Національне надбання: радіотелескоп під Харковом
Неподалік залізничної станції Гракове на Харківщині працює найбільший у світі Т-подібний радіотелескоп декаметрових хвиль - УТР-2
У школі нас учили, що всі зірки, які ми бачимо на нічному небосхилі, - це і є наша Галактика під назвою Чумацький шлях. Відстані у сотні мільйонів світлових років, двісті мільярдів зірок, причому наше любе Сонце розташоване не на найпочеснішому місці, а на околиці Галактики.
Виникає питання: чи можна - і якщо так, то як саме - по-справжньому досліджувати численні об'єкти всесвіту, і якого рівня досягла в цьому плані сучасна наука?
УНІКАЛЬНІ УКРАЇНСЬКІ ТЕЛЕСКОПИ: УТР-2 І ГУРТ
Астрономи, каже директор харківського Радіоастрономічного інституту НАН України, доктор фізико-математичних наук, член-кореспондент НАНУ В'ячеслав Захаренко, на відміну від астрологів, спілкуються з космосом за допомогою точних інструментів - телескопів, що працюють в оптичному, інфрачервоному, ультрафіолетовому діапазонах, а також - за допомогою рентгенівських і гамма-телескопів. Деякі з цих інструментів навіть виносять в космос на спеціальних космічних апаратах.
Осібно стоять радіотелескопи. Вони здатні перехопити космічні радіохвилі на різних частотах - аж до низькочастотного декаметрового діапазону, але через великі розміри поки не можуть бути винесені в космос. Тому вся земна куля, немов павутинням, обплутана мережами різних телескопів і радіотелескопів, які досліджують Всесвіт, уточнюють розміри космічних об'єктів, міжзоряні відстані, виявляють, з якої речовини вони складаються, на якій стадії еволюції перебувають і, не дай боже, чи не небезпечні для нашої Землі.
Є такі інструменти й в Україні, яка має особливе місце у всехвильовий астрофізиці, адже проводить низькочастотні радіоастрономічні дослідження в декаметровому й метровому діапазонах хвиль. Великий комплекс таких інструментів розташований не де-небудь, а під Харковом, неподалік залізничної станції Гракове, між селами Іванівка та Волохів Яр. Мова про найбільший у світі український Т-подібний радіотелескопі під скороченою назвою УТР-2 і телескоп нового покоління ГУРТ, що в перекладі означає "гігантський український радіотелескоп". Скажу більше, таких чутливих інструментів для вивчення Всесвіту на низьких радіочастотах немає ніде в світі. І створені вони науковими співробітниками нашого інституту. Ось карта, ось точка: "Гракове". Їдьте на місце, самі все побачите!
...Тут, за 70 кілометрів від Харкова, за годину їзди по трасі "Київ-Харків-Довжанський" на площі розміром приблизно в 25 футбольних полів (150 тис. кв м) у чистім полі за придорожньою лісосмугою перед вами відкривається фантастична картина: на сонці виблискують дивовижні конструкції заввишки понад три метри кожна. Як ми дізналися пізніше, це диполя - елементи антени радіотелескопа УТР-2. Таких елементів не сто, не двісті, а 2040. За ними - поле, "засіяне" антенами радіотелескопа ГУРТ загальною кількістю у півтисячі.
ПРО ВАХТОВИЙ МЕТОД У НАУЦІ, КАВУНИ З-ПІД ТЕЛЕСКОПА Й СИГНАЛИ КАССІОПЕЇ
Щоб познайомитися з комплексом, треба під'їхати до нього ближче.
Біля вказівника "568-й кілометр" звертаємо з траси ліворуч. Ще півкілометра по дорозі - і шлях перегороджує шлагбаум. Обережно (хоча ми начебто домовилися про приїзд) відводимо шлагбаум убік і проїжджаємо ще з кілометр. Тут тихе царство осені: під'їзна алея до двоповерхового будинку зі скромною табличкою: "Національна академія наук України.
Радіоастрономічний інститут. Радіоастрономічна обсерваторія ім. С. Я Брауде" всипана золотими листям, над хризантемами дзижчать бджоли, в кронах лип щебечуть птахи, кішка гріється на сонці, в тіні кущів ховаються вольєри, де поважно походжають павичі й фазани.
Спокійно, тут усе по черзі, як і має бути у великій науці. Двері відчиняються, і нас зустрічають господарі цієї пишноти: той, що стариший, - начальник охорони Володимир Чумак, інший, молодший, старший технік Олексій Михайлов: "Ласкаво просимо, ми на вас чекаємо. Чергова зміна наукових співробітників поїхала зі звітом до Харкова, наступна прибуде лише на ніч. Але ми покажемо вам усе, що треба, розповімо, що знаємо. Хочете більше - це вже в Харкові, у Радіоастрономічному інституті".
...По дорозі до антен дізнаємося, що радіоастрономія зовсім не кабінетна наука, вірніше, не лише кабінетна. Виявляється, в Інституті діють групи науковців-ентузіастів, які приїжджають сюди з Харкова виявляти і реєструвати радіосигнали з космосу - ті, які вловлюють надчутливі антени. Ці групи працюють позмінно. Відчергують тиждень-два, а то й більше, оброблять частину даних на місці - і назад, до Харкова, з жорсткими комп'ютерними дисками, щоб проаналізувати результати цілодобового моніторингу космосу за допомогою найновіших комп'ютерів. Їх змінює чергова група вчених: спостереження за космосом не допускає жодних перерв.
Четверо техніків і двоє охоронців, розповідає Володимир Чумак, теж працюють цілодобово, за принципом доба-дві. Умови для відпочинку підходящі. На другому поверсі будівлі обладнані вісім спалень з необхідними меблями, є спільна кухня-їдальня з електроплитою, холодильником, встановлено бойлер, є душова з гарячою водою і туалети. Наукових співробітників возить до Харкова і назад мікроавтобус інституту. Охоронці й техніки живуть неподалік: у Чугуєві, Іванівці, Волоховому Яру або в Михайлівці. Багато хто з них улітку їздить на роботу велосипедами або мотоциклами. Узимку, звісно, рейсовими автобусами або попутками. Робочий день - з 08:00 до 17:00.
Щодо охоронних дій, то, за словами Володимира, щодві години треба обійти-перевірити, де пішки, де на велосипеді, вночі - з великим залізничним ліхтарем. Сигналізація навколо антен двоконтурна: виявить і зайця, і собаку. Щоправда, хитра ласка якось проникла на територію зони з боку парадного в'їзду, і таки потягла з вольєра фазаниху. Люди? Чужих тут немає, а свої знають: територія під охороною. Був випадок, намагалися вкрасти кабель, але коли дізналися, що кабель під землею, в тунелях, а входи замуровані - спроби припинилися.
За розмовою непомітно подолали відстань до антен. Ось вони, працюють без утоми, незамінні й унікальні. Харківська марка, найкраща в світі.
Цілодобово антени радіотелескопа УТР-2 і ще потужніші антени радіотелескопа ГУРТ, наведені з землі на конкретні космічні об'єкти, вловлюють радіосигнали з космосу. Потім ці сигнали надходять по кабелях, прокладених у трьох бетонних підземних тунелях заввишки 2 метри і завдовжки по 900 метрів кожен, до приймальниів-реєстраторів, зібрані на базі п'яти комп'ютерів. Комп'ютери знаходяться в обчислювальному центрі, який розташований на першому поверсі адміністративної будівлі. Тут-таки є сервер, призначений для збтрання та експрес-обробки всієї інформації. Ще один комп'ютер відповідає за наведення УТР-2. За програмами, розробленими вченими Радіоастрономічного інституту, він забезпечує наведення антен на ту чи іншу ділянку неба. Решті комп'ютерам залишається лише записати отримані сигнали, а вже вчені їх опрацюють і зроблять відповідні висновки, зокрема й для світової науки.
Як пояснює технік Олексій, антени треба берегти.
- Це не просто унікальне, але й дуже дороге обладнання, яке має статус Національного надбання України. Антенне господарство постійно підтримується в робочому стані, можна сказати, що витрати - це зарплата обслуговуючого персоналу за п'ятдесят років. Не дай Боже, у спеку загориться трава біля антен, - біда буде. Нещодавно за лісопосадкою горіла пшениця в полі, так із райцентру приїжджала пожежна команда з водовозки, гасили кілька годин, щоб на наше господарство полум'я не пішло. Траву навколо антен регулярно косимо, бачите, валки сушаться на сонці. Це сіно місцеві жителі заберуть на корм худобі. Сіно цілком безпечне, адже самі антени нічого не випромінюють, вони лише приймають радіосигнали. На вільних майданчиках наші співробітники навіть кавуни для себе садять. Та от вони, визирають зі скошеної трави, пригощайтеся! (Кавун з чистого поля поруч з антенами здався навіть смачнішим за звичайний — авт.).
Поряд з антенами чути неголосне рівне гудіння. Вони так "розмовляють"?
- Та ні, - сміється Олексій, - це бджоли гудуть, квітів навколо багато. Антени просто працюють, вдень націлені на Сонце, вночі - на інші космічні джерела. Вночі, наприклад, наукові співробітники, які приїдуть на перезмінку, ловитимуть сигнали із сузір'я Кассіопея.
Уявляєте? Ось робота у людей - досліджувати зірки. А раптом спіймають сигнали інших цивілізацій, і ми зрозуміємо, що ми не самі, й ганьба нам буде, що не вміємо жити в мирі та радості...
ЧОМУ МИ ПОКИ НЕ ЗЛОВИЛИ СИГНАЛИ ІНШИХ ЦИВІЛІЗАЦІЙ
Завідувач відділом декаметроої радіоастрономії Радіоастрономічного інституту, кандидат фізико-математичних наук Олег Ульянов, з яким ми зустрілися одразу після повернення з Гракового, прокоментував нам ці дослідження:
- Щодо миру й радості згоден. А ось зловити сигнали інших цивілізацій найближчим часом не вийде - бракує потужності передавачів: вона повинна бути порівнянна з потужністю випромінювання об'єктів, які ми реєструємо нашими надчутливими приймачами й антенами. У світі ще немає передавачів, здатних досягти таких потужностей. Ви пробували побачити вогник сірника, дивлячись на нього крізь полум'я багаття? Не побачите. Так і у нас, в радіоастрономії. На відміну від оптики, у низькочастотному радіодіапазоні наша Галактика палахкотить, маючи яскравісну температуру від 20 тисяч до 100 тисяч градусів. Це те саме багаття, всередині якого ми перебуваємо. Температура у фотосфері Сонця всього 5400 градусів, але вже в сонячній короні вона досягає мільйонів градусів. Тому ми можемо реєструвати не теплове випромінювання Сонця, а процеси, що відбуваються в його околицях, у короні. У радіодіапазоні є ймовірність зареєструвати зірки, що спалахують, хоча природа цих спалахів до кінця не вивчена.
Завдання вчених - моніторинг ситуації, накопичення результатів спостережень, здійснюваних протягом десятків і сотень годин, кількох років і навіть десятиліть. Яка користь від цього людству? - Ми передаємо свої знання новим поколінням, щоб наука прискорено розвивалася й давала можливість практично використовувати ці знання. Наукова школа, подібна до харківської, створюється десятиліттями, а може, й століттями. Її треба берегти, підтримувати матеріально й морально. Адже, як показує історія, будь-яку наукову школу можна зруйнувати майже миттєво. До прикладу, саме так під час Другої світової війни було зруйновано провідну тоді у світі німецьку школу фізики: просто не стало загиблої під бомбардуваннями унікальної апаратури, як і самих учених.
За словами Олега Михайловича, радіотелескоп УТР-2 можна "навести" на 2 мільйони "точок" у небі. ГУРТ поки трохи скромніший, але вчені розраховують, що з часом він перевершить УТР-2: "Це підстава для гордості за вітчизняну науку, за свою країну".
- Інша справа, - нарікає він, - що ми поки що возимо жорсткі диски з результатами спостережень Погоди до Харкова автобусом: немає високошвидкісного інтернету. Оптоволоконна лінія зв'язку готова, чекаємо на підключення. Уся справа в грошах, мінімальна потреба - 80 тис. грн на рік. Ми і траву біля антен косимо самі, йне лише в протипожежних цілях: висока трава, як і кущі, створює для радіохвиль шкідливе відбиття, а перешкоди нам непотрібні, непотрібні зайві витрати. Наприклад, антени того-таки ГУРТа з метою економії зроблено не з сталі, яку доводиться періодично фарбувати, захищаючи від атмосферних впливів, причому вартість фарбування - кілька сотень тисяч гривень, а з економічних металопластикових труб.
МИ ОДНІ У СВІТІ "ЛОВИМО" РАДІОХВИЛІ НА НАЙНИЖЧИХ ЧАСТОТАХ З ПОВЕРХНІ ЗЕМЛІ
- За допомогою радіотелескопів УТР-2 і ГУРТ здійснюється з десяток ключових дослідницьких програм, - продовжує розповідь Олег Ульянов. - Це піонерські дослідження рекомбінаційних радіоліній під керівництвом академіка НАН України Олександра Коноваленка, дослідження Сонця, залишків спалахів наднових зірок і областей іонізованого водню, міжзоряного й міжпланетного середовища, позагалактичних об'єктів, радіоштормів Юпітера й блискавок на Сатурні (до речі, керівник сатурніади - директор інституту, членкор НАНУ В'ячеслав Захаренко), пульсарів. Паралельно конструюються нові антени: адже ми "ловимо" радіохвилі на найнижчих частотах, реєструючи їх з поверхні Землі. Цього не робить ніхто в світі.
Яке це має значення для людини? - Викиди корональних мас Сонця впливають на магнітне поле Землі, а значить, і на нас із вами. Під час активності Сонця у багатьох людей підвищується тиск: вчасно прийми ліки - і живи далі! Як висновок: ми підходимо до можливості прогнозування космічної погоди. Радіоастрономічний інститут має партнерів у десятках країн Європи, Азії та США. Завдяки спільній роботі з нашими радіотелескопами вчені всього світу можуть зробити висновки про будову й розвиток гігантського космічного організму – Галактики і позагалактичних об'єктів.
Підсумковий коментар ми попросили у директора Радіоастрономічного інституту НАНУ, члена-кореспондента НАНУ В'ячеслава Захаренка.
- Наш інститут проводить дослідження Всесвіту навіть не з моменту свого заснування в 1985 році, а ще раніше - з 1971 року, з моменту створення під керівництвом академіка АН УРСР Семена Яковича Брауде декаметрового радіотелескопа УТР-1, а потім і УТР-2 - на базі Інституту радіофізики і електроніки АН УРСР (Харків), - говорить Захаренко. - Але й після створення УТР-2 харківські вчені не зупинилися, а створили ще чотири додаткові радіотелескопи (1976-1993 рр.), які разом із гігантом УТР-2 становлять єдиний інструмент - інтерферометр УРАН. Його антени розташовані в місті Змієві Харківської області, а також у селі Степанівка поблизу Полтави, потім - на території Волинської області й іще - під Одесою, назагал вони охоплюють території в 900 км зі сходу на захід і близько 600 км з півночі на південь.
- Зазвичай в українського читача спрацьовує стереотип, що все найзначніше було зроблено за Радянського Союзу, а зараз учені лише користуються тогочасними досягненнями.
- Не применшуючи тих досягнень, одразу можу спростувати цей міф і підбадьорити наших читачів. Без постійної модернізації радіотелескопів і радіоастрономічної техніки, без результатів світового рівня, одержуваних на УТР-2 і в системі УРАН, наші радіотелескопи давно пішли б в історію, як пішли й уже розібрані на запчастини чимало радіотелескопів у всьому світі. Приміром, зараз відкрито близько 2,5 тисяч пульсарів – екзотичних залишків вибухів наднових зірок. До 2010 року в декаметровому діапазоні усіма радиотелескопами світу було виявлено радіовипромінювання всього 12 таких об'єктів. Ми додали до цього списку ще 30.
САТУРНІАНСЬКІ БЛИСКАВКИ ВПЕРШЕ НА ПОВЕРХНІ ЗЕМЛІ ЗАФІКСОВАНІ УТР-2
- У 2006 році завдяки УТР-2, - говорить В'ячеслав Захаренко, - вперше у світі наземний інструмент зафіксував наявність розрядів блискавок в атмосфері Сатурна - інопланетних блискавок (ред. - за цю роботу Захаренко з колегами отримали премію НАНУ імені С. Я. Брауде).
- А хто це може повторити? Є такі радіотелескопи в світі?
- На поверхні Землі - ніхто. Ми навіть потерпаємо від того, що порівнянних за ефективністю інструментів немає в жодної країни світу, і підтвердження наших результатів, а це в науці надзвичайно важливо, потребує дуже серйозних зусиль. Так, факт наявності тих самих сигналів блискавок на Сатурні підтверджено дослідженнями, здійсненими з орбіти Сатурна космічним апаратом "Кассіні" (США). Згодом, у 2014 році, опубліковані наші результати про відкриття тонкої тимчасової структури цих блискавок, адже приймальна апаратура УТР-2 має часову роздільну здатність на 10 000 кращу, ніж приймач на "Кассіні". До того ж, сам космічний апарат у вересні 2017 року відправлений углиб хмарного покриву газового гіганта і припинив існування. Тепер місі дослідження сатурніанських блискавок покладено тільки на УТР-2.
ПРО МРІЇ АСТРОНОМІВ ВСЬОГО СВІТУ
- Знаю, що в Граково введено в експлуатацію першу чергу новітнього радіотелескопа харківської марки під назвою ГУРТ...
- Мрія астрономів усього світу – створити радіотелескоп з площею 1 млн. кв. м. На нашій обсерваторії імені Брауде, де розміщений УТР-2, достатньо місця для того, щоб ГУРТ досяг і навіть перевершив цей масштаб. Уже зараз для ГУРТу встановлено 550 антенних елементів із рекордною чутливістю. Все це стало можливе завдяки тому, що з 2006 року Національна академія наук України створила спеціальну програму і виділяє на це приблизно по 1 млн грн на рік. Першу чергу ГУРТу введено в експлуатацію в 2015 році. Зараз установка антен триває, хоча темпи повинні бути значно вищі.
- Питання впирається в гроші?
- Звісно. Це дуже масштабний проект. Достатньо сказати, що подібний, але більш високочастотний глобальний світовий проект Square Kilometre Array ("Один квадратний кілометр") фінансують більш як 10 високотехнологічних країн, зокрема, Велика Братания, Італія, Канада, і він має початковий бюджет у 1,5 млрд євро. Ми ж за обмеженого фінансування вважаємо за краще вкладати кошти тільки в нові розробки: ГУРТ і його блоки - це вже цифрові схеми фазування антен.
- Які ще завдання вирішує Радіоастрономічний інститут?
- Дослідження інституту, де працюють близько 300 чоловік, включно з трьома академіками й чотирма членами-кореспондентами НАНУ, близько 30-ма докторами й понад 50-ма кандидатами наук, крім декаметрової і міліметрової радіоастрономії охоплюють широкий спектр наукових напрямів, пов'язаних з вивченням далекого і близького космосу. Це молекулярна спектроскопія, яка досліджує спектри молекул, що знаходяться в космосі, і тих, які забруднюють атмосферу нашої планети. Це дослідження таких важливих складових оболонок Землі, як іоносфера, радіаційні пояси, озоновий шар. Здійснюємо й радіофізичне дослідження ближнього космосу з антарктичної станції "Академік Вернадський".
Для відкриття таємниць Всесвіту радіотелескопи повинні бути ще чутливіші й установити їх потрібно не тільки на Землі, але й на зворотному боці Місяця. Такий проект нами вже розроблено. Символічно буде, якщо, як ми очікуємо, новий радіотелескоп харківської марки "примісячиться" неподалік кратера, названого на честь академіка Брауде...
Свіжа новина: доробок харківських радіоастрономів висунуто на здобуття Державної премії України в галузі науки й техніки 2018 року. Йдеться про здійснені тут дослідженнях радіовипромінювання Всесвіту на низькочастотних декаметрових хвилях - одних із найважливіших за своєю інформативністю в сучасній всехвильовій астрономії. Проведені дослідження та їх результати закріплюють пріоритет України і забезпечують її інтеграцію в європейський і світовий науковий простір, включно з приєднанням до сучасних світових мереж наземних і космічних радіотелескопів.
Світлана Лігостаєва, Харків
Фото В'ячеслава Мадієвського, Укрінформ та надані Радіоастрономічним інститутом