Радиообсерватория ALMA

На севере Чили, в пустыне Атакама, неподалеку от оазиса Сан-Педро де Атакама расположено небольшое плато Чахнантор (Llano_de_Chajnantor). Именно здесь, на высоте 5058 метров, расположена радиообсерватория ALMA — Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Атакамская большая антенная решетка миллиметрового/субмиллиметрового диапазона). ALMA — самый дорогой и самый большой астрономический проект на Земле: его стоимость — полтора миллиарда долларов. И один из самых молодых: первый телескоп был доставлен в 2008 году, а первые наблюдения проведены в 2011-м.

Еще несколько десятков лет назад будущим астрономам в университете говорили, что субмиллиметровая астрономия на Земле невозможна, потому что в атмосфере содержится много водяного пара, который поглощает волны в этом диапазоне. Поэтому надо было ждать, когда телескопы смогут вывести на орбиту. Однако оказалось, что и на Земле есть места, где в атмосфере настолько мало водяного пара, что можно ставить субмиллимитровые телескопы. Так, в 1980-х годах в Чили в обсерватории Ла-Силья появился совместный проект Швеции и ESO — 15-метровый субмиллиметровый SEST (см. Телескоп SEST). Высота 2400 метров уже гарантирует отсутствие большей части водяного пара, остальное добавляет засушливый климат Чили.

Однако позже стало понятно, что есть в Чили место, где водяного пара в атмосфере еще меньше, а климат еще суше — это плато Чахнантор. Однако расположено оно вдвое выше, что добавляло трудности для транспортировки оборудования. И тем не менее было решено построить здесь обсерваторию — так появилась идея проекта ALMA. Основное финансирование осуществляли три равноправных коллаборатора: ESO, Национальная радиоастрономическая обсерватория США (NRAO) и Национальная астрономическая обсерватория Японии (NAOJ). Сначала страны-участницы построили тестовый 12-метровый субмиллиметровый телескоп APEX — Atacama Pathfinder Experiment, — который был призван отработать все необходимые технологии. Он стоит чуть выше ALMA — на высоте 5100 метров.

Экспериментальный телескоп APEX. Фото © Алексей Паевский

Антенна APEX заработала в 2004 году, ее успешное тестирование позволило приступить к постройке антенн ALMA. В проекте ALMA антенн уже много: 54 тарелки диаметром 12 метров и 12 тарелок диаметром 7 метров. Центр технической поддержки (Operations Support Facility, OSF) — место, где работают, а с недавних пор и живут астрономы, — построили в 30 километрах от плато, на высоте 3000 км. На самом плато все-таки мало кислорода, и человек может отправиться туда только после медосмотра в OSF.

Для постройки ALMA в фирме Scheuerle Fahrzeugfabrik сконструировали два 28-колесных монстра-тягача, которых назвали в честь детей конструктора — Отто и Лора. Именно они поднимали антенны на пятикилометровую высоту.

Тягач Отто. Фото © Y. Beletsky с сайта eso.org

Однако и после того, как всё оборудование было поднято, эти транспортные средства остаются постоянно при деле. Дело в том, что ALMA — это интерферометр, то есть можно наблюдать как на отдельных тарелках, так и на всех сразу.

Наблюдение на одной из антенн ALMA. Фото © Алексей Паевский

В случае наблюдения на нескольких тарелках сигнал «синтезируется», превращая несколько антенн в одну. При радиоинтерферометрии разрешающая способность системы зависит от базы — расстояния между интерферирующими антеннами. Так вот, в зависимости от условий наблюдения, антенны ALMA могут как собираться вместе на пятачке диаметром в 150 метров, так и разноситься на расстояние до 16 километров. В роли разносчиков и выступают тягачи.

Почти все антенны ALMA вместе. Фото © Алексей Паевский

Кроме антенн на плато есть и еще одна достопримечательность — здание коррелятора. Это второе по высокогорности нежилое рабочее здание мира, и здесь постоянно работают люди.

Вид из здания коррелятора. Фото © Алексей Паевский

В здании расположен суперкомпьютер — коррелятор, — который перерабатывает гигабайты поступающей от антенн информации и передает ее вниз на 3000 метров, в операционный центр.

Специализированный коррелятор ALMA, способный выполнять до 17 квадриллионов операций в секунду, объединяет все 66 антенн в единый радиоинтерферометр. Фото © Алексея Паевского

Полноценно обсерватория ALMA заработала совсем недавно, с марта 2013 года, и сразу же начала отрабатывать вложенные в нее ресурсы. Обсерватория «видит» холодный космос, протопланетные диски, космическую пыль и даже далекие объекты Солнечной системы. За время работы обсерватории уже было сделано немало открытий — от (предположительно) нового загадочного объекта на самом краю Солнечной системы до необычных протопланетных спиралей (см. Космическая спираль). Кроме этого, удалось в деталях рассмотреть «фабрику космической пыли», заработавшую после вспышки сверхновой SN 1987A в Большом Магеллановом облаке. Пыль образуется по мере остывания газа после взрыва за счет связывания атомов кислорода, углерода и кремния в холодных частях остатка.

Вверху — остаток сверхновой SN 1987A, наложение снимков в разных диапазонах спектра. Данные ALMA (радиодиапазон, красный цвет) показывают вновь образовавшуюся пыль в центре остатка. Данные телескопов «Хаббл» (видимый диапазон, зеленый цвет) и «Чандра» (рентгеновский диапазон, синий цвет) показывают распространение ударной волны. Фото с сайта almaobservatory.org

Ну а только что из Чили пришло важное известие: интерферометр ALMA подключился к еще более глобальной радиоинтерферометрической сети — Event Horizon Telescope (EHT), — которая начала наблюдения сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики. Участники этого проекта объединили в единую сеть сразу восемь радиотелескопов по всей Земле, превратив их в устройство, эквивалентное радиотелескопу диаметром с Землю (более 12 000 километров).

В проекте задействована 61 из 66 антенн ALMA, и для того, чтобы не просто собрать их воедино, а скоррелировать с другими телескопами проекта, специалистам из Массачусетского технологического института (MIT) пришлось не только написать новое программное обеспечение для коррелятора ALMA, но и поставить туда несколько «железок», в том числе и специальное записывающее устройство на основе мазера, которое будет записывать данные со скоростью 8 гигабит в секунду. Наблюдения радиоисточника Стрелец А (этот радиоисточник находится в созвездии Стрельца и с ним ассоциируют центр нашей Галактики) на длине волны 3 миллиметра продлятся до 15 апреля.

Фото © Алексей Паевский.

Алексей Паевский