Эмили Левеск
Обращенные к звездам. Прошлое, настоящее и будущее астрономии
Нечего было и думать о том, чтобы согреть весь купол, но можно было согреть астрономов. Несколько обсерваторий закупили летные костюмы с электрическим подогревом, многие из которых остались еще со времен Второй мировой войны. Это было отличное решение с одним недостатком – их необходимо было куда-то подключать. Костюмы были рассчитаны на 12 вольт постоянного тока, как от автомобильного аккумулятора, в то время как стандартные розетки в Соединенных Штатах выдают 120 вольт переменного тока. Как минимум один наблюдатель случайно подключил себя к обычной розетке, некоторое время спустя почувствовал странный запах и обнаружил, что летный костюм на нем тлеет.
Даже летные костюмы не могли решить все проблемы. Наблюдатели надевали самые теплые перчатки, какие только могли найти, но к концу ночи у них все равно немели пальцы. За долгие часы управления телескопом слезы примерзали к окуляру. Говард Бонд запомнил особенно холодную зимнюю ночь на Китт-Пик – при температуре –7 °C ветер достигал 17 метров в секунду, причем врывался прямо в купол и свистел в клетке основного фокуса. Телескоп поворачивался все неохотнее, пока в конце концов не остановился. Говард позвал ассистента, и они обнаружили, что смазка на механизмах телескопа застыла на холоде и затвердела, как жвачка, так что телескоп примерз к месту, а значит, с наблюдениями на эту ночь было покончено. Несмотря на то что небо было замечательно чистым и оставалось еще несколько часов, за которые можно было собрать еще массу данных, Говард признается, что его первой мыслью было: «Слава Богу!»
Если не возникало никаких технических неполадок, наблюдатели были привязаны к телескопу до тех пор, пока не закончится либо съемка, либо ночь. Фотопластинки давали поистине замечательные изображения, но даже после обработки нашатырным спиртом или водородом они были гораздо менее чувствительными, чем современные приборы. Иногда, чтобы получить хорошее изображение, экспонировать пластину требовалось несколько часов или даже суток. В последнем случае наблюдатель загружал пластину, наводил на объект, центрировал телескоп, открывал затвор камеры, старательно отслеживал объект в течение всей ночи, закрывал затвор, а затем отправлялся на дневной сон, причем пластина оставалась закрепленной в камере. На следующую ночь он возвращался, снова центрировал телескоп, открывал затвор, чтобы снимать на ту же пластину, и продолжал наблюдение.
Зеркало 200-дюймового телескопа Хейла в оптическом цехе Калифорнийского технологического института в Пасадине (Пол Калверт, 1945). Зеркало перевезли в Паломарскую обсерваторию в 1947-м, телескоп начал работать в 1949 году (© Wikimedia Commons)
Такую пластину однажды вечером использовал астроном, которого мы назовем Эрл. Он был тихим и спокойным до такой степени, что некоторые коллеги считали его чуть ли не асоциальным: если он сидел за столом, обед перед наблюдением проходил в тишине, а с ночными ассистентами он разговаривал исключительно по делу. И вот однажды вечером Эрл устроился в главном фокусе трехметрового телескопа в обсерватории Лик, аккуратно (и молча) направляя телескоп, пока велась последняя из серии съемок на одну и ту же пластину. В середине ночи ассистент Эрла зашел в купол, возможно, чтобы проведать молчаливого наблюдателя. Переступив порог, он зацепился карманом пальто за выключатель освещения в куполе. Вспыхнул свет и залил телескоп… и уничтожил изображение на пластине.
В ответ из клетки раздался яростный вопль. Эрл решительно нарушил молчание и принялся осыпать помощника проклятиями, грозясь убить его и разорвать на куски. В неистовстве он начал поворачивать телескоп, чтобы переместить клетку в главном фокусе к лифту, установленному сбоку вращающегося купола, – очевидно, собираясь спуститься и привести угрозы в исполнение.
Это заставило остолбеневшего ночного помощника действовать. Насколько он мог судить, взбешенный астроном, медленно вращающийся над ним, и в самом деле был готов его убить. На его счастье, наблюдатель из клетки мог управлять только телескопом, а пульт управления куполом находился внизу, в распоряжении ассистента, и пока Эрл приближался к лифту, помощник привел купол в движение, уводя лифт от клетки. Эта невероятная замедленная погоня по кругу продолжалась около получаса; Эрл продолжал кричать, а ассистент настаивал, что не даст астроному спуститься, пока тот не будет в менее кровожадном настроении. Другие астрономы, работавшие в обсерватории, должно быть, очень удивились, внезапно увидев, что самый большой телескоп на горе вращается, а купол открыт и сверкает огнями.
Даже когда никто никого не пытается убить, работа в темноте при постоянном недосыпе бывает чревата опасностью. Джордж Престон однажды ночью вел наблюдение на 100-дюймовом телескопе обсерватории Маунт-Уилсон, используя другое наблюдательное сооружение, известное как ньютоновская клетка. Плоское зеркало, которое можно было наклонять, чтобы направлять свет из боковой поверхности телескопа, располагалось не непосредственно над главным фокусом, а сбоку от него и было обращено в клетку; клетка прикреплялась к боковой части телескопа, и в ней можно было установить любую камеру по желанию наблюдателя. Изменяя наклон зеркала и положение ньютоновской клетки, можно было организовать работу таким образом, чтобы наблюдатель, сидя или стоя на платформе, подвешенной высоко на стенке купола, мог вести наблюдение в рабочей части ньютоновской клетки, загружать пластины и смотреть в окуляр, направляя телескоп во время съемки. Саму платформу можно было поднимать, опускать, выдвигать и убирать, так чтобы наблюдатель находился в удобном положении при смене направлений телескопа.
Тем не менее лучше всего эта система работала, когда клетку размещали с учетом положения телескопа. Джордж расположил клетку так, чтобы ему было удобно наблюдать за большинством нужных ему звезд, но он согласился добавить еще одну звезду в свою программу в качестве одолжения коллеге. Для этой звезды, как оказалось, требовалась съемка на пластину в течение нескольких часов, к тому же звезда находилась в немного другой части неба, почти у него над головой.
Джордж, к тому времени уже опытный наблюдатель, начал фотосъемку и сообщил своему ночному помощнику, что тот может на несколько часов сходить домой: телескоп останется нацеленным в одном направлении, купол будет двигаться медленно, так что помощник понадобится только тогда, когда придет время перейти к следующей звезде. Оставшись один в куполе, с загруженной пластиной и открытым затвором, Джордж вошел в обычный ритм наблюдений в ньютоновской клетке: посмотрел в окуляр, юстировал телескоп, отошел, подождал, снова посмотрел в окуляр, опять юстировал телескоп и так далее.
Когда телескоп медленно качнулся вверх, отклоняясь от стены купола, где была установлена платформа, Джордж начал поднимать и выдвигать платформу, чтобы окуляр оставался в пределах досягаемости. Но чем дальше, тем труднее было сохранять эту досягаемость. В конце концов платформа оказалась выдвинута до предела, и Джорджу пришлось опираться одной рукой на телескоп (его веса, конечно, было недостаточно, чтобы сдвинуть стотонного гиганта), чтобы дотянуться до окуляра. Еще через несколько минут ему для этого уже нужно было опираться на телескоп всем телом, а затем отталкиваться от него, чтобы вернуться на платформу.
Телескоп медленно поднимался все выше и выше; съемка продолжалась, звезда двигалась к зениту, точке в небе, которая находится прямо над головой, и уносил с собой ньютоновскую клетку, отклоняясь все дальше от наблюдательной платформы. Чтобы дотянуться до окуляра, Джордж теперь опирался на обе руки и ставил одну ногу на небольшой фланец в основании клетки, который служил для ее закрепления на опорных стойках телескопа. Все шло хорошо, пока Джордж, в очередной раз потянувшись к окуляру, не посмотрел вниз и не понял вдруг, что стоит враскоряку между клеткой и платформой метрах в пятнадцати над бетонным полом купола.
Он уже держался за клетку руками и стоял в ней одной ногой, так что инстинктивно шагнул вперед и поставил обе ноги на фланец вместо того, чтобы вернуться назад на платформу. И замер в этом положении – один в темном куполе, вцепившись в ньютоновскую клетку, как испуганная коала.
Его первой мыслью было: «Нельзя, чтобы помощник вернулся и нашел меня в таком положении». Дальше он с ужасом осознал, насколько высоко находится. После нескольких долгих мучительных секунд он смог отпустить бок телескопа и прыгнул обратно на платформу (до нее было всего полметра, но, честно говоря, это были очень рискованные полметра), спасая свою шею и репутацию.
Конструкция многих из этих телескопов явно не предполагала какие-либо удобства для самих астрономов. Телескопы, конечно, имели тщательно отполированные зеркала и современное оборудование для получения изображений, но вот что касалось наблюдателей… тут технические решения часто были в духе «ну, можно посидеть на этом ящике, балансирующем на шаткой доске». Астрономы, которые кропотливо готовили пластины и нянчились с драгоценным телескопом, который будет собирать для них данные, сами устраивались на высоте над телескопом, или на холодном бетонном полу, или на платформе в фокусе телескопа Кассегрена. Последнее наиболее знакомо нынешним пользователям домашних телескопов: в нем свет отражается от основного зеркала к изогнутому вторичному зеркалу, которое отражает его обратно через отверстие в основном зеркале, чтобы сфокусировать изображение вблизи основания телескопа, где устанавливается окуляр или камера. Но даже в этом случае наблюдателю приходилось отрываться от земли, когда речь шла о больших телескопах: в фокус телескопа Кассегрена зачастую нужно было добираться на шатких платформах, которые поднимали и опускали, чтобы наблюдатель оставался на одном уровне с фокусом при смене положения телескопа. Платформу на 100-дюймовом телескопе Маунт-Уилсон прозвали «трамплином»; ее поднимали и опускали с помощью цепной передачи, которая иногда срывалась и роняла «трамплин» вместе с наблюдателем на несколько метров вниз. Считалось, что такая неполадка случается редко; на самом деле это происходило достаточно часто, чтобы такой полет получил прозвище «покатушки». Эрика Эллингсон вспоминала, как однажды на платформе телескопа Кассегрена поставили офисное кресло на колесиках. Это удобное сиденье внезапно стало менее удобным, когда в процессе управления телескопом стало отъезжать все ближе к краю, а в конце концов скатилось и рухнуло с пятиметровой высоты. (К счастью, у Эрики хватило быстроты реакции, чтобы вскочить с кресла, как только первое колесико вылетело за край.)
Даже когда место астронома находилось на уровне земли, процесс наблюдения не был идеальным. Холод бетонного пола зимой пробирал до костей, а свобода передвижения приводила к тому, что астроном иногда срывался с места, забыв, что на нем включенный в сеть летный костюм. Иногда к окуляру нужно было подниматься по приставной лестнице, и есть немало историй о том, как в прошлом астрономы падали с лестницы либо вместе с ней. Джойс вспоминал, как однажды лез к окуляру по четырехметровой приставной лестнице и осторожно держался только за перекладины – опереться на телескоп или даже дотронуться до него было никак нельзя, потому что телескоп был маленький и из-за этого сдвинулся бы с заданной позиции. Однажды в холодный сухой вечер он поднялся по металлической лестнице, наклонился вперед, чтобы посмотреть в окуляр, и тут его на мгновение в буквальном смысле ослепила боль: маленький электрический разряд перескочил с телескопа (заземленного) прямо в его глаз (незаземленный). Вспоминая тот случай, он больше всего удивлялся тому, что удержался на лестнице, когда отпрянул от электромагнитной атаки.
Оглядываясь назад на все это, можно подумать, что у астрономов той эпохи остались о таких наблюдениях только печальные воспоминания. Действительно, никто не горюет о промерзших куполах, канители со стеклянными пластинами, ручном наведении телескопа и об электрических ударах в глаза. И тем не менее почти каждый, кому приходилось вести наблюдения в таких условиях, говорит, что с этими временами связаны самые яркие воспоминания.
Как только вы привыкнете к высоте, холоду и необходимости контролировать мочевой пузырь, наблюдение под куполом с помощью телескопа может стать удивительно приятным, даже романтичным занятием. Наблюдатели часто включали музыку, пока часами смотрели в окуляр и меняли пластины. Элизабет Гриффин вспоминала, как летней ночью в обсерватории Верхнего Прованса на юге Франции прогуливалась между четырнадцатью куполами обсерватории, наслаждалась чистым полуночным воздухом и слушала, как из каждого купола доносится своя музыка, изредка прерываемая криками «C’est finis! Allez!» («Закончил! Порядок!»), когда наблюдатели завершали съемки и сообщали об этом ночным помощникам. Фоном для всего этого были темная прохладная ночь, тихий гул при передвижении телескопов и звездное небо над головой.
Кропотливая работа внутри купола резко контрастировала с повседневной жизнью наблюдателей в обсерватории в свободное от телескопа время.
Высокогорные обсерватории должны были обеспечивать астрономам кров и еду, поскольку до других вариантов, как правило, нужно было несколько часов ехать на машине. Ученые иногда оставались на горе неделями, когда выполняли длительные программы наблюдений, да и тем, кто приезжал ненадолго, тоже нужно было где-то отдыхать между ночными сеансами. Поэтому при обсерваториях обустраивали общежития с минимальными, но все же удобствами.
Общежития в Маунт-Уилсоне и Паломаре сразу прозвали «монастырем», и не случайно: в обеих обсерваториях вплоть до середины 1960-х годов женщинам официально запрещалось останавливаться в общежитиях и работать в качестве ведущих наблюдателей. На самом деле, конечно, женщины-астрономы того времени с самого начала добивались доступа к телескопам, пусть и неофициального. В конце 1940-х годов Барбара Черри Шварцшильд вела наблюдения вместе со своим мужем Мартином и брала на себя основную часть технических задач: она проявляла пластины, управляла телескопом и даже в нарушение всех правил безопасности вела наблюдения в полном одиночестве, пока остальные уходили на «ночной ланч» в «монастырь», поскольку ей не разрешалось присутствовать в общежитии. Другие выдающиеся астрономы, в том числе Маргарет Бербидж, Вера Рубин, Энн Босгаард и Элизабет Гриффин, хотя и не могли ночевать в общежитии, но работали в этих обсерваториях задолго до того, как женщинам стали «официально» выделять телескопное время.
Ужин в обоих «монастырях» проходил строго по заведенному порядку. Ведущему наблюдателю на самом большом – а следовательно, самом престижном – телескопе отводилось почетное место во главе стола, наблюдатель на следующем по величине телескопе садился рядом с ним, и так далее. Как только все сходились, иногда даже принарядившись к ужину, наблюдатель во главе стола звонил в колокольчик, и повар выносил первое блюдо. Последующие блюда также выносили по звонку, пока все собравшиеся не вкусят вполне цивилизованный ужин на вершине горы у черта на куличках. (В обсерватории Маунт-Уилсон фоном этого ритуала нередко служило нижнее белье некоторых наблюдателей, спешно выстиранное между периодами долгих наблюдений и развешанное для просушки на перилах крыльца.) Как только завершался этот обеденный ритуал с рассаживанием по чинам и торжественным выносом блюд, наблюдатели расходились по своим телескопам: забираться в клетки, резать руки о стеклянные пластины, часами дрожать в старых летных костюмах и мочиться в термосы.
В те времена астрономы часто делали часовой перерыв посреди ночи, чтобы снова собраться в общежитии – на ночной ланч. Этот специально отведенный час давал возможность наблюдателям размять ноги, сравнить свои наблюдения и вообще сделать передышку. В Паломаре легендарный астроном Мартен Шмидт в перерыв играл со своим ночным помощником в бильярд. В то время он проводил у телескопа более двадцати ночей в год. Один молодой исследователь прикинул, что эти часовые перерывы в общей сложности составляют более двадцати часов съемок, или три ночи темноты, и ворчал, что это время можно было бы уступить молодым, подающим надежды астрономам, если бы Мартен не тратил его на отдых. Другой астроном, Франсуа Швайцер, позже утверждал, что именно потому, что Шмидт делал перерывы на отдых и размышления, а не бросался, закончив съемку, сразу начинать новую, ему удалось совершить величайшее открытие – обнаружить квазары (невероятно яркие галактики, которые выделяют огромное количество энергии благодаря черным дырам в их центре, обладающим большей массой, чем миллиард солнц). Признаюсь, я здесь на стороне молодого астронома: размышлять о тайнах Вселенной бесценно, но это необязательно делать посреди ясной ночи, подходящей для наблюдений, и трудно не задаться вопросом, какие открытия мог бы в это время сделать другой, полный энтузиазма наблюдатель, если бы телескоп не дожидался, пока астроном доиграет партию в бильярд.
Впрочем, в других обсерваториях довольно быстро сложилась практика брать ночной ланч с собой на телескоп и есть не отвлекаясь от работы. Некоторым наблюдателям и так была не по душе сама идея ночного перерыва: к чему тратить зря хорошую ясную ночь, когда можно было бы получать данные. Научный руководитель Джорджа Престона Джордж Хербиг (внимательный читатель заметит, что это уже четвертый Джордж в данной главе: Валлерстайн, Хейл, Престон и Хербиг) одним из первых высказывал точку зрения, что нельзя терять ни секунды темноты и потенциального времени наблюдения. Отсюда пошло требование к приезжающим в обсерваторию астрономам заранее учиться работать с телескопом и тщательно продумывать план ночного наблюдения. В конце концов, бездействующий телескоп означает впустую пролетевшие фотоны и упущенный шанс взглянуть на Вселенную чуть дольше.
Наблюдать по старинке – замачивать фотопластинки, карабкаться в телескоп и мерзнуть долгими ночами ради фотонов с другого края Вселенной – было увлекательно и романтично, но еще и физически утомительно и долго. Лучшие наблюдатели прекрасно умели пользоваться технологиями своего времени, но постоянно искали возможности для их совершенствования.
Крупная перемена произошла в 1970-х годах с появлением приборов с зарядовой связью (ПЗС). Их кремниевые чипы были гораздо чувствительнее к свету, чем фотопластинки, и улавливали гораздо больше деталей, поскольку преобразовывали получаемый свет в цифровой сигнал. Это также означало огромные изменения в области хранения данных. Теперь не приходилось ограничиваться одной стеклянной пластинкой – цифровые данные можно было просто сохранять на ленте, диске или сервере и копировать по мере необходимости. Так что астроном получал к ним доступ сразу, как только садился за компьютер.
ПЗС-чипы наряду с другими нововведениями сразу сделали электронику неотъемлемой частью жизни телескопов. Это, в свою очередь, означало, что астрономам больше не нужно было во время наблюдений сидеть рядом с камерой – теперь они могли управлять телескопом и съемкой из другого места. «Другим местом» быстро стало маленькое помещение, примыкающее к куполу, с компьютерами, светом и, к счастью, теплом. По мере того как компьютеры медленно, но верно захватывали обсерватории, астрономы все больше времени проводили в теплой комнате и все меньше бегали туда-сюда по куполу. Сегодня почти никто не заходит в купол во время наблюдений. Иногда быструю проверку проводит оператор телескопа (современный эквивалент ночного помощника, который обычно знает все тонкости телескопа лучше, чем любой астроном), но телескоп в основном остается один в открытом куполе, получая команды из другого помещения и отправляя туда же собранные данные.
По мере развития технологии наблюдений телескопы многократно увеличились в размерах. 200-дюймовый телескоп Паломарской обсерватории почти тридцать лет удерживал рекорд по диаметру среди телескопов, но в 1975 году его опередил советский шестиметровый (правда, со сложной судьбой), а затем окончательно сверг с первого места в 1993 году первый из двух десятиметровых телескопов, которые строились на вершине Мауна-Кеа на Гавайях. С тех пор телескопы диаметром больше шести метров появились на нескольких первоклассных астрономических объектах во всем мире, в таких местах, как Аризона, Гавайи и Чили. Эти новые телескопы обладают впечатляющими возможностями, позволяя видеть более тусклые и удаленные объекты, чем когда-либо прежде, и открывать новые уголки Вселенной, но их основной недостаток в том, что их мало.
Борьба за время на телескопах стало жестко конкурентной, и наблюдатель, которому посчастливилось получить его, уже не будет делать перерыв на бильярд. Куда вероятнее, что свой ночной сэндвич он будет торопливо жевать, не отрываясь от компьютера, чтобы выгадать хоть несколько минут. Принцип Джорджа Хербига, согласно которому ни одна секунда времени при ясном небе и открытом телескопе не должна быть потрачена зря, стал общепринятым, и теперь каждая секунда, проведенная у телескопа, воспринимается как неповторимая драгоценность.
Можно было бы легко представить, что старая гвардия астрономов не захочет расставаться с привычными аналоговыми технологиями и примет все новое в штыки. Однако все четыре Джорджа – Хейл, Хербиг, Престон и Валлерстайн – и большинство их современников, преданных науке, встретили новые технологии с энтузиазмом и радостно променяли лизание фотопластинок и сидение в клетках в главном фокусе на работу за компьютером в теплой комнате. Даже скептики, как правило, быстро обращались в новую веру, когда сталкивались с очевидными преимуществами ПЗС, автоматического управления и возможностью мгновенно работать с данными, по одной простой и неоспоримой причине: это было в интересах науки.
Сегодня вряд ли кто-то сожалеет о том, что остались в прошлом неудобные и трудно поддающиеся научной обработке фотопластинки, необходимость часами мерзнуть в холодном куполе и общежития, куда запрещен вход женщинам. Напротив, все сходятся на том, что развитие способов наблюдения уже пошло на пользу астрономии, а ведь эта область продолжает с головокружительной скоростью развиваться прямо у нас на глазах. Правда, есть одна особенность наблюдения в прямом фокусе, с которой было грустно расставаться.
Наблюдатели, работающие в клетке в прямом фокусе, в буквальном смысле находятся в фокусе телескопа – в точке, где собранный свет с неба сфокусирован, давая идеальное отраженное изображение, увеличенное и чистое, готовое к записи любым доступным прибором. Сегодня этим прибором обычно является ПЗС-матрица, до нее – фотопластинка, но иногда таким прибором был человеческий глаз.
Аби Саха вспоминает один вечер у 60-дюймового телескопа Паломара: он немного опоздал и уже после захода солнца забрался на вершину телескопа, чтобы снять механическую крышку, защищавшую зеркало телескопа в течение дня. Купол был уже открыт, и ночное небо темнело у него за спиной, когда он снял крышку. Аби посмотрел внутрь телескопа, прямо на основное зеркало, и внезапно оказался лицом к лицу с роем огоньков, парящих прямо перед ним. Это были очень яркие крошечные точки, и пока он на них смотрел, то заметил, что они движутся все вместе в одном направлении, медленно проплывая у него перед глазами.
Через мгновение Аби понял, что видит звезды, которые находятся у него прямо за спиной. Их свет отражался 60-дюймовым объективом, фокусировался в точке непосредственно перед его глазами и постепенно смещался вместе с вращением планеты. Ричард Престон описывает подобный опыт в книге «Первый свет: в поисках края Вселенной», рассказывая о визите в главный фокус 200-дюймового Паломара: «Казалось, что, просто протянув руку, можно поймать пригоршню звезд»[2].
Возможно, больше не будет необходимости помещать в главный фокус человеческий глаз. Когда его место занимают суперсовременные технологии, наука от этого только выигрывает и в качестве результатов, и в скорости их достижения, и финансово, и в каком-то смысле эстетически. Похоже, что эпоха сидения в клетке главного фокуса, когда можно было, как по волшебству, увидеть прямо у себя перед глазами все необъятное звездное небо, окончательно осталась в прошлом. (Во время работы над этой книгой я пыталась найти обсерваторию, которая пускала бы наблюдателей в клетку основного фокуса по ночам, поскольку хотела испытать это на себе, но безрезультатно.) Но пусть эта эпоха и ушла навсегда, держаться за телескоп и наблюдать за звездами, до которых как будто буквально рукой подать, – это одно из самых замечательных ощущений, какие только можно себе представить, и увлекательная страница истории.