Чем глубже стараются ученые проникнуть в тайны элементарных частиц или космоса, тем более громоздкие приборы им требуются. Размеры современных ускорителей измеряются десятками километров, а установки, работающие на них, похожи на многоэтажные дома, начиненные сложнейшей электроникой. Но астрономы идут еще дальше: они хотят создать радиотелескоп размером с Землю, а то и больше.
Чем крупнее радиотелескоп, тем детальнее будет картина, которую он "разглядит" в небесах. Стометровая тарелка различает в два раза более мелкие детали, чем пятидесятиметровая. Казалось бы: хочешь видеть лучше, строй телескоп больше. Проблема в том, что отражатель крупнее ста метров построить трудно: он не выдерживает собственного веса и деформируется, что совершенно недопустимо. Поэтому астрономы предложили делать телескопы из кусочков.
Вначале антенны такого составного телескопа удавалось удалить друг от друга не дальше нескольких километров. Дальнейшее увеличение базы наталкивалось на трудности с синхронизацией сигналов от отдельных его "кусочков".
В 1963 году российские радиоастрономы Л. Матвеенко, Н. Карташов и Г. Шоломицкий предложили метод, позволяющий разнести приемные антенны на любое, сколь угодно большое расстояние (см. "Наука и жизнь" № 10, 1973 г.; № 8, 1978 г.). Разрешающая способность радиотелескопа при этом возрастает неограниченно. Метод получил название VLBI - Very Long Base Interferometry - интерферометрия с очень длинной базой.
Представьте себе, что телескоп поделили на много кусочков, из которых оставили только два, но сделали их подвижными. В целом телескопе все сигналы приходят и складываются одновременно, а в "лоскутном" - последовательно, после перемещения кусочков в новое положение. Процесс складывания информации от кусочков называется апертурным синтезом.
На самом деле астрономы суммируют картинки, полученные от "лоскутков-телескопов", разбросанных по всей Земле. Чем их больше, тем четче получается изображение. Исследователям помогает вращение Земли, которая постоянно перемещает наземные телескопы в новое положение.
Дальше наступает важный момент: все данные надо собрать в одно место, очень точно синхронизировать и сложить. Для каждого кусочка информации надо знать момент наблюдения, иначе говоря, положение Земли и направление на исследуемый объект. Так астрономы получают в свое распоряжение телескоп размером с Землю. Конечно, качество изображения уступает тому, что давал бы настоящий телескоп, но не очень сильно.
Следующим шагом стал космический радиотелескоп, работающий вместе с наземной сетью. Его вывели на околоземную орбиту японские астрофизики.
До сих пор японские исследователи не слишком активно участвовали в астрономических исследованиях. Доминировали Северная Америка, Европа и Австралия. Теперь японцы резко выходят на лидирующие позиции: в феврале 1997 года их ракета M-V вывела на орбиту восьмиметровую параболическую антенну. Она будет двигаться на высоте от тысячи до девятнадцати тысяч километров над поверхностью Земли.
Однако поднять на орбиту телескоп такого размера очень сложно. Японцам пришлось придумать нечто удивительно красивое: антенну-сеточку. Струны из толстых кевларовых нитей были растянуты между шестью опорами, расположенными, как лучи морской звезды. На них сверху натягивалась сама сеточка-телескоп из молибденовых нитей с золотым покрытием.
Это уникальное сооружение было создано компанией "Мицубиси". Весит оно 226 килограммов, а форму сохраняет совершенно жестко: ни одна из точек сети не может отклоняться от идеальной параболической формы более чем на полмиллиметра. Но самое главное достижение - антенну удалось упаковать в двухметровый контейнер, который можно погрузить в ракету и вывести на орбиту. Более всего руководителя проекта Хисаши Хирабаши волновало, как все это великолепие будет раскрываться в космосе: "Похоже на состояние, которое испытываешь, ожидая ребенка: надеешься, что все будет хорошо, но очень волнуешься".
Раскрывшись, антенна начала передавать 130 мегабайт информации в секунду на пять наземных станций: в Японии, Западной Вирджинии (США), центре НАСА в Калифорнии, в Австралии и Испании. Каждая из приемных станций снабжена одиннадцатиметровой антенной, разработанной в НАСА. Все участники проекта подчеркивают, что он в принципе был бы невозможен без глобального международного сотрудничества. В проекте участвуют радиотелескопы пятнадцати стран: десять американских, двенадцать - расположенных от Англии до Китая и еще столько же - от Австралии до Африки в Южном полушарии. Информация записывается на магнитные ленты и поступает в два места: в японский исследовательский центр Митака в пригороде Токио и в штате Нью-Мексико, где она обрабатывается и согласуется с данными, полученными наземными телескопами. Для синхронизации данных наземные станции уже после приема записывают на каждую ленту метки времени от сверхточного генератора - водородного мазера.
После запуска японского спутника начался интенсивный период тестов, проверки работы электронной аппаратуры в космических условиях и согласования информации. И только в мае исследователи приступили к научным изысканиям.
Подобная система уже опробована в США для синхронизации сигналов от космического телескопа "Хаббл" с наземными телескопами. Она имела гораздо меньше элементов и не очень большое разрешение, но позволила определить размеры некоторых квазаров - самых мощных космических радиоизлучателей. "Мы убедились, что подобная синхронизация возможна, и от новой попытки вместе с японским небесным телескопом можно ждать удивительных открытий, - считает А. Ценсус, сотрудник НАСА. - По нашим оценкам, чувствительность новой системы такова, что мы сможем различить отпечатки следов космонавтов на поверхности Луны" (см. "Наука и жизнь" № 6, 1978 г.). Это в три раза выше существующей точности измерений.
Современная VLBI-система включает в себя десять двадцатипятиметровых телескопов на поверхности Земли. Она заработала в 1993 году и уже принесла немало открытий. Одно из самых интересных - быстро вращающееся кольцо газа, обнаруженное в центре галактики NGC 4258. По колоссальной скорости вращения удалось установить, что в центре галактики расположен компактный объект массой в тридцать шесть миллионов солнц. Большинство астрономов считают, что это убедительное свидетельство существования "черной дыры" - одного из тех загадочных сверхплотных объектов, которые давно предсказаны теорией. Их гравитационное притяжение так
велико, что даже лучи света не могут покидать пределы этих монстров - отсюда и название. После находки в галактике NGC 4258 возникло предположение, что в центре большинства квазаров и активных галактик находятся черные дыры.
Черные дыры с огромной силой втягивают в себя всю окружающую материю, и обычно вокруг них вращается диск из вещества, постепенно падающий на центр. Кроме того, астрономам известно, что из черных дыр наружу бьют фантастической силы струи разогретого газа, простирающиеся на тысячи световых лет. Никто не понимает механизма выброса и ускорения вещества до таких скоростей, но с помощью VLBI уже удалось разглядеть начальные участки этих струй.
Оказалось, что они напоминают штопор. Это означает, что вокруг черной дыры действуют фантастической силы магнитные поля - только они и могут закрутить траекторию заряженных частиц таким образом. Чтобы убедиться в правильности гипотезы, надо проследить за движением струй как можно ближе к черной дыре - это и будет одной из главных задач новой системы. Именно стремление поподробней рассмотреть, что происходит вокруг черных дыр и в центрах активных галактик, служит главной движущей силой создания космической VLBI. У нее, кстати, теперь есть собственное название VSOP - VLBI Space Observation Programme.
Чтобы оценить разрешающую силу VSOP - один пример: она смогла бы разглядеть из Лос-Анджелеса рисовое зернышко в Токио. Японские астрономы уже планируют следующие шаги по расширению VSOP. Не отстают и американцы. НАСА разрабатывает проект двадцатипятиметрового зеркала на основе прочного пластика - майлара. Четырнадцатиметровое зеркало было испытано в мае 1996 года во время одного из полетов американского космического челнока "Шаттл". В этом проекте планируют принять участие страны Европы и Россия, но пока он остается только проектом, потому что денег на него не выделено и даже орбита его не выбрана. Финансирование будет зависеть от успешности работы VSOP. Так что до подробного разглядывания черных дыр пока далеко.
Более близкие планы у России: в 1998 году планируется запуск десятиметровой пятитонной тарелки. Орбита ее будет очень вытянута, телескоп станет отходить от Земли на 77 тысяч километров, что должно в три раза повысить разрешение VSOP. У наших соотечественников есть и более глобальные идеи. Н. Кардашев из Физического института Академии наук имени П. Н. Лебедева разрабатывает проект, когда тарелки телескопов будут запущены на орбиты в миллион километров от Земли. Такой радиотелескоп окажется уже в сто раз больше Земли. "Это будет нечто удивительное, - считает А. Ценсус. - Вот тогда мы доберемся до того, что упрятано в центрах квазаров".
