На вершине горы на севере Чили готовится к включению самая большая в мире цифровая камера.
Его миссия проста, но амбициозна — сфотографировать все ночное небо в мельчайших подробностях и раскрыть некоторые из самых сокровенных тайн Вселенной.
Камера, размещенная в обсерватории Веры К. Рубин — новом телескопе, строительство которого близится к завершению на горе Серро-Пачон высотой 2682 метра (8800 футов) примерно в 300 милях (482 километрах) к северу от чилийской столицы Сантьяго, — имеет разрешение 3200 мегапикселей , что примерно равно количеству пикселей в 300 мобильных телефонах, а каждое изображение будет охватывать область неба размером с 40 полных лун.
Каждые три ночи телескоп будет делать снимки всего видимого неба, создавая тысячи снимков, которые позволят астрономам увидеть все, что движется или меняет яркость. Ожидается, что таким образом Вера Рубин откроет около 17 миллиардов звезд и 20 миллиардов галактик, которые мы никогда раньше не видели, — и это только начало.
«Рубину предстоит сделать так много», — говорит Клэр Хиггс, специалист по связям с общественностью обсерватории в области астрономии. «Мы изучаем небо так, как никогда раньше, и это дает нам возможность отвечать на вопросы, которые мы даже не думали задавать».
Телескоп будет обозревать ночное небо ровно десять лет, делая по 1000 снимков каждую ночь. «Через 10 лет мы будем говорить о новых областях науки, новых классах объектов, новых типах открытий, о которых я даже не могу вам сейчас рассказать, потому что я пока не знаю, что это такое. И я думаю, что это действительно захватывающая вещь», — добавляет Хиггс.
Подготовка к включению
Телескоп, строительство которого началось в 2015 году , назван в честь американского астронома-новатора Веры Рубин, которая умерла в 2016 году и, среди прочих достижений, первой подтвердила существование темной материи — неуловимой субстанции, составляющей большую часть материи во Вселенной, но никогда не наблюдавшейся.
Проект был запущен в начале 2000-х годов частными пожертвованиями, в том числе от миллиардеров Чарльза Симони и Билла Гейтса. Позднее он совместно финансировался Управлением науки Министерства энергетики и Национальным научным фондом США, который также руководил им вместе с Национальной ускорительной лабораторией SLAC, исследовательским центром, управляемым Стэнфордским университетом в Калифорнии.
Хотя Рубин — национальная обсерватория США, она находится в чилийских Андах, в месте, которое она делит с несколькими другими телескопами по ряду причин. «Для оптических телескопов вам нужно место, которое высоко, темное и сухое», — говорит Хиггс, ссылаясь на проблемы светового загрязнения и влажности воздуха, которые снижают чувствительность инструментов. «Вам нужна очень спокойная и хорошо изученная атмосфера, а качество ночного неба в Чили исключительное, поэтому здесь так много телескопов», — добавляет она. «Это удаленное место, но и не настолько удаленное, чтобы получение данных с горы было проблемой — есть инфраструктура, к которой Рубин может прибегнуть».
В настоящее время телескоп находится на завершающей стадии строительства, ожидается, что он включится в 2025 году. «Сейчас мы работаем над сборкой всех частей, но все они находятся на вершине горы — это большая веха, которую мы достигли летом», — говорит Хиггс. «Мы ожидаем, что все произойдет весной следующего года — все будет собрано, все выровнено, все системы, от вершины до наших трубопроводов и данных, будут выглядеть так, как должны, и будут оптимизированы наилучшим образом. На это ушли буквально десятилетия подготовительной работы, но вы никогда не узнаете, пока не включите все».
После нескольких месяцев испытаний, в конце 2025 года, обсерватория проведет свои первые наблюдения, хотя Хиггс предупреждает, что в этом графике есть «плавность».
«10 миллионов оповещений за ночь»
Основная миссия Рубина называется LSST — Legacy Survey of Space and Time. «Это 10-летнее обследование, в котором мы каждую ночь смотрим на южное небо, и повторяем это каждые три ночи. Так что мы по сути создаем фильм южного неба на десятилетие», — говорит Хиггс.
Камера может делать снимок каждые 30 секунд, что будет генерировать 20 терабайт данных каждые 24 часа, столько же, сколько среднестатистический человек смотрит Netflix в течение трех лет или слушает Spotify в течение 50 лет. По завершении опроса будет получено более 60 миллионов гигабайт необработанных данных.
Однако передача каждого изображения из Чили в Калифорнию займет всего 60 секунд, где ИИ и алгоритмы сначала проанализируют его, выявив любые изменения или движущиеся объекты и сгенерировав оповещение, если что-то будет обнаружено.
«Мы ожидаем около 10 миллионов оповещений за ночь с телескопа», — говорит Хиггс. «Оповещения — это все, что меняется в небе, и они охватывают целый ряд научных случаев, таких как объекты солнечной системы, астероиды и сверхновые. Мы ожидаем миллионы звезд солнечной системы и миллиарды галактик, поэтому машинное обучение действительно необходимо».
По словам Хиггса, данные будут ежегодно передаваться избранной группе астрономов, а затем, спустя еще два года, каждый набор данных будет опубликован, чтобы над ним могло работать мировое научное сообщество.
Предполагается, что полученные данные будут охватывать четыре основные области исследований: создание описи Солнечной системы, включающей открытие нескольких новых небесных тел и, возможно, скрытой планеты, известной как Девятая планета; картографирование всей нашей галактики; исследование особой категории объектов, называемых «транзиентами», которые со временем меняют положение или яркость; и понимание природы темной материи.
«Есть, наверное, 10 различных областей науки, в которых, я могу вам сказать, Рубин будет отлично себя вести», — говорит Хиггс. «Я думаю, что через пару месяцев мы получим больше сверхновых типа I, чем когда-либо наблюдалось, например. Межзвездные объекты, у нас сейчас есть два кандидата, но Рубин собирается увеличить это число с двух до, надеюсь, больше, чем несколько.
«Существует множество областей, где мы собираемся перейти от пары чего-то к статистически большой выборке чего-то, и научное влияние того, что это может сделать, огромно».
«Революции идут»
Астрономическое сообщество очень взволнованно обсерваторией Веры Рубин, говорит Дэвид Кайзер, профессор физики и профессор истории науки имени Гермесхаузена в Массачусетском технологическом институте. По словам Кайзера, телескоп должен помочь прояснить давние вопросы о темной материи и темной энергии — двух самых упрямых и загадочных свойствах нашей Вселенной.
«Обсерватория Веры Рубин позволит астрономам картировать распределение темной материи, как никогда раньше, основываясь на том, как темная материя изгибает путь обычного звездного света — процесс, известный как «гравитационное линзирование»», — объясняет Кайзер. «Темная материя, по-видимому, вездесуща во Вселенной, но как именно она скапливалась или группировалась с течением времени, по-прежнему сложно количественно оценить для больших участков ночного неба», — говорит он, добавляя, что, собрав больше данных о распределении темной материи, обсерватория Веры Рубин может помочь астрофизикам распознать ее свойства.
Еще одна давняя космическая загадка, которую Рубин мог бы решить, — это поиски Девятой планеты. Константин Батыгин, профессор планетологии Калифорнийского технологического института, написавший несколько научных работ по этой теме, говорит, что телескоп не только «дает реальный шанс напрямую обнаружить Девятую планету, но даже если планета ускользнет от прямого наблюдения, детальное картирование динамической архитектуры внешней Солнечной системы — в частности, орбитального распределения малых тел — предоставит критические проверки гипотезы Девятой планеты». Короче говоря, добавляет он, Обсерватория Веры Рубин намерена произвести революцию в нашем понимании внешней Солнечной системы и готова стать «переломным моментом».
Кейт Паттл, преподаватель кафедры физики и астрономии Лондонского университетского колледжа, говорит, что мало кто из астрономов не в восторге от телескопа Rubin, поскольку он будет составлять карты пространства в масштабах от самых локальных — отслеживая околоземные астероиды в нашей Солнечной системе — до самых крупных, отображая распределение темной материи во Вселенной.
Rubin будет возвращаться к тем же частям неба снова и снова, а это значит, что он откроет новые горизонты в изучении астрономических транзиентов — он будет определять переменные звезды, отслеживать остатки сверхновых по мере их распада и наблюдать очень высокоэнергетические гамма-всплески и изменчивость квазаров, которые являются очень далекими, очень активными галактиками. Делая это, он предоставит беспрецедентное понимание того, как развивается наша Вселенная, а также звезды и галактики в ней».
По словам Приямвады Натараджан, профессора астрономии и физики Йельского университета, обсерватория Рубина собирается побить рекорды по многим направлениям, и все астрономическое сообщество ждет «первого света». Исследование предоставит данные для множества научных проектов, которые позволят одновременно ответить на множество фундаментальных открытых вопросов — от близкой до далекой Вселенной, включая не только сокровищницу галактик, скоплений, квазаров, сверхновых, гамма-всплесков и других транзитных процессов — «Оно также заострит наше представление о Солнечной системе с помощью пока еще не имеющего себе равных перечня околоземных астероидов, объектов пояса Койпера (область ледяных объектов за орбитой Нептуна) — короче говоря, здесь есть что-то для каждого», — говорит она.
Она добавляет, что самой захватывающей находкой было бы, если бы телескоп раскрыл истинную природу темной материи — открытие, которое, несомненно, порадовало бы Веру Рубин.
«В конце концов, именно ее основополагающая работа по обнаружению темной материи в спиральных галактиках в 1970-х годах положила начало этому занятию», — говорит Натараджан. «Перспективы заманчивы — и революции, несомненно, грядут».