В 1963 году астроном Джерард Койпер нанял самолет и пролетел над облаками, чтобы облететь вершину Мауна-Кеа на Гавайях. Ему нужна была гора, и первая, которую он здесь увидел, Халеакала, разочаровала - слишком много тумана. Но Мауна-Кеа, самая высокая гора в Тихом океане, тянулась еще ближе к космосу. Воздух вокруг его зольного конуса сухой и холодный, погода спокойная и постоянная. Койпер убедил губернатора штата помочь проложить трудную дорогу к вершине, а затем провел месяцы, собирая данные о качестве света, который там сияет. В конце концов он был убежден, что Мауна-Кеа - «вероятно, лучшее место в мире» для астронома, идеальное место, чтобы увидеть «луну, планеты и звезды». Как он сказал на открытии сайта - «Это жемчужина!» К концу 1970-х годов на вершине будут установлены четыре сложных телескопа.
Сейчас на Мауна-Кеа установлено 13 телескопов, и международный консорциум, строящий новый гигантский инструмент, Тридцатиметровый телескоп (ТМТ), планирует добавить еще один. Группа ТМТ, как и Койпер, была убеждена, что это будет лучшее место в мире для их проекта. Они знали, что он имеет «большое культурное и археологическое значение для местного населения», но все равно пошли на это. Были юридические баталии с местными жителями, которые хотели защитить наследие этого места, но на прошлой неделе, после нескольких лет судебных споров и протестов, Верховный суд Гавайев утвердил разрешение на строительство телескопа.
Когда группа ТМТ решила найти место для этой беспрецедентной комбинации оптики и технологии, она начала с рассмотрения «всех потенциально интересных мест на Земле» и остановилась на, пожалуй, самом известном и проверенном астрономическом месте. на планете. То же самое произошло с другим амбициозным проектом телескопа: этим летом группа, строящая Гигантский Магелланов Телескоп, заложила фундамент в обсерватории Лас-Кампанас в чилийской пустыне Атакама, еще одном из лучших астрономических объектов в мире. Конечно, любой проект на миллиард долларов захочет выбрать лучшее доступное место. Что такого особенного в этих избранных горных вершинах, что делает их такими неотразимыми для астрономов?
В каком-то смысле это просто. Астрономы хотят зафиксировать чистый и ясный свет, падающий на Землю от невероятно далеких звезд, планет и туманностей, и они хотят делать это как можно больше ночей в году. Есть несколько очевидных факторов, препятствующих достижению этой цели. Световое загрязнение от близлежащих населенных пунктов затрудняет различение самых тусклых объектов. Ветер может раскачивать телескоп и влиять на его точность. Облака мешают, особенно для телескопов, которые работают, в частности, в видимом спектре света. Выбор места начинается с мест на Земле с наибольшим количеством безоблачных ночей в году. Но даже этого недостаточно.
«Как только вы нашли достаточно чистое место, вы должны найти область с небольшой турбулентностью», - объясняет Марк Саразин, прикладной физик из Европейской южной обсерватории, отвечающий за мониторинг участка. Эта тепловая турбулентность образуется, когда горячие и холодные воздушные массы меняют высоту. «Это создает то, что вы видите в очень жаркий летний день на асфальте, когда едете по дороге», - говорит Саразин. «Все движется; у тебя нет остроты зрения. То же самое и для астрономов, когда они смотрят вверх, если есть слои, которые были нарушены. Звезды не будут такими острыми».
Это качество - резкость звезд - то, что астрономы называют «видимостью», и это один из самых важных критериев при выборе места. Но есть и другие детали, которые следует учитывать. Воздух, насыщенный водяным паром, может запотеть и обледенеть инструменты, а также нарушить видимость света в инфракрасном спектре. Радиоволны и микроволновое излучение могут испортить работу телескопов, и место, которое нагревается днем и остывает ночью, тоже может стать проблемой.
Некоторые из этих параметров меняются в зависимости от того, какие наблюдения собираются проводить астрономы. Проект инфракрасного телескопа может заменить более облачные ночи, которые меньше беспокоят этот конец светового спектра, на место с меньшей влажностью.«Все дело в компромиссах», - говорит Саразин.
Вдобавок ко всему, помогает, если люди, бегущие и использующие телескопы, могут относительно легко добраться туда, что означает дороги. Астрономы и вспомогательные бригады должны иметь возможность работать с комфортом. Мауна-Кеа находится так высоко, что высотная болезнь замедлила работу строительных бригад, построивших там первую обсерваторию в 1960-х годах.
Когда в ту же эпоху Гораций Бэбкок искал место для обсерватории в южном полушарии, место, где Научный институт Карнеги мог бы заложить основу для своих будущих амбиций, он беспокоился о наличии воды на одно перспективное место. Лас-Кампанас, как он позже сказал интервьюеру, «с самого начала был очень привлекательным» - ясные ночи, отличная видимость - «кроме того, что казалось, что доступной воды может быть мало».
Поскольку базовая инфраструктура была построена на некоторых из этих удаленных объектов, они стали еще более привлекательными, отчасти потому, что это может снизить стоимость проекта. В своем отчете о потенциальных площадках группа TMT отметила, что «как развитая площадка с несколькими обсерваториями, большая часть инфраструктуры, необходимой для TMT, существует на Мауна-Кеа». В Лас-Кампанасе оказалась вода. И в нем было место для большого количества телескопов.
В наши дни у тестировщиков сайтов, таких как Саразин, есть множество данных, которые они могут использовать для оценки потенциальных сайтов, не взбираясь на бесконечные горные вершины. Как правило, тестер сайта может начать с самых высоких гор, с наименьшим количеством соседей, и сузить свой выбор на основе дополнительных данных, собранных в коротком списке сайтов. И даже на севере Чили все еще есть сотни вершин, которые теоретически могут обеспечить хорошие астрономические условия.
С учетом всех факторов и компромиссов в мире есть три основных типа мест, наиболее подходящих для телескопов, наблюдающих за видимым светом. Одна из них - Антарктида - высокие вершины засушливых плато имеют небольшую турбулентность и окружены тьмой. Условия жестокие, но сторонники утверждают, что отправить телескоп в Антарктиду дешевле, чем отправить его в космос. Второй - горные прибрежные районы, где ветер дует с моря, сводя к минимуму хлещущую над вершинами турбулентность. Чили подходит под это описание. Третий - изолированная гора на острове, где все остальные условия правильные. На Гавайях есть такие же горы. Как и Канарские острова. И это все.
Астрономы рассматривают возможность того, что основные места существуют где-то еще. Исследователи ТМТ отметили, что в Узбекистане есть прекрасное безымянное место, а также у северной Мексики и северной Африки есть потенциал. Есть некоторый интерес к горе Кения, и в Китае может быть много хороших мест. Но наиболее очевидные и наиболее желательные места для размещения гигантских оптических телескопов не изменились с 1960-х и 1970-х годов.
«Никто и никогда не проводил комплексного обследования планеты», - говорит Саразин.«Мы не можем сказать, что искали везде. Мы более или менее знаем районы, которые могли бы дать стоянки, но, конечно, не все отдельные горы были охарактеризованы. Так что для тестировщиков сайтов еще есть работа».