Методические материалы, статьи

Что нужно астроному?

С этим вопросом наш корреспондент обратился к известному московскому астроному, кандидату физико-математических наук, старшему научному сотруднику Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга (МГУ) Владимиру Георгиевичу Сурдину.

Серия его статей о достижениях современной астрономии, опубликованных в последние годы, украсила, по общему мнению читателей и редакции, страницы нашего журнала. Их особенностью, помимо прекрасного знания сути дела, было явно неравнодушное отношение автора к судьбе занятия, которое, как многим сейчас кажется, становится уделом лишь малого числа избранных. А кажется так потому, что при всем интересе к заоблачным высям и звездопаду космических открытий мы все больше удаляемся от недавно массовой астрономической практики — ведь этот предмет на наших глазах исчезает даже из школьного расписания. Так чем же живет сегодняшний астроном — профессионал и любитель — и что ему действительно нужно?

В. Сурдин:
Как известно, музыканту нужны рояль и скрипка, физи-ку — дьюар и ускоритель, биологу — банка и сачок (да простят меня биологи, но перед глазами стоит образ Паганеля), астроному же, сами понимаете, нужны телескоп и компьютер. Впрочем, компьютер сегодня каждому нужен: и физику, и биологу, и даже музыканту. Именно поэтому компьютер нынче дешев, его можно купить даже на небольшой грант (что мы и делаем), а вот телескоп… За тысячу долларов вы можете получить весьма солидный компьютер, но всего лишь детский телескоп. Обзавестись профессиональной оптикой можно лишь за миллионы долларов.

- К разговору о телескопах мы, конечно, еще вернемся, а пока хотелось бы уточнить: выходит, нет больше у вас проблем с вычислительной техникой, нет очередей и ночного бдения у старушки БЭСМ (Большая электронно-счетная машина), нет больше зависти к заокеанским владельцам «Крея»? Теперь у каждого на столе — персональный суперкомпьютер?

В. Сурдин:
У нас на столах сейчас стоит то, что еще вчера считалось суперкомпьютером. По правде сказать, порою с трудом верится, что в твоих руках такая власть над цифрами. Я еще не старый человек, а ведь помню, что студенческую работу по небесной механике считал на механическом арифмометре «Феликс»: крутишь ручку вперед — умножает, на-зад — делит. За это время успеваешь прикинуть результат в уме. Дипломную работу считал на логарифмической линейке, и лишь при подготовке кандидатской диссертации появилась возможность пользоваться электронным мозгом, который занимал несколько комнат в нашем институте. Привычной теперь клавиатуры и дисплея у него не было. Общались с ним через операторов и перфокарты. Представляю, какое недоумение вызвало бы у нас тогда известие, что со временем у компьютера появится «мышь». Мышей тогда боялись, ибо открытые недра нашей БЭСМ-4М — шкафы, набитые тысячами скрученных проводов, — были чрезвычайно уязвимы. Теперь стократ более мощный вычислитель я ношу в портфеле, а от того, который стоит на столе, вообще мурашки по коже. Но если серьезно подумать, то по уровню современных возможностей на столе у меня по-прежнему «логарифмическая линейка». У наших коллег-астрономов в Японии, исследующих, как и мы, эволюцию звездных скоплений, в отделе стоит настоящий супермозг, работающий в тысячи раз быстрее наших «Пентиумов» (собранных, кстати сказать, своими силами). Процессоры японского чуда специально созданы для решения специфических задач звездной динамики, поэтому и цена их более миллиона долларов. Но мы не особенно завидуем: поднатужимся и соберем «на коленке» что-нибудь похожее.

- А чему вы завидуете по-настоящему? Я не имею в виду зарплату западных ученых.

В. Сурдин:
Мы тоже не имеем это в виду. Уровень бытовой жизни нужно соизмерять с реалиями своей страны: труженик науки не может жить лучше инженера или врача. Другое дело — уровень научной работы, тут не должно быть и не бывает скидок на экономический спад или политическую нестабильность в стране. Или ты выдаешь продукт мирового уровня, или ты не ученый. Не делая скидок на условия нашей работы, коллеги за рубежом все же понимают своеобразие этих условий. Недавно в одной английской монографии о переменных звездах я прочитал не совсем обычные слова — авторы посвятили свой труд группе моих коллег по Астрономическому институту, создавшей лучший в мире каталог переменных звезд: «С глубокой благодарностью за скрупулезный сбор и распространение данных о переменных звездах, проводимых десятилетиями в наитруднейших условиях, мы посвящаем нашу книгу…»

Так вот, хотя жаловаться на условия работы у нас стало общим местом, я все же скажу, что есть вещь, в отношении которой мы искренне и почти безнадежно завидуем своим далеким коллегам, — это современный телескоп. Его не сделаешь на коленке и не купишь на грант даже с помощью «дядюшки Сороса». Для этого требуются серьезные деньги и правительственное решение. А астроном без телескопа, что рыбак без удочки: может только руками разводить.

- Раз уж мы вернулись к разговору о телескопах, то объясните, пожалуйста, в чем смысл именно большого прибора? Может быть, за те же деньги снабдить каждого астронома маленьким, но персональным телескопом? Ведь вычислительная техника пошла именно по этому пути. Вместо того чтобы стоять в очереди к одному уникальному инструменту, не лучше ли каждому специалисту иметь небольшой, но свой телескоп с неограниченным временем доступа?

В. Сурдин:
Ваше предложение напомнило мне времена китайской культурной революции. Тогда в каждом тамошнем дворе была небольшая сталеплавильня. Железа выплавляли много, но все — второго сорта. Разумеется, персональный телескоп — мечта любого астронома. У некоторых он даже есть, и работу они ведут вполне полезную, но не на переднем крае. Прорыв в новое всегда осуществляют лучшие инструменты. Важнейшие достижения в оптической астрономии связаны с появлением телескопов-рекордсменов. Строительство каждого крупнейшего для своей эпохи телескопа через короткое время принципиально меняло наше представление о Вселенной: достаточно вспомнить телескопы Галилея и Гершеля, стодюймовый телескоп обсерватории Маунт-Вилсон и двухсотдюймовый Маунт-Паломарский инструмент. Каждый из них был лучшим в свое время и приводил к мощному прогрессу в астрономии.

За последние годы благодаря работе Космического телескопа имени Хаббла, десятиметровых телескопов имени Кека на Гавайях, а также нескольких восьмиметровых инструментов с «полумягкими» зеркалами, в наблюдательной астрономии произошел сильнейший рывок, далеко продвинувший наши представления о формировании звезд и планет, об эволюции галактик и ранней Вселенной. Поэтому, если мы хотим участвовать в разгадке ее тайн, а не только читать об этом в научно-популярных статьях, нужно и нам строить современные инструменты. Заметьте, я не говорю «гигантские». Современный теле-скоп — не обязательно монстр. Главное — его гибкость, возможность управления многими параметрами для оптимизации процесса наблюдения.

- В отношении телескопов мы обычно слышим эпитеты одного сорта — большой, огромный, гигантский. Но если вы сказали, что качество современного телескопа не ограничивается размером его объектива, то из каких же составляющих оно складывается?

В. Сурдин:
В первом приближении этих составляющих три: размер зеркального объектива, четкость даваемого им изображения и эффективность приемника света. Вопрос с последним можно считать решенным: сейчас астрономы переходят с фотопластинок на твердотельные приемники света, полупроводниковые матрицы, регистрирующие практически каждый падающий на них фотон. Именно такие приемники света используют в бытовых видеокамерах, способных, как мы знаем, давать изображение почти в полной темноте. Астрономические матрицы еще лучше (и заметно дороже) бытовых.

Размер зеркала телескопа определяет его «дальнобойность», но раз-мер — это еще не все, важно, чтобы большое зеркало давало идеально резкое изображение, иначе «размазанный» свет слабенькой звезды все равно останется незамеченным. Четкость изображения определяется не только качеством телескопа, но и качеством атмосферы над ним. С одной стороны, нужно благодарить природу, что мы вообще что-то видим со дна своего воздушного океана. Но уж если видим и знаем, что во Вселенной так много интересного и загадочного, то хочется разглядеть все это поотчетливее. Астрономы упорно ищут места на Земле, из которых лучше всего видна Вселенная. Как правило, это средней высоты горные вершины, одиноко стоящие в пустыне или в океане. Таких мест на Земле немного: Канары, Гавайи, горы на севере Чили и в Средней Азии. В этих местах много ясных ночей, сухой и прозрачный воздух. Хорошие телескопы дают там очень четкие изображения.

- Но, вероятно, не такие качественные, как Космический телескоп имени Хаббла, которому земная атмосфера вообще не мешает?

В. Сурдин:
Разумеется, у Космического телескопа пока нет конкурентов по качеству изображения. Но скоро будут. Стоимость заатмосферного телескопа так высока, что астрономы не надеются на массовый запуск подобных инструментов на орбиту и пытаются создать нечто похожее на Земле. Новое «чудо-оружие» наземной астрономии — адаптивная, подстраивающаяся оптика, которая помогает бороться с главным врагом телескопа — дрожанием изображений, вызванным турбулентностью атмосферы. Даже при экспозиции всего лишь в несколько секунд оно способно размыть изображение светила и сделать незаметными его тонкие детали. Да и в тех тщательно выбранных местах для строительства обсерваторий, о которых я говорил, дрожание изображений составляет около 0,5 угловой секунды. Такому углу на поверхности Луны соответствует пятно размером один километр, а на поверхности Марса — пятно в 250 километров диаметром. В большинстве же обсерваторий мира редкой удачей считается угловое разрешение в одну секунду дуги.

Чтобы победить атмосферу, уже давно были задуманы активные оптические системы, быстро перестраивающие параметры телескопа для компенсации атмосферного дрожания изображений (идея не нова, ее использует каждый, кто наблюдает в бинокль, находясь в движущемся и трясущемся экипаже: движения рук непрерывно компенсируют смещения изображения). В последние годы стали появляться работоспособные системы активной оптики для наблюдений в видимом и близком инфракрасном диапазонах. Разумеется, массивный телескоп — это не маленький бинокль, его невозможно целиком поворачивать за прыгающей по небу звездой. Поэтому сам телескоп с главным зеркалом остается неподвижным, а смещение изображения звезды компенсируется быстрыми покачиваниями маленького вторичного зеркала, порою оно совершает около сотни покачиваний в секунду.

Если размер главного зеркала телескопа велик и превышает 1 — 1,5 метра, то флуктуации света, падающего на разные его части, хаотичны и простым покачиванием вспомогательного зеркала их не скомпенсируешь. Поэтому для крупных телескопов изготавливают гибкие вспомогательные зеркала, способные быстро, по командам ЭВМ, изменять свою форму, чтобы восстановить четкое изображение. На 3,6-метровом телескопе Южной европейской обсерватории в Чили формой гибкого активного зеркала управляют 52 механических пальца, способных изменять его форму сто раз в секунду. Для нового 8,2-метрового телескопа той же обсерватории, построенного в 1999 году, изготовлено активное вспомогательное зеркало с 250 «пальцами».

- Позвольте, а откуда компьютер знает, какую форму должно иметь исправленное изображение? Если вы первый раз в жизни смотритесь в зеркало, то как узнать, зеркало кривое или физиономия?

В. Сурдин:
Действительно, это одна из проблем активной оптики. Мы заранее должны сообщить компьютеру, какое изображение считается идеальным, то есть к чему он должен стремиться, исправляя изображение, испорченное атмосферой. При наблюдении звезд все ясно: «физиономия» далекой звезды — это идеальная точка. А как быть с объектами сложной формы — галактиками, туманностями, поверхностями планет, рисунок которых мы заранее не знаем? Для того-то и наблюдаем, чтобы узнать. Хорошо, если рядом с таким объектом видна звезда: исправляя ее изображение, система попутно исправит и объект нашего внимания. А если звезды рядом нет? Ну если нет, значит ее нужно сделать, решили астрономы. Помните, поэт вопрошал: «Если звезды зажигают, значит это кому-то нужно…» Еще как нужно! Астрономы научились создавать искусственное изображение звезды в верхних слоях атмосферы с помощью мощного лазера. Такую искусственную звезду всегда можно расположить перед глазом телескопа и дать активной оптической системе надежный эталон.

Должен заметить, что быстрое развитие активной оптики отчасти связано с тем, что в ней были заинтересованы создатели лазерного оружия по программе звездных войн. Военная программа провалилась, но астрономы оказались в выигрыше: постепенно мы перестаем быть рабами атмосферы или сверхдорогих космических телескопов. Теперь есть возможность даже со дна воздушного океана четко видеть космические дали. Но для этого, повторю, нужны современные телескопы.

- Разрешите перевести наш разговор в иную плоскость. Развитие науки, естественно, приводит к тому, что ее передний край удаляется все дальше от возможностей непрофессионала, обыкновенного любознательного человека, простого любителя науки. Если когда-то самодельные телескопы Галилея и Гершеля позволили им сделать великие открытия, то на долю современного школьника или инженера — любителей науки, — вероятно, осталось лишь одно: читать научно-популярные журналы и завидовать профессионалам?

В. Сурдин:
Лично у меня чтение хороших научно-популярных журналов чаще вызывает восхищение, чем зависть. Жаль, что таких журналов у нас становится все меньше. Многие еще помнят журнал «В мире науки» (переводимый на русский «Scientific American»). Думаю, что мы лишились его не случайно: большинство аналогичных наших изданий не выдерживало с ним конкуренции.

Теперь позвольте рассказать о возможностях любителя науки. Бесспорно, есть научные области, совершенно недоступные любителю: физика высоких энергий, глубоководные исследования, молекулярная генетика, ну и подобные им высокотехнологичные и крайне дорогостоящие занятия. Но астрономия не из их числа: до сих пор остаются и еще долго будут оставаться серьезные занятия для любителей. В отличие от большинства других наук, в астрономии профессионалы успешно сотрудничают с любителями. Попробую объяснить, в чем тут дело.

Говорят, любая наука проходит в своем развитии три этапа: сбор фактов, их систематизацию и создание теории (то есть системы принципов, из которой следуют все собранные факты). Я думаю, что в астрономии такой подход непродуктивен или, во всяком случае, преждевременен. Астрономические объекты лишь в силу своей удаленности кажутся однотипными. В действительности все они разные. Если физик изучил свойства одного протона, он вправе считать все протоны во Вселенной точно такими же. У астрономов такого права нет: все планеты разные, все звезды разные, все галактики разные. Сбор данных об их эволюции — процесс бесконечный. Быть может, когда-нибудь его удастся полностью автоматизировать, но не скоро. Поэтому лишние глаза еще долго будут нужны астрономам. Сейчас половину комет и новых звезд открывают любители. Прекрасно организованные любительские общества исследователей переменных звезд в США, Англии, Новой Зеландии и других странах ведут очень нужную систематическую работу по изучению жизни нестационарных звезд, самых важных для астрофизики. Главное богатство астрономов — каталоги небесных объектов и событий — теперь доступны каждому любителю науки, имеющему вход в Интернет.

- Простите, но это звучит не совсем понятно. Когда я прихожу в библиотеку, то каталог лишь помогает мне найти нужную книгу. Карточка с выходными данными «Божественной комедии» или «Анны Карениной» не может заменить содержание самой книги. Неужели астроному для изучения каких-то объектов достаточно лишь их каталога?

В. Сурдин:
Если объект изучен детально и о нем собрано много данных, то всех их, разумеется, в каталоге не найдешь. Но таких объектов в астрономии очень мало. О подавляющем большинстве звезд в каталогах лишь две строчки — координаты и яркость; о галактиках — три строки (добавляется приблизительное описание внешнего вида). Тем не менее на этих, казалось бы, скудных данных астрономы возвели блестящую теорию эволюции звезд и смогли разгадать строение нашей Галактики. Уверяю вас, каталоги и карты — самое ценное для астрономов. Еще недавно они были труднодоступными даже для профессионалов, а для любителей, как правило, вообще недоступны. И вдруг за несколько лет это богатство «пришло в каждый дом». Не улыбайтесь, я понимаю, его не ждут в каждом доме, но для тех, кому оно действительно нужно, это неоценимая удача. Уже известны случаи, когда любители астрономии и студенты сделали очень полезные работы по научным материалам, размещенным в Интернете, и даже исправляли результаты признанных авторитетов. Стоит ли объяснять, что особенно ценной эта возможность стала сейчас для нашей страны: не имея денег на покупку печатных научных изданий, мы лишь благодаря компьютерной сети держимся на мировом уровне.

- Однако не всех любителей звезд привлекает «архивная» работа; вместо того чтобы копаться в чужих каталогах, многие предпочли бы сделать маленькое, но свое открытие на небе. Возможно ли это сейчас?

В. Сурдин:
Как раз сейчас это становится более возможным, чем раньше. Во-первых, для тех, у кого нет своего хорошего телескопа, появилась возможность заказывать наблюдение через Интернет на одном из специальных автоматических телескопов, размещенных по всему миру. Во-вторых, получать самому хорошие снимки небесных объектов теперь стало реальным даже на небольшом инструменте, например самодельном телескопе диаметром 20 сантиметров. В продаже появились потрясающе чувствительные цветные фотопленки, с помощью которых любители астрономии буквально творят чудеса: фотографии комет, полученные любителями, сделали бы честь любому профессионалу. Но все же фотоматериалы — это уходящая эпоха, двадцатый век. Будущее за электронными приемниками света.

- Неужели близится конец эпохи фотографии?

В. Сурдин:
Уверен, что это так. Астрономы были первыми, кто активно стал использовать фотографию в своей работе; вероятно, они же станут первыми, кто полностью от нее откажется и перейдет к новым методам получения и хранения оптических изображений.

Позвольте напомнить, что именно астроном Франсуа Араго сделал на собрании Парижской академии наук 7 января 1839 года первое публичное сообщение об изобретении Ньепсом и Дагером способа получения оптических картин, ставшего затем известным как дагеротипия. Тогда же, в начале 1839 года, английский астроном Джон Гершель, увлеченный новым научным методом, первым применил термины «фотография», «негатив» и «позитив». Астрономы первыми осознали возможности нового метода еще и потому, что сами к тому времени уже много лет искали способ «замораживания света». Задолго до Дагера сам Араго вместе с Лапласом и Малюсом безрезультатно пытался получить изображение Луны, спроецировав его линзой на экран, покрытый хлористым серебром. Кстати, еще в 1819 году Джон Гершель открыл растворяющее действие гипосульфита на галоидное серебро, то есть принцип общепринятого теперь способа «фиксирования» фотографических изображений.

С появлением фотографии в корне изменилась работа астрономов. Хотя по традиции они продолжали говорить, что «наблюдают» небо, в действительности они стали заниматься его фотографированием. Огромное значение имело объединение телескопа, спектроскопа и фотокамеры: родился астрономический спектрограф, а с ним и астрофизика. Ни одна другая наука не обязана так фотопластинке, как астрономия.

- А разве любителям астрономии были доступны фотопластинки?

В. Сурдин:
Практически нет. Астрономическая фотопластинка — дорогое удовольствие. Обычно мы покупали их в ГДР (ORWO), а самые качественные — в США (Kodak). Любителям эта роскошь была недоступна. Но, поверьте, сейчас и профессионалы все реже используют фотопластинки. Похоже, астрономы станут первыми, кто полностью откажется от фотопроцесса и перейдет на электронные приемники света. Эра фотографии действительно подходит к концу. Самое время ставить фотопластинке памятник. Она хорошо послужила науке. Коллекции фотопластинок, или, как мы их называем, стеклянные библиотеки астрономических обсерваторий еще долго будут бесценным собранием «небесных фактов». Но эпоха самой фотографии завершается.

А виной всему — новые электронные приемники света, не только имеющие более высокую чувствительность, чем фотопластинка, но и позволяющие сразу вводить информацию в компьютер. Прежде всего, это полупроводниковые светочувствительные матрицы с передачей заряда, среди которых особенно популярны ПЗС-матрицы, основа современных видеокамер (ПЗС — прибор с зарядовой связью, русский аналог английской аббревиатуры CCD — Charge-Coupled Device). С момента своего рождения они превосходили фотоэмульсию по чувствительности в десятки раз, а также по спектральному диапазону и прочим качественным характеристикам. До недавних пор единственным недостатком матриц было малое количество чувствительных элементов, отчего полученные с их помощью изображения имели вид шахматной доски. В начале восьмидесятых астрономы начали экспериментировать с ПЗС-матрицами размером с ноготь, содержащими около 200 х 300 элементов, что давало возможность фиксировать небольшой участок спектра или небесный объект малого углового размера и незатейливой конфигурации. К тому же такие приборы были гораздо дороже фотопластинок и потому недоступны большинству обсерваторий.

Правда, стремительный прогресс электроники уже несколько лет назад обещал нам в перспективе большие ПЗС-матрицы и дешевые носители данных. Астрономы ожидали к 2000 году создания телескопов с диаметром зеркала 10 метров и ПЗС-матриц с числом элементов около 4 миллионов, но и то, и другое появилось на несколько лет раньше. А совсем недавно родились два новых изумительных прибора.

В начале 1997 года вступила в строй камера широкого поля на 2,5-метровом английском телескопе имени Исаака Ньютона (Канарские острова). Ее приемная часть состоит из таких ПЗС-матриц, что каждое изображение, полученное этим прибором, содержит 8,4 миллиона элементов информации. Это эквивалентно фотокадру, снятому профессиональной узкопленочной камерой типа «Зенит».

А в начале 1999 года на Европейской южной обсерватории в Чили на 2,2-метровом телескопе начала работать камера с матрицей 8184 х 8196 элементов, то есть чуть более 67 миллионов элементов, что эквивалентно фотокадру, снятому высокопрофессиональной фотокамерой на пластинку 6 х 9 сантиметров. В поле зрения этой камеры помещается полная Луна. Такой кадр несет в себе 140 мегабайт информации. Однако астрономы не намерены останавливаться на достигнутом: сейчас создается новая камера, матрица которой будет иметь размер 16000 х 16000, то есть содержать 256 миллионов элементов изображения. При этом нужно учесть, что компьютерная память день ото дня дешевеет, а астрономические пластинки (ввиду понизившегося спроса на них) стали дорожать. Ясно, что электроника выиграла конкуренцию с фотопластинкой по всем параметрам! Любители астрономии это понимают, и некоторые уже начали переходить к электронным светоприемникам. Разумеется, они пока дороги и не каждому по карману, но для астрономического клуба это вполне доступная вещь. Зато сколько удовольствия!

- Спасибо, Владимир Георгиевич. Мне кажется, вы ответили на вопрос, что нужно астроному. Желаю вам и вашим коллегам самого главного — чистого неба!



См. также:
Популярность онлайн-казино в России
Сравнение онлайн и офлайн-казино
ПРОЕКТ
осуществляется
при поддержке

Окружной ресурсный центр информационных технологий (ОРЦИТ) СЗОУО г. Москвы Академия повышения квалификации и профессиональной переподготовки работников образования (АПКиППРО) АСКОН - разработчик САПР КОМПАС-3D. Группа компаний. Коломенский государственный педагогический институт (КГПИ) Информационные технологии в образовании. Международная конференция-выставка Издательский дом "СОЛОН-Пресс" Отраслевой фонд алгоритмов и программ ФГНУ "Государственный координационный центр информационных технологий" Еженедельник Издательского дома "1 сентября"  "Информатика" Московский  институт открытого образования (МИОО) Московский городской педагогический университет (МГПУ)
По фиксированным ценам купить плитку в воронеже на выгоднейших условиях.
ГЛАВНАЯ
Участие вовсех направлениях олимпиады бесплатное
проекты деревянных домов Мы делаем срубы домов, бань, беседок, сторожек, домиков для гостей и так далее из простого и оцилиндрованного бревна, а также из простого и профилированного бруса. Вы можете выбрать любой из наших типовых проектов либо предложить свой. Доставка.

Номинант Примии Рунета 2007

Всероссийский Интернет-педсовет - 2005