27 сентября 2017Переменная
4889

Звездное небо надо мной

Мешает ли астрономам изменение климата

текст: Наталья Парамонова
Detailed_pictureСтроительство телескопа в чилийской пустыне Атакама© Princeton University

Текст продолжает проект об экологии «Переменная».

Передовая астрономия — это дорого и долго. Строительство современных телескопов занимает несколько лет и стоит больших денег. Закупка современного телескопа с зеркалом 2,5 м для обсерватории МГУ на Северном Кавказе обошлась, по данным, приведенным в «Газете.ру», в 14,2 млн евро. Строительство самого большого, 40-метрового, телескопа в мире в пустыне Атакама в Чили обойдется в сумму более одного миллиарда евро. Тем временем климат-то меняется. Так вот строишь, тратишь деньги, а потом раз — а звезд-то не видно.

У астрономов свое представление о хороших условиях наблюдения, и сводится оно к понятию «астроклимат». Чем он лучше, тем больше объектов можно увидеть с Земли во Вселенной. Над Москвой плохой астроклимат, здесь разве что Венеру увидишь, и то если небо не заволокло выбросами из Капотни. В Санкт-Петербурге ситуация не сильно лучше. Здесь расположена знаменитая российская обсерватория — Пулковская. Однако вести на ее телескопах передовые астрономические исследования не получится. Собственно, это беда всех старых обсерваторий, которые строили вблизи городов: смотреть на звезды мешает городское освещение.

«Пулковская, Римская, Ватиканская, Гринвичская обсерватории. Безусловно, в них можно что-то делать, но это уже далеко от современной науки. В Пулкове неба ясного нет, рядом аэропорт, где засветка городская огромная, где просто нет погоды и все дрожит. Хотя что-то, конечно, можно делать. Например, наблюдение одной и той же яркой звезды, двойной, например, у которой широкая пара (то есть две звезды, которые входят в систему двойной, находятся друг от друга на достаточно большом расстоянии, что позволяет наблюдать их движение без помех. — Ред.). Она медленно-медленно вращается, можно построить ее орбиту, получить какие-то параметры. В принципе, такая задача тоже есть, но это не самая востребованная задача современной науки», — поясняет академик РАН, астроном Юрий Балега.

Согласно данным, собранным международным коллективом ученых, треть людей на Земле не видит Млечный путь из-за засветки, в том числе 60% жителей Европы и 80% жителей Северной Америки.

Так вот строишь телескопы, тратишь деньги, а потом раз — а звезд-то не видно.

Заведующий лабораторией Кавказской горной обсерватории ГАИШ МГУ имени Ломоносова Николай Шатский подтверждает слова коллеги. Городская засветка уже привела к частичному переносу телескопов Московской обсерватории университета на Ленинских горах на южные наблюдательные станции. Похожая ситуация и в американских обсерваториях, которые в середине прошлого века были форпостами науки, — Маунт-Вилсон и Маунт-Паломар.

«В этих обсерваториях практически прекращены работы по внегалактической астрономии, где уровень фона неба является решающим фактором в получении значимых результатов, и это произошло уже несколько десятилетий назад», — рассказывает Шатский.

Преследуемые городскими огнями, обсерватории бегут из городов в надежде избежать засветки и найти идеальные условия для наблюдения, идеальный астроклимат.

«Когда строятся профессиональные обсерватории, как правило, проводится глубокий мониторинг метеоусловий и параметров ночной видимости звездного неба — облачности, прозрачности, фона неба и атмосферной турбулентности, которая прежде всего влияет на угловое разрешение наземных телескопов. Все вместе это позволяет предсказать, насколько эффективными будут в этом месте астрономические исследования. Эти работы по мониторингу условий наблюдений ведутся обычно от двух до пяти лет», — поясняет астроном.

Новый телескоп ГАИШ МГУ с диаметром зеркала 2,5 м заработал в 2014 году. Он расположен на высоте 2,1 тысячи метров, и наблюдать звезды здесь можно более ста ночей в году, но в будущем ситуация может измениться. Телескоп расположен на горе Шатджатмаз, которую советские астрономы определили как отличное место для наблюдений за звездным небом во время экспедиции 1947 года. После этого началось строительство обсерватории, частью которой и стал новый телескоп. Однако, как отмечает в своей статье доктор физико-математических наук Владимир Панчук, место было выбрано без достаточного анализа условий наблюдений, что и осложняет работу в этой обсерватории.

Дело в том, что на Кавказе две беды — море и ледники (всего-то). Погода здесь переменчива, и воздух насыщен влагой. Николай Шатский отмечает, что влажность за время наблюдений повысилась и это сокращает пригодные для наблюдений дни. Летом аппаратура «потеет», и приходится закрываться. Кроме того, влажность снижает точность фотометрических и спектральных измерений разных объектов: молодых звезд, активных ядер галактик, рентгеновских двойных с черными дырами и тому подобных.

«Мы ведь не на Гавайских горах и не в Антарктиде, где воды в 5—25 раз меньше... Кавказ — место влажное и теплое», — пишет Шатский.

«Я помню периоды в конце 70-х годов, когда было 10 ясных, прекрасных для наблюдения ночей. Сейчас такого нет, сейчас одна-две-три ночи максимум, и погода меняется», — вспоминает Юрий Балега.

Глобальное изменение климата не сделает погоду на Кавказе проще и понятнее. Согласно Второму оценочному докладу Росгидромета об изменениях климата на территории России, количество осадков в летние месяцы на Кавказе увеличится, в зимние — уменьшится, а площади ледников продолжат сокращаться.

Треть людей на Земле не видит Млечный путь из-за засветки, в том числе 60% жителей Европы и 80% жителей Северной Америки.

Но и тут нет у климатологов уверенности. На диаграммах других регионов России все ясно: количество осадков растет — и точка. На диаграмме по Северному Кавказу видны рост летом и снижение зимой, но есть еще тонкая серая линия, которая отражает диапазон неопределенности: мол, может, растет, а может, и нет. Так вот, только у Северного Кавказа, согласно диапазону неопределенности, число осадков может сократиться летом и возрасти зимой. Такой уж Кавказ — неопределенный.

«В России, увы, нет места для самых современных обсерваторий. Мы имеем огромную территорию, но, к сожалению, все места у нас не очень подходящие для больших современных обсерваторий», — отмечает академик Балега.

Несмотря на то что Кавказ не идеален с точки зрения астроклимата, в конце 70-х годов там заработал самый большой на тот момент в мире телескоп — Большой телескоп азимутальный, или БТА. Предполагалось, что с его помощью ученые Союза и дружественных стран будут проводить самые передовые космические наблюдения.

Практически одновременно со строительством БТА началось и строительство Европейской южной обсерватории (ESO). Место для нее искали по всему миру: очень уж хотелось идеального астроклимата без турбулентности и влажности. После нескольких лет поисков остановились на пустыне Атакама в Чили. И здесь все просто с точки зрения климата. Вдоль западного берега Чили проходит холодное Перуанское течение, и благодаря низким температурам воздух остается сухим. С другой стороны пустыню ограждают Анды: горная гряда охраняет пустыню от неблагоприятных атмосферных явлений.

В этой «глуши», где ни влажности, ни турбулентности, в 1962 году была основана крупнейшая обсерватория Южного полушария. Ясных ночей здесь 350 в году, в отличие от 111 на Северном Кавказе.

«Скажите, насколько изменились условия наблюдения в ESO в связи с глобальным потеплением?» — пишу я на общий ящик обсерватории, отчаявшись найти комментарии у европейских и американских астрономов.

«До сих пор у нас нет никаких признаков того, что условия наблюдения изменились с точки зрения атмосферной турбулентности. Мы определенно замечаем усиление экстремальных явлений, таких, как холодные фронты, осадки и связанная с ними облачность. Тем не менее нет никаких признаков долгосрочного тренда в доле ясных ночей, которая в основном модулируется в северном Чили циклом Эль-Ниньо и колебаниями боливийской системы высокого давления. Кажется, есть увеличение температуры поверхности в обсерватории Параналь (одно из подразделений ESO, расположенное в пустыне Атакама, с телескопом диаметром 8,2 м. — Ред.), но опять же влияние на пропускную способность науки до сих пор незаметно», — ответил мне спустя пару часов представитель ESO Ричард Хук.

Он также прислал доклад с прогнозом об изменении климата в Чили, который может радовать только астрономов — станет еще суше.

Любители в погоне за небом

У меня на антресолях пылится самодельный телескоп. Американцы в 1990 году запустили на орбиту «Хаббл», а я сделала телескоп из втулок туалетной бумаги и трех линз из разобранных луп. Когда телескоп был готов — а это заняло какое-то время, потому что туалетная бумага кончалась в те времена предательски долго, — я начала изучать руководство по наблюдению за звездами.

«Оценить, насколько хороши будут наблюдения, вы можете, определив силу ветра. Если ветер сильный, то изображение, скорее всего, будет искажаться. Итак, посмотрите на листья эвкалиптов на самой верхушке дерева…» — говорилось в иностранной литературе.

Какие эвкалипты, у меня нет ничего выше березы! Так я поняла, что хорошо смотреть на звезды только там, где растут эвкалипты, а из окна московской квартиры мне достанутся только пятна на Луне, и то когда не трясутся верхушки берез.

Как объясняет популяризатор космических наук Виталий Егоров, когда астрономы-любители ведут наблюдения, они смотрят на звезды как будто из аквариума. Изображения в объективе искажены из-за потоков воздуха, которые идут от земли или образуются в атмосфере.

«Да, этот год совсем не балует ясным небом в Подмосковье. Вся надежда на морозную зиму. Я уезжаю в Абхазию. На юге все же больше ясных дней — или за 100 километров от Москвы, где темнее», — отмечает астроном-любитель Илья.

По оценкам Ильи, в среднем в году 75% дней не соответствуют критериям наблюдений. Мешают облачность и ветер, то есть атмосфера становится очень турбулентной. Но каких-либо глобальных изменений он не заметил: «Мой стаж наблюдений — всего пять лет, про изменение климата я судить не берусь».

Американский астроном-любитель Майк, как и я, сделал телескоп своими руками, но выглядит эта конструкция как произведение современного искусства: две черные блестящие полусферы, соединенные трубками. Майк со своим телескопом не чувствует изменения климата. Он смотрит на звезды в разных точках США и за 20 лет наблюдений не замечал, что климат ухудшился. Однако утверждать, что он прав, не берется, потому что все-таки записей не вел. Главным врагом астронома-любителя, как и профессиональные астрономы, Майк считает световое загрязнение.

Световое загрязнение — благо цивилизации. Его так много, что всем не до климата с его облаками, туманами, дождями, повышенной влажностью и турбулентностью. Астроному-любителю лишь бы сбежать из города, чтобы хоть что-то увидеть.

«С одной стороны, цивилизация вредит наблюдениям, а с другой, дает новые возможности. Во-первых, астрономы стали мобильнее, могут доехать туда, где хорошо наблюдать, а во-вторых, сейчас можно за какие-то вполне подъемные деньги поставить свой телескоп на территории уже существующей обсерватории, например, в том же Чили и получать с него данные удаленно с полным управлением отсюда, из Москвы», — рассказывает подробности из жизни продвинутых астрономов-любителей старший научный сотрудник Государственного астрономического института имени Штернберга Владимир Сурдин.

— Несколько миллиардов лет — и мы станем похожи на Марс. Астрономы будут ходить в скафандрах и станут самыми счастливыми людьми на Земле — им ничто не будет мешать наблюдать за звездами.

В качестве примера глобализации астрономических любительских наблюдений Владимир приводит Леонида Еленина. Его телескоп стоит в Австралии, там, где верхушки эвкалиптов уходят в небо. Благодаря чистому небу пятого континента, удаленному управлению и анализу данных с телескопа Еленину удалось открыть шесть комет.

Кажется, астрономы-любители не хуже профессионалов убегают от засветки, и глобальное изменение климата им не мешает.

«Здравствуйте, Наталья, я могу взять на себя смелость заявить, что являюсь одним из старейших и наиболее активных членов Общества наблюдателей за переменными звездами (AAVSO, США). Я начал собирать данные более 50 лет назад, в 1963 году. За это время я представил более 212 тысяч визуальных оценок, что, на мой взгляд, позволяет мне судить о погодных тенденциях моего региона. Кстати, я проживаю в пригороде, около 120 километров к северу от Нью-Йорка».

Так начиналось письмо Джона Бортле, и я только и успела подумать, что если и он ничего не заметил, то изменение климата — это миф. Приходилось признать: у меня фактически был только один свидетель — академик Балега, который утверждал, что рядов ясных ночей стало меньше.

«Без сомнения, мои наблюдения свидетельствуют о медленном, но очень устойчивом уменьшении количества ясных ночей в году. После ухода на пенсию почти два десятилетия назад наблюдать за звездами можно было каждый вечер. В далеких 1980—1985 годах было от двух до пяти ярких ночей подряд, а в последнее время все, что у нас есть, — это одна-две погожие ночи, а потом четыре-пять дней плохой погоды. А еще зимы стали мягкими и облачными, идеальные для наблюдения прохладные летние ночи исчезли. Рискну предположить, что количество ясных ночей уменьшилось за годы моего наблюдения на треть».

Но это подтверждение стало не самым удивительным: наблюдательный Джон заметил в конце 90-х годов, что небо даже в ясные дни «помутнело», то есть стало не ярко-синим, а как будто подернутым молочной дымкой. Джон связал это с извержением вулкана Пинатубо, так как к этому же времени относится множество свидетельств удивительных атмосферных явлений и красочных закатов, занявших у астронома-любителя целый журнал. Через два года, как полагает Джон, атмосфера должна была очиститься от мелких частиц вулканического пепла, но, несмотря на это, таким же ярким и синим небо не стало.

Помимо вулкана, который ухудшил условия наблюдения, Джон предполагает, что возможна связь между яркостью неба и коммерческими авиаперелетами.

«Сразу после нападения террористов на США 11 сентября 2001 года полеты воздушного транспорта, кроме военного, были полностью приостановлены на три дня. Это произошло во время редкого продолжительного периода ясной погоды, и в течение трех дней после нападения я увидел самое чистое и голубое небо за последнее десятилетие, ночи были необычайно прозрачными и темными. Я не могу сказать, было ли это совпадением или полеты самолетов действительно так влияют на чистоту неба, но другие наблюдатели также заметили подобное по всей стране. После возобновления коммерческого воздушного движения условия быстро ухудшились и вернулись в прежнее состояние», — пишет Джон.

«В заключение позвольте мне добавить, что я был очень хорошим другом покойного Эдварда Оравека, одного из ведущих наблюдателей AAVSO. Он начал свои наблюдения за звездами в 1940 году. В беседе со мной об условиях наблюдения он заметил (наш разговор состоялся в конце 1960-х), что количество ясных ночей неуклонно снижается в течение его долгой наблюдательной карьеры», — подкрепил свои выводы Джон, сославшись на опытного коллегу.

Картину глобальных изменений, которые мешают астрономам-любителям, дополнил также член AAVSO, шведский наблюдатель Эрнан де Ангелис. Де Ангелис интересовался связью повышения облачности с глобальным потеплением океана. По его словам, однозначной модели, описывающей эту взаимосвязь, не существует, но есть статистические данные по небу над Канадой и над Стокгольмом, которые показывают, что число облачных дней и ночей увеличилось.

А если все-таки Венера?

«Земля не превратится в Венеру никогда. Там изначально была плотная атмосфера. Даже если все океаны на Земле испарятся, у нас не будет такой плотности», — поясняет популяризатор космических наук Виталий Егоров. Он полагает, что, скорее, Земля станет Марсом — планетой с ясным небом и без атмосферы.

«Знаете, что наша планета теряет под воздействием космической радиации более 250 тонн атмосферы в сутки? Несколько миллиардов лет — и мы станем похожи на Марс. Астрономы будут ходить в скафандрах и станут самыми счастливыми людьми на Земле — им ничто не будет мешать наблюдать за звездами», — прогнозирует Виталий.

Несколько миллиардов лет до счастья — это слишком долго. По прогнозам академика Балеги, через 50—100 лет астрономы будут вести экстремальные наблюдения в открытом космосе.

«Астрономия как наука все-таки зависит от погоды, и, по-видимому, астрономы все больше и больше будут выходить в космос. Но это безумно дорого. Телескоп, который работает в космосе, стоит почти в тысячу раз дороже, чем такой же телескоп на Земле. Сейчас США готовятся к запуску телескопа с зеркалом в 6,5 м (телескоп «Джеймс Уэбб» должен прийти на смену «старенькому» «Хабблу». — Ред.). Он стоил 6,8 млрд долларов. Наземный телескоп такого же класса стоит, может быть, 2 млн долларов. Разница большая», — объясняет академик.

Помимо денег выйти на орбиту мешают и технические сложности с доставкой и сборкой больших зеркал. По мнению астронома, работать можно и на Луне, где нет атмосферы. И не надо ждать миллиарды лет, пока земную атмосферу «сдует».

А пока от засветки, самолетов и изменений климата убегают 12 тысяч профессиональных астрономов всего мира, а вслед за ними пытается найти чистое небо еще около миллиона любителей.