Мы держим курс в сторону Солнца

О своём посещении Байкальской астрофизической обсерватории в Листвянке, где расположен Большой солнечный вакуумный телескоп, рассказывает Наталия Лескова.

Труба для фотонов

Строили её на берегу Байкала не случайно: здесь наблюдается уникальный астроклимат за счёт локального антициклона и образования нисходящих потоков воздуха из-за холодной поверхности озера. Над Листвянкой, на горе возвышается главный астрофизический объект обсерватории — Большой солнечный вакуумный телескоп, и если вы преодолеете сначала путь в гору, а потом 90 крутых ступенек подъёма на телескоп, то вашему взору откроется не только сложная оптическая техника, но и невероятной красоты байкальские пейзажи.

Большой солнечный вакуумный телескоп (БСВТ) действительно большой: он самый крупный в Евразии и один из крупнейших в мире. Его начали строить ещё в 1960–1970 годы. Основные его задачи, как поясняет первый заместитель директора Института солнечно-земной физики СО РАН, доктор физико-математических наук Сергей Олемской, — наблюдения тонкой структуры солнечных активных образований, регистрация солнечных вспышек и других нестационарных явлений в солнечной атмосфере.

Внешне он совсем не похож на привычные нам радиотелескопы, которые напоминают большую тарелку. Здесь мы видим длинную белую трубу — по ней бегут солнечные фотоны, пойманные наверху специальным зеркалом. Это большое здание высотой 25 метров. Главный двухлинзовый объектив диаметром 760 мм помещён в вакуумную трубу, изолирующую оптический путь светового пучка от атмосферной турбулентности.

Фото Сергея Олемского.

Один из основных объектов исследования — солнечные вспышки. Согласно современным представлениям, в начале вспышки в короне происходит освобождение энергии, затем регистрируется нагрев хромосферы. Механизм этого нагрева, связанный с возникновением вспышек, — одна из важных научных проблем. Результаты используются для разработки методов прогнозирования активности Солнца. Такие исследования, кроме БСВТ, проводятся только на франко-итальянском телескопе THEMIS.

Маленькие, но удаленькие

На этой же площадке имеются ещё три телескопа поменьше. Телескоп полного диска Солнца в линии Hα предназначен для мониторинга солнечной активности на хромосферном уровне, а именно — для исследования тонкой структуры хромосферы, волокон и протуберанцев.

Телескоп полного диска Солнца в линии K CaII используется для исследования природы быстрых изменений крупномасштабных магнитных полей Солнца и динамики тонкой структуры магнитного поля в полярных областях в период переполюсовки общего магнитного поля Солнца. Это явление, называемое инверсией, происходит на нашем светиле каждые 11 лет.

Солнечный телескоп оперативных прогнозов нового поколения предназначен для получения ежедневных магнитограмм всего диска Солнца на уровне солнечной фотосферы в реальном времени.

Разрабатывались эти уникальные научные инструменты непосредственно в институте под руководством члена-корреспондента РАН Виктора Григорьева — основателя отечественной школы астроприборостроения.

Бурбоны и бабочки

Чтобы попасть на телескоп, можно просто записаться на экскурсию, и вам не только покажут, но и подробно расскажут, какие здесь ведутся исследования.

Вот, скажем, что такое «бабочки Маундера»? Это интересное явление, к открытию которого приложил руки ещё Людовик XIV, французский король из династии Бурбонов, живший в XVII веке. Он любил науку и финансировал астрономию. Придворные учёные собрали примитивный телескоп, с помощью которого наблюдали и зарисовывали пятнышки на Солнце. Два столетия спустя английский астроном Эдвард Маундер, посвятивший много времени изучению солнечной активности, обнаружил, что если нанести значения широты появления пятна в зависимости от времени, то получится диаграмма в виде крыльев бабочки. Он также впервые заметил, что примерно с 11-летней цикличностью меняется размах «крыльев». Тогда и была впервые замечена 11-летняя цикличность нашего светила.

«Сейчас мы наблюдаем изменение этой цикличности, — рассказывает Сергей Олемской. — Мы видим, что самый мощный «размах» наблюдался в 1950-е годы, а дальше они становятся всё меньше и меньше. Интенсивность снижается, а это означает, что, вполне возможно, скоро нас всех ждёт похолодание».

Холодно, жарко…

Почему же сейчас все говорят про потепление? «Сейчас жарко, только потому, что Солнце раньше успело нагреть земную поверхность, но постепенно она будет остывать, как если мы нагреем воду, она остынет не сразу, а через какое-то время, — поясняет Сергей Олемской. — Так же и океан нагрелся, но теперь остывает. Это процесс не быстрый, но неотвратимый».

Периоды глобальных минимумов солнечной активности уже были в истории человечества. Бабочки Маундера это отчетливо демонстрируют: когда «размах крыльев» достигал минимума, а это было примерно с 1645 по 1715 годы, Чёрное море было покрыто льдом от северных до южных берегов Крыма. Ближайший к современной эпохе так называемый минимум Дальтона длился с 1790 по 1830 годы, когда по ныне не замерзающему Чёрному морю вновь проложили санный путь.

Когда атмосфера мешает

Часть оптической аппаратуры телескопа работает уже много лет. Наверху стоит зеркало, куда попадают солнечные лучи, затем они идут вниз, на приёмную аппаратуру (длина оптического пути 40 метров). Там установлено специальное зеркало. Солнечный луч отражается от него, попадает на солнечный фильтр, после чего вся информация пишется на камеру.

Фото Сергея Олемского.

А почему, интересно, телескоп вакуумный? «В названии присутствует слово «вакуумный» не случайно, — поясняет Сергей Олемской. — Труба герметично закрыта 15-сантиметровыми стеклянными пластинами, и после откачки воздуха в ней создаётся не то чтобы глубокий вакуум, но для наших наблюдений этого разряженного воздуха достаточно». Вообще главная проблема для земных астрофизических наблюдений — это нагревание атмосферы и возникновение в ней потоков воздуха, и задача специалистов — эту атмосферу максимально «стабилизировать».

Но есть здесь и вполне современная техника. Система адаптивной оптики появилась на телескопе пять лет назад. Это система зеркал и программного обеспечения. Как рассказал заведующий обсерваторией Кирилл Кириченко, это оборудование позволит получать более чёткие изображения Солнца, оно предназначено главным образом для исправления в реальном времени атмосферных искажений.

«Адаптивная оптика значительно улучшает качество получаемых изображений, — продолжает разговор Сергей Олемской. — Автоматическую оптико-механическую систему иркутяне разработали совместно с учёными Института оптики атмосферы имени В. Е. Зуева из Томска. Разработанная система послужит прототипом для крупного солнечного телескопа с диаметром главного зеркала 3 метра, строительство которого институт начинает в этом году в рамках Национального гелиогеофизического комплекса РАН, инициатором создания и научным руководителем комплекса является академик Гелий Александрович Жеребцов».

Раритетная трещина

Одна из достопримечательностей телескопа — трещина. К ней обязательно подводят туристов. Дело в том, что телескоп имеет форму буквы Л. Часть телескопа стоит на одной стороне скалы, другая — на другой. Когда телескоп уже построили, случилось сильное землетрясение, и в бетонном полу появилась большая трещина. Народ испугался, запаниковал. Поставили датчики.

Но, как выяснилось, трещина с момента землетрясения уже не один десяток лет не растёт и не видоизменяется, хотя за этим тщательно следят. Её заделали, и с тех пор она стала своего рода раритетом.

90 ступеней

Путь наверх непрост. Ступеньки постепенно становятся всё круче, и под конец маршрут превращается в экстрим. Дыхания порой не хватает. Но становится стыдно, когда наверху обнаруживаю человека весьма пожилого. Это главный конструктор института солнечно-земной физики Александр Китов. Он починяет телескоп уже сорок с лишним лет! «У нас небольшой профилактический ремонт, — поясняет Александр Константинович. — Куполу уже много лет, надо поменять тросы, сделать аварийное опускание».

Трудно ли карабкаться наверх? «Когда я диссертацию писал в 1982-м году, я раз по 20 бегал туда-сюда и почти не уставал, — признаётся главный конструктор. — Сейчас три-четыре раза в год поднимаюсь. Стало уже труднее — возраст, но тренировка всё равно нужна, да и без работы я не умею».

Кирилл Кириченко — заведующий Байкальской астрофизической обсерваторией и Александр Китов — конструктор Института солнечно-земной физики. Фото Наталии Лесковой.

Большой подъёмный купол накрывает нас, как в планетарии. Когда нужно, он поднимается, а зеркало поворачивается. Мы видим оправу, в которую помещено главное зеркало. Когда забрало открыто, зеркало направлено на Солнце, а пучок фотонов держит путь в вакуумную трубу. Именно зеркало поворачивается за Солнцем, а не сам телескоп. Управляется оно автоматически. Эта конструкция позволяет наблюдать Солнце в течение дня от восхода до заката, сидя за компьютером внизу.

Казалось бы, человечество всю историю своего существования «знакомо» со своим светилом, получает от него энергию и тепло и пытается разгадать связанные с ним загадки. Но меньше их не становится. Разгадывая одни, учёные тут же получают новые, всё более сложные.

Почему важно всё это понимать? «Потому что от знания законов солнечно-земной физики напрямую зависит наша сегодняшняя и завтрашняя жизнь, — размышляет Сергей Олемской. — А ещё потому, что это интересно. Любопытство когда-то сделало нас людьми, а поиски ответов на вопросы движут нас дальше».

Ужасно интересно

Кульминация путешествия на БСВТ — выход на смотровую площадку. Туда ведёт дверь, за которой находится узкий круговой балкончик с металлическими перилами. Ходишь по нему с немым восторгом смотришь вниз, на байкальские дали. Вода в озере меняет цвет в зависимости от глубины — то она зелёная, то синяя, то ярко-изумрудная. И видно дно, хотя глубина — 400 метров! А вдалеке сияют снежными вершинами горные хребты Хамар-Дабана.

Вид на Байкал с высоты смотровой площадки БСВТ. Фото Наталии Лесковой.

Не все выходят на смотровую площадку — страшно! Некоторые так и сидят внизу или остаются под куполом. Мне кажется, борьба между страхом и любопытством — одна из основных наших черт, и то, что в конце концов побеждает любопытство, — главный двигатель эволюции. При этом, может быть, важнейшая наша задача — научиться удовлетворять своё любопытство безопасно, без жертв и трагедий. Человек будет пробовать вновь и вновь, придумывая новые варианты выхода за пределы своей привычной Ойкумены.

Материал подготовлен при содействии нацпроекта «Десятилетие науки и технологий».