Один день на телескопе
Добрый день меня зовут Мусин Марат. Недавно в сообществе проскочило несколько постов от технарей, и я подумал, что мой день тоже может быть интересен.
Я студент-астрофизик Университета штата Миссури, провёл день 15-16 марта, наблюдая галактики в 2,4 метровый телескоп, что находится в местечке Kitt Peak
Один день 15-16 марта - это не опечатка. Телескоп оптический, поэтому работаем мы по ночам. В современной астрофизике это совершенно не обязательно - радиотелескопы могут работать и днём и в дождь и в туман, а уж космическим телескопам земная погода вообще до лампочки... Но начнём по порядку:
Подъём в 14:40. Сразу признаюсь - фото постановочное, я заранее открыл шторы и ставни, чтобы в комнате было хоть что-то видно (зачем эти ставни надо закрывать, расскажу ниже).
На телескопе мы работаем вдвоём с ещё одним студентом, Джейкобом, но сейчас здесь чуть больше народу - после каждой ночи сюда приезжают техники. Они проверяют наш ежедневный отчёт, в который мы вносим все проблемы и сбои (а их много - телескоп не новый, и что-то вылетает постоянно), и по возможности устраняют их (вроде замены микроконтроллера или небольших изменений в софте).
Пока они заняты, лучше их не отвлекать, поэтому я делаю пробежку. Во-первых, нам потом сидеть 10-12 часов в кресле, и лучше хоть немного подвигаться, а во-вторых, тут обалденно красиво и сидеть дома (как это всю неделю делает мой американский коллега, любитель пошпилить в Nintendo) просто преступно.
Поэтому вот моё отражение в стекле (без майки не из позёрства, просто очень по солнышку соскучился - в Миссури почти также пасмурно, как в Москве зимой)...
...и побежали!
Бежать на самом деле трудно - высота около 1950 метров, воздух разрежен, поэтому вниз-то я бегу, а вот вверх только пешком :)
Что первым делом бросается в глаза в Америке (а я тут учусь второй год), так это основательность, с которой они делают любую работу удобной в первую очередь для людей. Вот такая дорога идёт от шоссе 12 миль вверх по серпантину, хотя казалось бы - проложи гравийку, и добирайся на джипе, а мы лучше телескоп побольше построим, но нет!
На горе находятся около 20 телескопов, поэтому дорога обычно не пустует - множество техников, постоянная смена бригад наблюдателей, грузовики с жидким азотом... Но больше всего здесь туристов. И это вторая черта Америки - любую научную деятельность они раскручивают и популяризируют с удивительной эффективностью. Причина для этого, по большому счёту, одна - деньги. Деньги, которые туристы оставляют в сувенирных магазинчиках, и деньги, которые они, как налогоплательщики, будут готовы отдать на науку, если видят, что ей занимаются вот тут - в 50 милях от города и в любой день можно приехать и посмотреть.
Ещё фотография с пробежки, чтобы вы оценили красоту места:
Понятно, что красота - не первый по важности фактор для размещения обсерватории (но и не последний!). В первую очередь это место было выбрано в силу необычного стечения нескольких факторов. Представьте - практически в центре выжженной солнцем равнины в Аризоне расположен небольшой горный массив с одиноким пиком. То есть воздух сухой, его меньше (имеется в виду толщина атмосферы), постоянно ясно, и вокруг нет городов (а кто будет селиться в пустыне?), а значит по ночам нет так называемого светового загрязнения - ни огней городов, ни отражённых от облаков бликов. Именно поэтому телескопы тут плодятся как грибы:
Ещё один момент - так уж природа подгадала, что это райское местечко находится всего в нескольких десятках миль от границы с Мексикой, поэтому пограничники a.k.a. Boarder Patrol - это привычный элемент пейзажа:
Вот на повороте в кармане стоит машина, в внутри сидит суровый дяденька с биноклем и смотрит - не поднимется ли где на горизонте пыль гаучос, пытающихся по бездорожью забраться поглубже в штаты. По бездорожью, потому что на дорогах расположены блок-посты,и мне впервые в Америке пришлось предъявлять паспорт (ну, не считая покупки алкоголя в магазинах). Вообще, как говорят американцы, в Аризоне свободы граждан ограничены больше, чем в каком-либо штате. Представить поголовную (!) проверку документов на дорогах где-нибудь ещё невозможно. Общая черта погранцов во всех странах - отсутствие (ну, или тщательная маскировка)чувства юмора. Когда мы тут были в первый раз, мой научник (китаец) при проверке попытался пошутить, про то, что в компании китайца, русского и двух американцев мексиканец просто не выживет....но как-то шутка не удалась и у нас проверили абсолютно всё :)
Но хватит теории, пробежка окончена, вот мой телескоп (на переднем плане жилые помещения, это к вопросу о том, сколько места занимает сам телескоп, а сколько - бытовые постройки):
Теперь можно позавтракать и начинать готовиться к наблюдениям.
Я тут получаю второе высшее образование, поэтому уже давно уяснил, что из триады "быстро-полезно-дёшево" студент может выбрать только два пункта, но так как за наши наблюдения платит научный руководитель, то выбор очевиден - за эти 7 ночей надо успеть наесться вдоволь и закинуться витаминами в виде свежих фруктов, которых в местных Walmart'ах не найти.
Надо добавить, что до ближайшего магазина ехать час, поэтому всё, что может понадобиться на неделе, мы везём с собой. Обычно народ покупает больше, чем может съесть (страх перед голодной смертью среди астрофизиков почему-то распространён), поэтому по полкам разбросаны банки с арахисовым маслом, кучи макарон, хлопьев и прочего добра.
Слева от телевизора видны сваленные в одну кучу Gatorade и Coca-cola - ночью пьёшь их литрами, ибо сухо и сонно, а так - какой-никакой кофеин.
На часах около 17:00, пора приниматься за дело: возвращаемся в комнату и наглухо закрываем ставни и шторы, чтобы свет из здания не проникал наружу и никому не мешал.
Теперь заправляем сосуд Дьюара нашего телескопа жидким азотом:
Думаю, надо сделать ещё одно отступление.
Несмотря на то, что телескоп наш оптический, то есть он "видит" только ту область спектра, что и мы, напрямую в окуляр никто не смотрит уже лет 40 как, с момента изобретения ПЗС-матриц (тех самых, которые фиксируют изображение в цифровых фотоаппаратах). Действительно, если астроном может смотреть в ночное небо хоть час, и ничего нового не увидит (ну, если не брать в расчёт адаптацию зрачка к темноте), то ПЗС-матрица весь этот час будет накапливать одиночные фотончики, прилетающие от звёзд или галактик, и потом на этом месте можно будет (если повезёт) что-нибудь рассмотреть. А для того, чтобы быть уверенным, что эта маленькая точка на экране не внезапная флуктуация, не темновой ток матрицы,не дефект, а звезда, нужно эту матрицу как можно сильнее охладить.
Рабочая температура нашей матрицы - минус 122 градуса (виднон на маленьком зелёненьком дисплейчике):
...а розовый ящик - это "обвязка" нашей матрицы, называется OSMOS. Примечателен он тем, что за счёт более толстой матрицы (и многих других ухищрений), позволяет делать снимки на границе красного и ближнего инфракрасного спектров, именно там, где нам и нужно. Имея такой прибор, можно не ждать годами приглашения на большой телескоп, а подать заявку на маленький (вроде этого) и всё равно получать достойные результаты.
Дальше нужно открыть купол, чтобы температура внутри сравнялась с уличной (и воздушные потоки не вносили искажений в картинку). И вот ещё одна фотография - это я вам машу рукой на фоне открывающегося купола:
И отсюда наконец-то можно снять настоящего героя моего рассказа - телескоп! Это достаточно обычный рефлектор (то есть свет отражается от зеркал, а не преломляется, проходя сквозь призмы), построенный по схеме Ричи-Кретьена. Чёрное круглое "нечто" сверху - это вспомогательное (малое) зеркало. Главное (которое как раз и равно в диаметре 2,4 метрам) пока закрыто.
Итак, телескоп заправлен, проветрен, включён, ещё раз проверен - теперь пора выключить тут весь свет и перейти в комнату управления, где я и проведу оставшиеся 10 часов :)
Обилие мониторов меня тоже сначала пугало, но потом привык - все они подписаны и логика выдачи информации отработана поколениями наблюдателей.
Хотя иногда, конечно, они выкидывают что-то неожиданное (это те самые выкрутасы телескопа, о которых я писал выше). В этот раз проблема решилась перезагрузкой системы.
Теперь о самом интересном - о картинках!
Вынужден разочаровать - цветных картинок, вроде тех, что публикуются на сайтах любителей астрофотографии, мы не делаем. Информацию о галактиках (а именно на них мы охотились в этот раз) проще получить, если точно знаешь длину волны, с которой сделан снимок (для этого мы используем узкополосные фильтры). Поэтому наши снимки чёрно-белые. Примерно такие:
Они "сырые" - чтобы понять, получили ли мы чего-нибудь, их надо почистить, наложить несколько снимков вместе, убрать шумы и потом...можно опять ничего не найти. Дело в том, что мы сейчас пытаемся обнаружить галактики, которые очень ярко "светят" в радиодиапазоне, но ни в инфракрасном, ни в оптическом спектре их не обнаружили. Так что велик шанс, что и мы их не найдём. Однако, это нас не расстроит! Во-первых, это задаст нижнюю планку звёздной величины (чем звёздная величина больше, тем объект тусклее), а это уже немало, а во-вторых, в науке отрицательный результат всегда может стать положительным! Самый яркий пример - опыт Майкельсона-Морли, которые так и не обнаружили эфира, зато впоследствии опыт стал одним из первых практических подтверждений правоты Эйнштейна.
Ну, вроде, дело пошло, телескоп работает, каждый снимок - это 12 минут, когда телескоп неподвижен, шторка матрицы открыта и фотоны накапливаются, и пока наша работа - проверить качество снимков и, если нужно, подправить фокус телескопа или систему слежения, которая компенсирует суточное вращение Земли. Вот на правом мониторе снизу на чёрном экране видно, что все точки укладываются на заданную кривую гауссианы, значит всё в порядке - фокус телескопа в норме, можно расслабиться:
И тут каждый проводит время, как хочет. Кто-то в интернете сидит
Ну, а я делаю домашку по оптике - война войной, а занятия в институте никто не отменял, и пока мы тут сидим, нам по почте сбрасывают лекции и задания
Периодически посматриваем на экран, куда выводятся наши снимки, прошедшие первичную обработку. Иногда попадаются вот такие красивые спиральные галактики. И пусть они не цветные, настоящий астроном обладает хорошим воображением, чтобы понимать, что это за красота, и как она там крутится и светится, далеко-далеко в космосе!
На часах почти пять утра. Наблюдения в разгаре - у нас ещё час до начала рассвета, каждая секунда на счету. В это время все действия уже на автомате: получил снимок, ввёл новые координаты, нашёл новую звезду для слежения, проверил параметры, запустил выдержку (по английски это звучит Integration - накопление), проверил предыдущий снимок - свободен на 12 минут. В такое время меньше всего хочется каких-нибудь проблем. Ну, в эту ночь обошлось, так что можно и попозировать перед входом в серверную:
Шесть утра - начинается рассвет. Сейчас надо успеть сделать несколько снимков светлеющего неба без звёзд - это пригодится потом, когда будем чистить снимки. Небо постепенно становится светлее, светлее и вот, наступает момент, когда даже минимальная выдержка приводит к полной засветке снимка. Это saturation; это насыщение; это конец наших наблюдений. На вспомогательном экране насыщение обозначается красным цветом, поэтому в конце у нас вот такой снимок:
Мне он всё время напоминает финальные кадры из "Неуловимых мстителей", помните, когда они уходят в закат? Вот и для нас этот огромный красный круг означает конец фильма на сегодня. Пора закрывать купол, снова заправлять жидким азотом сосуд Дьюара, выключать телескоп, и, как написано в официальной (!!) инструкции к телескопу, найти пару минут, чтобы полюбоваться рассветом :)
Ну, вроде, ничего не забыли, отчёт написан, телескоп выключен и, попыхивая испаряющимся азотом, уснул до следующей ночи. Самое время пропустить стаканчик калифорнийского и отметить 50-летие открытия квазаров (вообще-то тут сухой закон, но раз уж даже научник сюда не заезжает без пива, то и я смысла не вижу :)
Вот и всё, мой день подошёл к концу, надеюсь, было не скучно, а местами, может, и интересно!
Я студент-астрофизик Университета штата Миссури, провёл день 15-16 марта, наблюдая галактики в 2,4 метровый телескоп, что находится в местечке Kitt Peak
Один день 15-16 марта - это не опечатка. Телескоп оптический, поэтому работаем мы по ночам. В современной астрофизике это совершенно не обязательно - радиотелескопы могут работать и днём и в дождь и в туман, а уж космическим телескопам земная погода вообще до лампочки... Но начнём по порядку:
Подъём в 14:40. Сразу признаюсь - фото постановочное, я заранее открыл шторы и ставни, чтобы в комнате было хоть что-то видно (зачем эти ставни надо закрывать, расскажу ниже).
На телескопе мы работаем вдвоём с ещё одним студентом, Джейкобом, но сейчас здесь чуть больше народу - после каждой ночи сюда приезжают техники. Они проверяют наш ежедневный отчёт, в который мы вносим все проблемы и сбои (а их много - телескоп не новый, и что-то вылетает постоянно), и по возможности устраняют их (вроде замены микроконтроллера или небольших изменений в софте).
Пока они заняты, лучше их не отвлекать, поэтому я делаю пробежку. Во-первых, нам потом сидеть 10-12 часов в кресле, и лучше хоть немного подвигаться, а во-вторых, тут обалденно красиво и сидеть дома (как это всю неделю делает мой американский коллега, любитель пошпилить в Nintendo) просто преступно.
Поэтому вот моё отражение в стекле (без майки не из позёрства, просто очень по солнышку соскучился - в Миссури почти также пасмурно, как в Москве зимой)...
...и побежали!
Бежать на самом деле трудно - высота около 1950 метров, воздух разрежен, поэтому вниз-то я бегу, а вот вверх только пешком :)
Что первым делом бросается в глаза в Америке (а я тут учусь второй год), так это основательность, с которой они делают любую работу удобной в первую очередь для людей. Вот такая дорога идёт от шоссе 12 миль вверх по серпантину, хотя казалось бы - проложи гравийку, и добирайся на джипе, а мы лучше телескоп побольше построим, но нет!
На горе находятся около 20 телескопов, поэтому дорога обычно не пустует - множество техников, постоянная смена бригад наблюдателей, грузовики с жидким азотом... Но больше всего здесь туристов. И это вторая черта Америки - любую научную деятельность они раскручивают и популяризируют с удивительной эффективностью. Причина для этого, по большому счёту, одна - деньги. Деньги, которые туристы оставляют в сувенирных магазинчиках, и деньги, которые они, как налогоплательщики, будут готовы отдать на науку, если видят, что ей занимаются вот тут - в 50 милях от города и в любой день можно приехать и посмотреть.
Ещё фотография с пробежки, чтобы вы оценили красоту места:
Понятно, что красота - не первый по важности фактор для размещения обсерватории (но и не последний!). В первую очередь это место было выбрано в силу необычного стечения нескольких факторов. Представьте - практически в центре выжженной солнцем равнины в Аризоне расположен небольшой горный массив с одиноким пиком. То есть воздух сухой, его меньше (имеется в виду толщина атмосферы), постоянно ясно, и вокруг нет городов (а кто будет селиться в пустыне?), а значит по ночам нет так называемого светового загрязнения - ни огней городов, ни отражённых от облаков бликов. Именно поэтому телескопы тут плодятся как грибы:
Ещё один момент - так уж природа подгадала, что это райское местечко находится всего в нескольких десятках миль от границы с Мексикой, поэтому пограничники a.k.a. Boarder Patrol - это привычный элемент пейзажа:
Вот на повороте в кармане стоит машина, в внутри сидит суровый дяденька с биноклем и смотрит - не поднимется ли где на горизонте пыль гаучос, пытающихся по бездорожью забраться поглубже в штаты. По бездорожью, потому что на дорогах расположены блок-посты,и мне впервые в Америке пришлось предъявлять паспорт (ну, не считая покупки алкоголя в магазинах). Вообще, как говорят американцы, в Аризоне свободы граждан ограничены больше, чем в каком-либо штате. Представить поголовную (!) проверку документов на дорогах где-нибудь ещё невозможно. Общая черта погранцов во всех странах - отсутствие (ну, или тщательная маскировка)чувства юмора. Когда мы тут были в первый раз, мой научник (китаец) при проверке попытался пошутить, про то, что в компании китайца, русского и двух американцев мексиканец просто не выживет....но как-то шутка не удалась и у нас проверили абсолютно всё :)
Но хватит теории, пробежка окончена, вот мой телескоп (на переднем плане жилые помещения, это к вопросу о том, сколько места занимает сам телескоп, а сколько - бытовые постройки):
Теперь можно позавтракать и начинать готовиться к наблюдениям.
Я тут получаю второе высшее образование, поэтому уже давно уяснил, что из триады "быстро-полезно-дёшево" студент может выбрать только два пункта, но так как за наши наблюдения платит научный руководитель, то выбор очевиден - за эти 7 ночей надо успеть наесться вдоволь и закинуться витаминами в виде свежих фруктов, которых в местных Walmart'ах не найти.
Надо добавить, что до ближайшего магазина ехать час, поэтому всё, что может понадобиться на неделе, мы везём с собой. Обычно народ покупает больше, чем может съесть (страх перед голодной смертью среди астрофизиков почему-то распространён), поэтому по полкам разбросаны банки с арахисовым маслом, кучи макарон, хлопьев и прочего добра.
Слева от телевизора видны сваленные в одну кучу Gatorade и Coca-cola - ночью пьёшь их литрами, ибо сухо и сонно, а так - какой-никакой кофеин.
На часах около 17:00, пора приниматься за дело: возвращаемся в комнату и наглухо закрываем ставни и шторы, чтобы свет из здания не проникал наружу и никому не мешал.
Теперь заправляем сосуд Дьюара нашего телескопа жидким азотом:
Думаю, надо сделать ещё одно отступление.
Несмотря на то, что телескоп наш оптический, то есть он "видит" только ту область спектра, что и мы, напрямую в окуляр никто не смотрит уже лет 40 как, с момента изобретения ПЗС-матриц (тех самых, которые фиксируют изображение в цифровых фотоаппаратах). Действительно, если астроном может смотреть в ночное небо хоть час, и ничего нового не увидит (ну, если не брать в расчёт адаптацию зрачка к темноте), то ПЗС-матрица весь этот час будет накапливать одиночные фотончики, прилетающие от звёзд или галактик, и потом на этом месте можно будет (если повезёт) что-нибудь рассмотреть. А для того, чтобы быть уверенным, что эта маленькая точка на экране не внезапная флуктуация, не темновой ток матрицы,не дефект, а звезда, нужно эту матрицу как можно сильнее охладить.
Рабочая температура нашей матрицы - минус 122 градуса (виднон на маленьком зелёненьком дисплейчике):
...а розовый ящик - это "обвязка" нашей матрицы, называется OSMOS. Примечателен он тем, что за счёт более толстой матрицы (и многих других ухищрений), позволяет делать снимки на границе красного и ближнего инфракрасного спектров, именно там, где нам и нужно. Имея такой прибор, можно не ждать годами приглашения на большой телескоп, а подать заявку на маленький (вроде этого) и всё равно получать достойные результаты.
Дальше нужно открыть купол, чтобы температура внутри сравнялась с уличной (и воздушные потоки не вносили искажений в картинку). И вот ещё одна фотография - это я вам машу рукой на фоне открывающегося купола:
И отсюда наконец-то можно снять настоящего героя моего рассказа - телескоп! Это достаточно обычный рефлектор (то есть свет отражается от зеркал, а не преломляется, проходя сквозь призмы), построенный по схеме Ричи-Кретьена. Чёрное круглое "нечто" сверху - это вспомогательное (малое) зеркало. Главное (которое как раз и равно в диаметре 2,4 метрам) пока закрыто.
Итак, телескоп заправлен, проветрен, включён, ещё раз проверен - теперь пора выключить тут весь свет и перейти в комнату управления, где я и проведу оставшиеся 10 часов :)
Обилие мониторов меня тоже сначала пугало, но потом привык - все они подписаны и логика выдачи информации отработана поколениями наблюдателей.
Хотя иногда, конечно, они выкидывают что-то неожиданное (это те самые выкрутасы телескопа, о которых я писал выше). В этот раз проблема решилась перезагрузкой системы.
Теперь о самом интересном - о картинках!
Вынужден разочаровать - цветных картинок, вроде тех, что публикуются на сайтах любителей астрофотографии, мы не делаем. Информацию о галактиках (а именно на них мы охотились в этот раз) проще получить, если точно знаешь длину волны, с которой сделан снимок (для этого мы используем узкополосные фильтры). Поэтому наши снимки чёрно-белые. Примерно такие:
Они "сырые" - чтобы понять, получили ли мы чего-нибудь, их надо почистить, наложить несколько снимков вместе, убрать шумы и потом...можно опять ничего не найти. Дело в том, что мы сейчас пытаемся обнаружить галактики, которые очень ярко "светят" в радиодиапазоне, но ни в инфракрасном, ни в оптическом спектре их не обнаружили. Так что велик шанс, что и мы их не найдём. Однако, это нас не расстроит! Во-первых, это задаст нижнюю планку звёздной величины (чем звёздная величина больше, тем объект тусклее), а это уже немало, а во-вторых, в науке отрицательный результат всегда может стать положительным! Самый яркий пример - опыт Майкельсона-Морли, которые так и не обнаружили эфира, зато впоследствии опыт стал одним из первых практических подтверждений правоты Эйнштейна.
Ну, вроде, дело пошло, телескоп работает, каждый снимок - это 12 минут, когда телескоп неподвижен, шторка матрицы открыта и фотоны накапливаются, и пока наша работа - проверить качество снимков и, если нужно, подправить фокус телескопа или систему слежения, которая компенсирует суточное вращение Земли. Вот на правом мониторе снизу на чёрном экране видно, что все точки укладываются на заданную кривую гауссианы, значит всё в порядке - фокус телескопа в норме, можно расслабиться:
И тут каждый проводит время, как хочет. Кто-то в интернете сидит
Ну, а я делаю домашку по оптике - война войной, а занятия в институте никто не отменял, и пока мы тут сидим, нам по почте сбрасывают лекции и задания
Периодически посматриваем на экран, куда выводятся наши снимки, прошедшие первичную обработку. Иногда попадаются вот такие красивые спиральные галактики. И пусть они не цветные, настоящий астроном обладает хорошим воображением, чтобы понимать, что это за красота, и как она там крутится и светится, далеко-далеко в космосе!
На часах почти пять утра. Наблюдения в разгаре - у нас ещё час до начала рассвета, каждая секунда на счету. В это время все действия уже на автомате: получил снимок, ввёл новые координаты, нашёл новую звезду для слежения, проверил параметры, запустил выдержку (по английски это звучит Integration - накопление), проверил предыдущий снимок - свободен на 12 минут. В такое время меньше всего хочется каких-нибудь проблем. Ну, в эту ночь обошлось, так что можно и попозировать перед входом в серверную:
Шесть утра - начинается рассвет. Сейчас надо успеть сделать несколько снимков светлеющего неба без звёзд - это пригодится потом, когда будем чистить снимки. Небо постепенно становится светлее, светлее и вот, наступает момент, когда даже минимальная выдержка приводит к полной засветке снимка. Это saturation; это насыщение; это конец наших наблюдений. На вспомогательном экране насыщение обозначается красным цветом, поэтому в конце у нас вот такой снимок:
Мне он всё время напоминает финальные кадры из "Неуловимых мстителей", помните, когда они уходят в закат? Вот и для нас этот огромный красный круг означает конец фильма на сегодня. Пора закрывать купол, снова заправлять жидким азотом сосуд Дьюара, выключать телескоп, и, как написано в официальной (!!) инструкции к телескопу, найти пару минут, чтобы полюбоваться рассветом :)
Ну, вроде, ничего не забыли, отчёт написан, телескоп выключен и, попыхивая испаряющимся азотом, уснул до следующей ночи. Самое время пропустить стаканчик калифорнийского и отметить 50-летие открытия квазаров (вообще-то тут сухой закон, но раз уж даже научник сюда не заезжает без пива, то и я смысла не вижу :)
Вот и всё, мой день подошёл к концу, надеюсь, было не скучно, а местами, может, и интересно!