2 тысячи метров над уровнем моря, «высокая прозрачность земной атмосферы», 200 метров до границы. Дорогу машине подсвечивают уличные фонари-лилипуты, ниже человеческого роста. Иначе тут нельзя – небо «засветится». Кругом странные сооружения. Передовой край астрофизики. Огромный «шар» с трубой, прицелившейся в небо. Большой внезатменный солнечный коронограф – один из крупнейших в мире инструментов такого класса. Корону Солнца мы можем наблюдать только во время затмения, когда яркий солнечный диск закрывает Луна. Коронограф позволяет видеть корону в любое время. «А вон там СТОП, – рассказывают учёные. – Солнечный телескоп оперативных прогнозов, измеряет слабые фоновые магнитные поля Солнца». СТОП – единственный в России и второй такой в мире. У него есть вполне практическая задача: на основании полученных данных о магнитных полях на поверхности Солнца учёные могут определять параметры солнечного ветра на орбите Земли и делать прогнозы геомагнитных возмущений. 

За космическим мусором

Всё небо усыпано звёздами. Такого Млечного пути я не видела до этого никогда. Только заходит солнце, у звёздных наблюдателей начинается вахта. «Встаю где-то в семь вечера, открываю верхнюю шторку, полностью запускаю телескоп», – описывает начало своей «рабочей ночи» техник-наблюдатель лаборатории инфракрасных методов в астрофизике отдела физики Солнца ИСЗФ Евгений Школьников.

– А спать?

– А спать – днём.

Он ведёт нас к своему «питомцу» в большую башню. На странном сооружении – буквы АЗТ33-ИК. Единственный на всю Россию инфракрасный телескоп такого класса, позволяющий наблюдать космические объекты в видимом и инфракрасном диапазоне. В башне очень холодно, практически как на улице. Голоса звучат гулко. 

– Почему не отапливаете?

– С чем борются все оптические наблюдения на Земле? С конвекцией и турбулентностью воздуха, – поясняет научный сотрудник ИСЗФ, кандидат физико-математических наук Дмитрий Колобов. – Видели когда-нибудь летом, как над раскалённой автострадой поднимаются струи воздуха? Здесь то же самое.

Диаметр зеркала у АЗТ33-ИК – полтора метра. «Сейчас я его открою», – говорит Евгений Школьников. Он берёт в руки пульт, от которого тянется толстый кабель прямо в недра инструмента. Нажимает что-то, и лепестки, скрывающие зеркало, начинают медленно расходиться.

– Круто! – произносит кто-то из нас. 

Евгений сдержанно улыбается: привык. Экскурсии летом тут часто бывают, а в ноябре даже детсад привозили. Но видно: гостям рад, иногда неделями приходится быть одному. Он работает здесь уже четвёртый год. Буровик, однако случилось так, что попал к астрономам. «В своё время мне показалось это интересным. Постоянно что-то новое изучаешь, – говорит он, нажимая кнопки пульта. Огромное массивное «тело» телескопа послушно поворачивается влево, вправо. –  Это он движется по часовому углу, а вот теперь… – Телескоп взывает, поднимает «голову» и словно кивает нам. – Движение по склонению». Всё очень похоже на фильм «Трансформеры», когда огромная машина ведёт диалог с крохотным человечком. 

Телескоп заработал в 2004 году, а строительство шло почти 10 лет. Медленно поднимается шторка купола. В окошке сияет неподвижный прямоугольник неба. Человеческий глаз в хорошую безлунную погоду способен увидеть звёзды шестой или седьмой звёздной величины. А телескоп – 20–23 звёздной величины. «Я даже затрудняюсь сказать, какие это могут быть звёзды, знакомые нам, – говорит Евгений Школьников. – Это очень-очень далеко». У Венеры, к примеру, звёздная величина минус 4.3, у МКС – минус 4 (по Гиппарху величина тем меньше, чем звезда, планета или космический объект ярче). 

АЗТ33-ИК может изучать звёзды – двойники Солнца и галактики. Но главная его забота – координатные исследования, измерение координат и блеска спутников, проходящих над Северным полушарием в наших широтах. Блеск спутников меняется, поскольку эти объекты имеют сложную форму и солнечный свет отражается под разными углами. Например, может возникнуть яркая вспышка при отражении от солнечной батареи. Спутнику нельзя просто «дать пинка» с Земли и отправить в свободное плавание, говорит, кутаясь в куртку, заместитель директора ИСЗФ по общим вопросам Александр Куликов.

Траекторию полёта приходится корректировать, ведь спутник притягивают к себе Солнце и Луна. За отклонениями и следит телескоп. В основном в видимом диапазоне, но «глаза» АЗТ33-ИК настроены и на инфракрасный спектр. На экран компьютера,  расположенного ниже, в тёплом помещении, по кабелям передаётся изображение с телескопа. Экран испещрён чёрточками, в середине – яркая точка. Треки – это звёзды в движении, точка – спутник, за которым неотрывно следит телескоп. 

У Евгения есть список спутников, которые нужно «принять» за ночь: провести измерения, записать серию данных, обработать и под утро отправить в Иркутск. «Смотрите: это двойная звезда, а вот тут спиралевидная галактика», – перебирает он свои снимки. На стене – фото яркой точки с двумя «ушками». «Это наш телескоп снял МКС!» – довольно щурится Александр  Куликов. «Ушки» оказались солнечными батареями.

Громадный телескоп ещё и «небесный санитар» – он следит за космическим мусором. Чтобы запустить спутник, надо знать, на какую орбиту его вывести, чтобы не столкнуться с обломками предшественников. Наблюдатель собирает данные, отправляет их в Иркутск, а уже оттуда информация поступает в международные каталоги. «Каждому кусочку космического мусора в таких каталогах присвоен свой номер», – говорит Дмитрий Колобов. 

Рядом с АЗТ33-ИК уже возведена новая башня. В ней разместится второй «брат», того же класса, но с гораздо большим полем зрения. Он будет полностью введён в строй примерно через пять лет. Точную цену обоих инструментов учёные назвать не могут. «Гигантские цифры, просто гигантские», – говорит Александр Куликов. Одно только зеркало на новом телескопе стоит не менее 14 млн. рублей. Однако все сходятся во мнении: похожие инструменты в США намного дороже. Оба телескопа собирали «по всей планете». На  АЗТ33-ИК купол германский, на новом будет новосибирский. Работающий сейчас телескоп делали в Ленинградском оптико-механическом объединении. Зеркало – в городе Лыткарино, ПЗС-камеры американские, бетон ангарский. «А люди – иркутские. А Женя у нас местный», – говорит Александр Куликов. Женя – один из большого коллектива. Инженеры, астрофизики, программисты – все работают на одно детище. Мы оставляем Женю наедине со звёздами. 

«Солнце для чайников»

Сидим, открыв рот, слушая попеременно рассказы о плазме Солнца, протуберанцах и судьбах астрофизики. Люди, легко перебирающие термины «эффект Доплера», «термоядерный синтез», «жёлтый карлик», вдруг с увлечением начинают рассказывать, как неделю назад в тайге «леший водил, еле выбрались». Как-то плавно разговор переходит на урожай рыжиков и на то, как в этом году волчицу с волчатами в тайге встретили. На книжных полках – «Солнце для чайников», недочитанный том Стругацких, диск Тимура Шаова. Все расходятся за полночь. 

Утром в горах сильный ветер. «Да это почти что тишь, иногда тут просто от башни до башни не пройдёшь, сразу околеешь», – смеётся Дмитрий Колобов. Он ведёт нас к павильону со знаками зодиака. Больше похоже на какой-то концертный зал, чем на телескоп. Ни тебе башни, ни трубы, ни окуляров. Павильон стоит на мощном бетонном основании, внутри почти пусто, в разных концах зала какие-то диски на рельсах, рядом  – приборы. Официальное название всего этого комплекса – Автоматизированный солнечный телескоп (АСТ), он относится к классу больших инструментов.

– Основное правило здесь – не трогать руками оптику, – говорит Дмитрий Колобов, осторожно снимая большую крышку с одного из дисков. Сияет идеально чистое 80-сантиметровое зеркало. Главное сферическое зеркало телескопа.

– Даже не дышать?

– Даже не дышать.

Зимой тут наблюдения не ведутся: Солнце слишком низко над горизонтом, и телескоп законсервирован, а учёные работают над статьями в Иркутске. Инструмент нужен по крайней мере трём научным группам – Раисы Теплицкой, Владимира Башкирцева и Николая Кобанова. Дмитрий Колобов как раз из группы Кобанова. 

Открыть смёрзшиеся «ворота» и впустить Солнце не удалось. Иначе бы мы увидели, как солнечный луч ловит, отслеживает и направляет на главное сферическое зеркало так называемая «целостатная установка» – система из двух 80-сантиметровых плоских зеркал. Одно из них направлено на Солнце. Оно вращается по оси, его суточный ход отслеживает светило. «Луч от него передаётся на дополнительное зеркало, – Дмитрий открывает ещё один диск. – А потом «солнечный зайчик» идёт на главное зеркало с фокусным расстоянием 20 метров (в 40 метрах от целостата)». Что может сделать такой вот «лучик», хорошо видно на крышке одного зеркала: она прожжена, её просто когда-то забыли снять. На летних фото, кстати, все учёные, работающие с зеркалами, в тёмных очках. «Главное зеркало – составное. В его центре – ещё одно, маленькое зеркало. Потому что у него две функции. Один пучок света с него идёт на прибор, обеспечивающий координатную сетку для Солнца (светило имеет собственные солнечные широты и меридианы). Это позволяет «настроиться» на нужную часть диска или атмосферы Солнца». Второй, рабочий «солнечный зайчик» попадает прямо в щель прибора спектрографа.

– Блин, как всё сложно, – бормочет кто-то, окончательно запутавшись в движении солнечного луча. 

– Да не сложно, – усмехается Дмитрий. – Задача спектрографа – разложить солнечное излучение в спектр. А что такое электромагнитный спектр? Обычная школьная физика. Это электромагнитное излучение в самых разных диапазонах – радиоволн, инфракрасного излучения, видимого света, ультрафиолета, рентгеновского излучения и жёсткого излучения. Так вот спектр в видимой его части – это радуга, условно говоря. Солнце излучает во всех диапазонах спектра, а наш телескоп изначально рассчитан на работу в видимом диапазоне, но может работать и в инфракрасном. 

Тайна солнечной короны

Дмитрий Колобов открывает дверь в комнатку, уставленную обогревателями. И всем сразу становится веселее: наука при плюсовой температуре воспринимает лучше и легче. «Сначала здесь располагалась оптика, – садится Дмитрий к компьютеру. – А потом сделали тёплое рабочее место». Здесь уютно, у стены – шкаф с ячейками, у каждой номер – аккуратно разложены детали для ремонта телескопа. Посреди помещения какой-то странный ящик, оборудованный под стол. «Это не ящик, – поправляет Дмитрий. – Это фундамент, на котором оптика когда-то стояла». На столе-фундаменте – «Астрономический вестник» 1976 года, 55-й том. С портрета на стене на нас смотрит Владимир Евгеньевич Степанов, знаменитый директор СибИЗМИРа (прежнее название ИСЗФ. – Авт.). Эту обсерваторию основал он, он же своими руками помогал строить. Рядом – чёрно-белое фото Якова Зельдовича, легендарного советского физика, человека, в круг интересов которого входила и космология, и астрофизика.  

– Где же спектр? – кидаемся мы к экрану компьютера. И – разочарование. Никакой радуги – серые и чёрные полоски. 

– Цвет нас не интересует, нам интересна длина волны солнечного излучения, – терпеливо объясняет Дмитрий. – Мы видим спектральные линии. Что это такое? Вещество на Солнце либо даёт электромагнитное излучение, либо его поглощает. Любое излучение имеет длину волны. В спектре мы видим либо увеличение мощности излучения на какой-то длине волны, либо спад, поглощение. Образуются такие «полоски» – спектральные линии. И вот тут включаются два эффекта – Доплера и Зеемана. Первый все знают со школы. Когда машина с сиреной движется на вас, частота звука становится выше, так как длина волны «сокращается». Если машина удаляется, мы, наоборот, слышим звук более низкой частоты.  Эффект Доплера работает и для электромагнитных волн. Когда вещество Солнца движется от нас, длина волны увеличивается, когда к нам – уменьшается. Так мы можем измерить скорость движения вещества. Эффект Зеемана основан на том, что в присутствии внешнего магнитного поля энергия электронов в атомах или увеличивается, или уменьшается. Это очень хорошо видно в спектре по расщеплению «полосок», и учёные могут по величине этого расщепления определить магнитное поле. Таким образом в солнечных пятнах измеряются магнитные поля и скорость движения плазмы. 

Изучая волны, определяя их параметры, энергетические характеристики, учёные могут внести свой вклад в решение фундаментальной задачи – загадки нагрева солнечной короны. К концу 2012 года АСТ будет модернизирован. Сейчас в оптическом и инфракрасном диапазонах телескоп может работать только попеременно. А после модернизации учёные одновременно смогут наблюдать волны и в инфракрасном и видимом диапазоне. «Но для текущих задач солнечной физики уже нужен телескоп с диаметром зеркала не менее трёх метров», – говорит Дмитрий. Учёным нужно собрать данные о характеристиках волн для всей солнечной атмосферы. «Если мы сможем проследить, как идёт волна от самых нижних слоёв атмосферы до самых верхних, то это большой шаг к решению загадки нагрева короны», – говорит Дмитрий Колобов. 

Мы уезжаем домой, в машине один разговор – о Национальном гелиофизическом центре на базе ИСЗФ. «Жеребцов (Гелий Жеребцов, академик, бывший директор ИСЗФ. – Авт.) с Путиным встречался, тот обещал помочь», – говорят учёные. Для Дмитрия Колобова и его коллег тут прямой интерес. Если правительство даст денег, то рядом с АСТ начнёт строиться новый телескоп, один из лучших в мире, теперь уже с трёхметровым зеркалом. Когда приезжаем в Иркутск, звонок: «Приходите, Жеребцов готов встретиться, расскажет, что там с гелиофизическим центром».