В пошуках планет земного типу

Очі Атаками
Дорога до обсерваторії, вигляд згори (Атакама)

Атакама. Ці місця екстремальні в усіх відношеннях. Гори, каміння, піски. Чужий дивний світ, безлюдний, незатишний. Для найбільшої наземної обсерваторії було вибрано саме високе плато в пустелі Атаками. Величезні тарілки антен перевезли в гори.

АЛМА – великий антенний комплекс в міліметровому діапазоні. Його телескопи вдивляються в далекі туманності космосу, стежать за народженням і смертю зірок і планет. Це «очі» пустелі Атаками, які допомагають зрозуміти походження Всесвіту.

Пустеля Атакама, розташована на півночі Чилі, далеко не гостинне місце, скоріше нагадує інопланетний пейзаж з науково-фантастичного фільму. Посушливе плато покрито вулканами, що здіймаються на висоту більше 6000 метрів. Кам’яниста пустеля з лужними озерами на перший погляд здається не придатною для будь-яких форм життя. І все ж вікуньї, родичі лам, змогли пристосуватися до цього непривітного пейзажу, вони проходять багато кілометрів в день в пошуках води і їжі. Для вікуній територія поблизу кордону Чилі, Болівії та Аргентини – природне середовище проживання, тоді як люди тут довго не витримують.

Очі Атаками
Лама Вікунья, Атакама

В Атакамі дуже мало води, а солоні озера – ідеальні умови для фламінго. Вся вода, яка зрідка з’являється в цій пустелі, стікає на величезне плато Салар-де-Атакама (ісп. Salar de Atacama) – найбільший солончак Чилі. Вся його поверхня рідко буває покрита водою. Зазвичай вона складається з окремих водних лагун і висохлих соляних ділянок. Вода розчиняє мінерали, що містяться в ґрунті, і в сухому повітрі пустелі швидко випаровується. В результаті утворюються солоні озера і солончаки, покриті хрусткою кіркою.

Очі Атаками
Атакама, в районі соляних озер мешкають зграї фламінго

У самому серці цього безрадісного світу на висоті близько 3000 метрів над рівнем моря розташована основна станція найбільшої обсерваторії світу АЛМА – великого антенного комплексу в міліметровому і субміліметровому діапазоні. Але серце обсерваторії насправді знаходиться в 28 км звідси і ще на 2000 метрів вище. Плато Льяно де Чайнантор (ісп. Llano de Chajnantor) на висоті в 5000 метрів над рівнем моря було вибране для установки 66 радіоантен.

Телескоп ALMA
ALMA

АЛМА – цей масштабний проект має довгу і захоплюючу історію. Історія проекту АЛМА почалася вже кілька десятиліть тому. У самих різних куточках світу, які зараз беруть участь у роботі АЛМА, бродили ідеї побудови антен, пов’язаних в єдину систему. Пізніше всі ці партнери об’єдналися й вирішили, що краще будувати цей величезний комплекс – телескоп всім разом. 20 різних країн з трьох регіонів світу взяли участь у проекті.

АЛМА – це міжнародна астрономічна обсерваторія, створена в кооперації Європи, Північної Америки, Східної Азії у співпраці з Чилі. Тут знаходиться єдиний центр управління та контролю над антенами комплексом АЛМА. Здійснення взаємодії антен, розкиданих по високогірному плато являє собою складну задачу для вчених усього світу. Астрономи сподіваються, що АЛМА дозволить їм заглянути в невідомі раніше області та здійснити багато нових відкриттів. АЛМА відкриває для людства нове вікно у Всесвіт. Антени вловлюють невидимий світ.

Одне із найфундаментальніших питань сучасної астрономії – звідки ми тут взялися, звідки з’явилося життя на нашій Землі? Астрономи також хочуть зрозуміти, як виникли ті зірки і галактики, які ми бачимо сьогодні і як сформувалася Сонячна система і планети, такі як наша Земля. АЛМА здатна розглянути не тільки далекі галактики і наявність у них планет, але й побачити в часі сам процес їх утворення.

У космосі безліч екзотичних об’єктів і можливо вдасться розкрити і їхні секрети. Найбільш інтригуючи властивість галактик – це наявність в центрі у них Чорних дір. Також це стосується і нашої галактики. Самі Чорні діри невидимі. Спостерігати можна лише матерію, на яку діє їх гігантська гравітація. Вперше у вчених з’явилася можливість спостерігати за досить близькими від Чорних дір областями. І прилад, який допоможе зробити це – АЛМА.

Базова антенна стація розташована далеко від усіх. Дороги, що ведуть до неї, це сотні кілометрів по голій пустелі. Антени доставляли сюди з Європи, Північної Америки та Японії.

Більшість тарілок більше 12 м в діаметрі. Тому доводилося такі антени транспортувати по частинах і збирати вже на місці. Це трудомісткий процес. Щоб підготувати одну таку антену до роботи потрібно кілька тижнів. Для антен різного ступеня готовності виділили три різні майданчики. Європейські і японські команди працювали під відкритим небом, а американці в основному у величезному ангарі.

Всі антени спроектовані по-різному, але відповідають набору загальних вимог, тільки так вони спільними зусиллями зможуть спільно сканувати небеса. Астрономи покладають на АЛМА великі надії, очікується, що безпрецедентна точність довгохвильових радіоспостережень допоможе відповісти на багато важливих питань. Як утворилися зоряні системи, подібні до нашої Сонячної, з численними планетами, що обертаються навколо свого сонця? І чи є вода і життя на твердих планетах, які знаходяться від свого сонця на відповідній відстані?

Пошуки планет, подібних нашій Землі, розбурхували людей століттями. За допомогою АЛМА астрономи сподіваються вивчити процес народження планет. Астрофізики з університету Флориди припускають, що планети утворюються в результаті скупчення і злипання космічного пилу. Згустки пилу продовжують злипатися один з одним і утворюються камені. Ці камені виростають до дуже великих розмірів. Такі протопланети називають протозимарями (протопланета – великий планетний зародок в протопланетному диску, який пройшов стадію внутрішнього плавлення, що призвело до диференціації надр). Вони з’являються у вигляді комет і астероїдів. Іноді такі тіла стикаються і утворюються більш великі об’єкти, які можуть стати планетами.

Але як насправді народжуються планети? АЛМА надає вченим можливість більш точних спостережень, не доступних для колишніх телескопів. Астрофізики з університету Флориди розглядають близьку до Землі зірку Фомальгаут, щоб перевірити правильність теорії народження планет.

Причини, чому вибрали Фомальгаут, полягають у тому, що це дуже яскрава зірка. Вона в 15 – 20 разів яскравіше нашого Сонця і знаходиться відносно недалеко від нас, це 25 світлових років, що в космічних масштабах рівносильне кидку каменю.

Інші телескопи вже виявили широке кільце пилу навколо зірки Фомальгаут. На великих довжинах хвиль в робочому діапазоні АЛМА астрономи зафіксували більш чіткі обриси цього кільця. Обчислення астрофізиків і комп’ютерне моделювання дали дивовижні результати.

Одне з кращих пояснень кільця Фомальгаута полягає в тому, що пил притягується до двох легких планет. Ця гіпотеза заснована на тому, що згустки розташовуються або поблизу внутрішньої, або зовнішньої межі кільця. Найлегше пояснити це можна наявністю двох планет. Такий метод дозволяє побічно підтвердити існування новонароджених і поки невідомих планет.

Крім того, астрономи отримують більше інформації про походження, як нашої Сонячної системи, так і планети Земля. АЛМА – не просто потужний телескоп, який дозволяє вивчати останні стадії утворення планет. Цей астрономічний комплекс дасть можливість виявити хімію процесів народження і формування планет, так як проллє світло на те, з яких цеглинок складаються планети. Таким чином ми зможемо проникнути в таємниці планет земного типу, які можливо виявляться населеними.

На сьогоднішній день за межами Сонячної системи астрономи виявили понад 800 планет. Безліч телескопів, в тому числі і знаменитий космічний телескоп Хаббл, які постійно займаються пошуком планет земного типу. Хаббл працює в діапазоні видимого світла, також як і багато інших телескопів, розташованих в різних точках земної кулі. Їх очима служать лінзи і дзеркала. Ці оптичні прилади, як і наші органи зору, дозволяють розглядати небо у видимому світлі.

Що стосується телескопа АЛМА, то його очима служать десятки тарілок-антен, що сприймають довгохвильове випромінювання. Ці радіохвилі невидимі для людей і можуть реєструватися цілодобово, вдень і вночі. Наші очі бачать зірки тільки вночі. Вдень яскраве сонячне світло не дозволяє нам цього. Подібно оптичним телескопам наш зір налаштований тільки на те, що світиться. Наприклад, ми бачимо супергорячі поверхні зірок.

Але телескоп АЛМА здатний заглянути в темряву, наприклад, в космічні хмари. Вони здатні до випромінювання, але їх не видно. За допомогою різноманітних приладів астрономи ведуть спостереження у всьому діапазоні електромагнітних хвиль: Чумацький шлях на коротких гамма хвилях, в рентгенівських променях і у видимому світлі; від ультрафіолетового до інфрачервоного, мікрохвильового і аж до найдовших радіохвиль. Кожен діапазон спостережень вносить внесок у загальну наукову картину. АЛМА сприймає хвилі з міліметровими довжинами, що в 1000 разів більші ніж довжина хвилі видимого світла. Ось чому радіохвилі здатні проникати навіть через темні пилові хмари.

Але телескоп, який зможе нам дати таку ж чітку картинку як і Хаббл у видимому світлі, повинен мати діаметр в десятки кілометрів. Побудувати одну антену такого розміру неможливо. Але є інше рішення – багато антен, пов’язаних одна з одною так, щоб вони функціонували як єдиний величезний телескоп. У цьому полягає концепція АЛМА. На площі з окружністю приблизно в 16 кілометрів поставлено 66 антен, які збирають сигнали з космосу. Неймовірна кількість даних надходить в суперкомп’ютер. Він здатний виробляти 16 квадрильйонів, а це 16 млн. мільярдів операцій в секунду. Тільки завдяки таким приголомшливим обчислювальним можливостям і складним програмами, розробленими за багато років підготовчих робіт, сигнали цих антен можуть бути перетворені в потрібні образи.

Уже під час фази монтажу астрономи почали проводити перші оптичні тести. Вони досліджували галактики Антен – небесне явище зіткнення двох галактик. Найчіткіше зображення цих галактик поки було зроблено телескопом Хаббл. Але що дійсно відбувається в темних хмарах навколо області зіткнення неможливо побачити за допомогою світлового телескопа.

Телескоп АЛМА дозволив відкрити невидимі раніше зони. Там з гігантських хмар з пилу і газу утворюються нові зірки. Вже найперші експерименти привели до нових відкриттів. Зазвичай міліметрові і субміліметрові хвилі, тобто які реєструються Алмою, не досягають поверхні Землі. Вони майже повністю поглинаються парами земної атмосфери. Але в пустелі Атакама, щоб пропустити це випромінювання, повітря досить сухе.

Для антенного комплексу обрано досить велике плато Чахнантор, що розташоване на висоті 5000 метрів. Таємничі снігові кальгаспори на плато або «розкаювання снігів» формуються завдяки особливим кліматичним умовам, надзвичайній сухості, великій висоті і сильній сонячній радіації.

На краю плато Чахнантор знаходиться одиночна антена, яка вже давно займається реєстрацією довгохвильових вивчень. Вона називається Апікс. Перед кожним спостереженням вченим доводиться вимірювати кількість пари в атмосфері. Телескоп повертається з вертикального положення вниз до самої нижньої точки. При кожному куті нахилу телескоп вимірюють прозорість атмосфери і ці дані безперервно реєструються. Виходячи з них учені розуміють наскільки необхідно коригувати дані астрономічних спостережень. Тільки завдяки такому коригуванню можна отримати цінні результати.

Коли немає штормів і в атмосфері не надто багато вологи, обидва телескопа Апікс і АЛМА можуть працювати цілодобово. Невидима область поблизу молекулярної хмари Тельця – одна з найближчих до нас зон народження зірок. Але тільки такі радіотелескопи як Апікс можуть знайти точки утворення цих зірок усередині цих хмар. Теж саме відбувається і в сузір’ї Оріон, його іноді називають мисливцем.

Оріон – приголомшливе сузір’я, навколо трьох зірок (складових «поясу мисливця») лежить темна туманність. Пилові хмари приховують регіон високої активності, але в діапазоні міліметрових радіохвиль ці активні зони видно дуже добре. Тут народжуються зірки. Тут з попелу зіркових вибухів виникає нове покоління небесних тіл.

Апікс продовжують використовувати, оскільки його антена сканує істотну частину небосхилу. Що стосується антен АЛМА, то вони навпаки ведуть спостереження за набагато меншою часткою небосхилу, але з трохи більшим розширенням і так детально як ніколи раніше.

Див. також: Телескоп ALMA
Очі Атаками

Залишити коментар