Декабрь 2023 года принёс новую поездку в Крымскую астрофизическую обсерваторию. На склонах горы Сель-Бухра, покрытой заповедным лесом, идёт непрерывная работа по исследованию ближнего и глубокого космоса. Научные библиотеки ежедневно пополняются знаниями об астероидах. Что это такое и какие вещи могут рассказать космические скитальцы? Представляют ли они опасность для Земли? Легко ли открыть свой астероид? Об этом и многом другом рассказывает Сергей Назаров — научный сотрудник обсерватории, руководитель проекта модернизации телескопа «Синтез» и просто учёный, горящий своим делом.

Оглавление:

1. Что такое астероиды и как они себя ведут

2. Программное обеспечение телескопа «Синтез»

3. Как учёные ищут астероиды

4. Программная обработка снимков

5. Результаты исследований, проведённых в Крымской астрофизической обсерватории

6. Перспективы проекта «Синтез»

7. Источники информации и литература

8. Авторы материала

Что такое астероиды и как они себя ведут

— Что такое астероид с точки зрения профессионального астронома?

— Существует несколько идейно схожих терминов: метеор, метеорит, метеороид, комета и астероид. 

Метеор — процесс сгорания космического тела в атмосфере. Особо яркие явления называются болиды.

Метеороид — тело, которое при влёте в атмосферу породит метеор.

Метеорит — то, что выпало на поверхность после пролёта атмосферы.

Разница между астероидом и метеороидом в том, что первый наблюдается в телескоп, а второй — нет. 

Астероид — понятие историческое. Оно выбиралось по визуальным признакам. Астероидом называли звездоподобный объект, который был похож на звезду, но, в отличие от неё, быстро двигался. Чтобы мы заметили движение звезды, нужно проводить наблюдения на протяжении долгих лет. Астероид перемещается по наблюдаемому полю намного быстрее. В большинство любительских телескопов астероиды неразличимы. В лучшем случае они представлены тусклыми точками.

— Откуда берутся астероиды?

— Астероиды — небольшие объекты неправильной формы, не имеющие атмосферы. Фактически, осколки космического мусора, который остался после формирования Солнечной системы. Солнечная система прошла этапы активного формирования приблизительно 4,5 миллиарда лет назад. 

По итогу мы видим здоровенное кольцо (вернее, тор), именуемое поясом астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Также существует несколько групп астероидов, которые, как правило, связаны с планетами. Структура, именуемая поясом Койпера, стоит несколько особняком. 

На таймлапсе показано, как астрономы совершенствовали свои знания об астероидах Солнечной системы. Видео с канала Scott Manley. 

До сих пор ведутся дебаты, связаны ли объекты пояса Койпера общим происхождением. Гораздо лучше изучен главный пояс астероидов. Он сформировался при активном участии Юпитера. Дело в том, что первичное вещество Солнечной системы было распределено по пространству неравномерно. В разных местах планеты росли со своей скоростью. 

Юпитер формировался быстрее остальных миров и сильно воздействовал на окружающее вещество: частично поглощал, а частично выбрасывал. От планеты, которая могла бы возникнуть между Марсом и Юпитером, осталась только груда обломков.

— Корректно ли понимать, что Юпитер не защищает внутренние области Солнечной системы, а наоборот, закидывает сюда камни с помощью гравитационной катапульты?

— Существует явление под названием гравитационный манёвр. Представим себе астероид, подлетающий к планете: в первом приближении он просто увеличивает скорость. Однако планета при этом двигается по орбите. Если пролёт астероида осуществляется по ходу юпитерианского курса, то в итоге сближения планета прибавляет ему орбитальную скорость. А если навстречу — отнимает. Второй эффект в том, что планета может заставить астероид поменять направление своего движения. То есть при совпадении некоторых факторов Юпитер может как отвести астероид от Земли, так и направить его к нам на голову. 

— Чем-то напоминает гравитационные манёвры, которые используют современные зонды.

— Да, это он и есть. Разница в том, что автоматические межпланетные станции применяют активный гравитационный манёвр. В нужный момент они включают двигатели и таким образом корректируют свою орбиту. Небесные тела на такое неспособны. Они летят туда, куда их направил Юпитер.

— В литературе можно видеть сведения о марсианских метеоритах на поверхности Земли. Бывают ли у нас другие гости? К примеру, венерианского происхождения?

— Да. Есть весомые основания предполагать наличие на Земле или Луне венерианских метеоритов. Под вопросом существование меркурианских. Кандидаты на их роль есть, но это нуждается в дополнительных исследованиях. Сам по себе Меркурий изучен гораздо хуже остальных объектов Солнечной системы. В этом деле говорить о большой точности не приходится. Существует как минимум один метеорит земного происхождения. То есть какое-то столкновение выбило в космос фрагмент земной породы, а спустя время он вернулся обратно. Так что здесь реализуются практически все варианты.

— Вообще, Меркурий — довольно странная планета. К примеру, известны довольно странные образования на его поверхности, так называемые эскарпы.

— Да, Меркурий — особенный объект. Его аномалии связаны с близостью к Солнцу. Эту планету очень сложно исследовать. Высокие температуры — не главная трудность. Туда неудобно лететь. Необходимо взять на АМС огромное количество горючего, чтобы сначала долететь до Меркурия, а потом погасить скорость для выхода на его орбиту. 

Соответственно, аппаратов туда летало мало, из-за чего первая планета Солнечной системы изучена слабо. Поэтому тяжело детально судить о геологии Меркурия или точных механизмах его формирования. 

Плюс, на Меркурии проявлены интересные полюсные эффекты. Полярные кратеры расположены так удачно, что в них скапливается водяной лёд и существует на протяжении очень долгого времени. Причём весомая доля этой воды формируется за счёт реакций с участием солнечного ветра.

Протончики летят и взаимодействуют с атомами кислорода, формируя гидроксильные группы. Они способны мигрировать к полюсам планеты и оседать в кратерах, превращаясь в обычную воду. Вода застывает в виде льда и как бы консервируется на дне кратера. Это очень важный момент. Аналогичные процессы, протекающие на Луне, дают намного меньшую продуктивность. Есть основания полагать, что воды на Меркурии гораздо больше, чем на нашем спутнике.

— Казалось бы, Меркурий — самое неожиданное место, где можно увидеть воду.

— Добавлю, что на Меркурии самое выраженное растрескивание коры относительно других тел Солнечной системы. Скорее всего, наблюдаемая картина связана с тем, что «в детстве» Меркурий испытывал сильные перепады температур.

— Как происходит импактное событие на планетах с разной плотностью атмосферы?

— На самом деле плотность атмосферы — далеко не главное, потому что намного большее значение имеют масса падающего тела, его скорость, плотность и угол влёта в атмосферу. Со скоростью всё просто. Кинетическая энергия астероида пропорциональна квадрату скорости. При малых углах падения относительно поверхности, падающее тело может отрикошетить обратно в космос или пролететь в верхних слоях атмосферы, не столкнувшись с планетой. Плотная атмосфера планеты может поглотить значительную часть энергии падающего астероида, особенно если он влетает под малым углом к горизонту, а не отвесно. Практически вся энергия будет конвертироваться в излучение и ударные волны. То есть плотность атмосферы — важный фактор, но не решающий.

Кроме того, важна структура астероида. Каменный, железный или ледяной объект будет вести себя по-разному. Как вариант, малое небесное тело может быть представлено грудой щебёнки, как астероид Бенну. Разумеется, при падении она проявит себя иначе, чем плотная железяка вроде астероида Психея.

— В литературе можно видеть данные, что до 9% кинетической энергии метеорита переходит в лучистую форму. Насколько правдиво такое мнение?

— Всё зависит от астероида и угла вхождения. Если падение закончилось рикошетом, то практически 100% энергии от столкновения астероида с атмосферой будут унесены в виде излучения. 

— Есть ли общие черты у Тунгусского тела и Челябинского метеорита?

— Общие черты в том, что оба тела входили в нашу атмосферу под небольшим углом. Разница в том, что Тунгусское тело вряд ли могло похвастаться большой плотностью. Челябинский метеорит, соответственно, плотнее и оставил множество обломков.

— Если Тунгусское тело состояло из воды, то могло ли оно принести на Землю какие-то уникальные изотопы, по которым можно судить о его природе?

— Проблема в том, что наиболее оперативные экспедиции пришли на место спустя годы после взаимодействия Тунгусского тела с атмосферой. Естественно, атмосферные следы были развеяны. Если мы говорим о космическом «заражении» почвы, то следует учитывать: экспедиции не имели ресурсов для поиска чего-то специфического. Первые из них искали банальный кратер с лежащим телом. Все усилия уходили на бурение воронок и раскопки. Кратероподобные структуры они нашли, только вот эти формации образовались за счёт таяния вечной мерзлоты.

— При этом знаменитый Чиксулуб оставил огромное количество иридия по всей Земле, который лежит в слоях возрастом 65 миллионов лет.

— Разница в том, что Чиксулуб был весьма плотным. Концентрация тяжёлых элементов у Чиксулуба, скорее всего, превышала этот же показатель Тунгусского тела на порядки. Плюс, диаметр Чиксулуба был около десяти километров. Современные оценки Тунгусского тела дают значение до 80 метров.

— Насколько реальна опасность со стороны астероидов?

— Существует много факторов, на основании которых мы судим о потенциальной опасности астероида. Здесь нет какого-то порогового значения массы, размеров или скорости: нужно рассматривать эти параметры в комплексе. Первым параметром выступает орбита астероида. Если она пересекает земную орбиту, то у астероида есть шансы столкнуться с Землёй. За время своей работы астрономы открыли большинство таких астероидов. Если посмотреть на статистику поисковых обзоров, то можно заметить, что человечество уже научилось ловить астероиды с диаметрами в десятки метров. 

Но если мы посмотрим на ситуацию у орбиты Юпитера и дальше, то окажется, что как раз там хватает астероидов стометровых и километровых размеров, о которых мало что известно. Поэтому возможна ситуация, что издалека к нам прилетит какой-нибудь опасный астероид. Например, на него могут влиять гравитационные эффекты крупных планет вроде Юпитера и Сатурна, либо это будет межзвёздный астероид. Такая вероятность тоже существует, хотя она значительно меньше, чем шанс столкновения с телом Солнечной системы.

Кстати, ближайший кандидат на столкновение с Землёй в течение ближайших 100 лет — астероид Бенну. Для него эта вероятность составляет 1:3000. Его диаметр около 560 метров, но, тем не менее, столкновение с таким астероидом вызовет катастрофу регионального масштаба.

Впрочем, такие астероиды удобны с точки зрения защиты от них. Бенну регулярно пересекает орбиту Земли. К нему удобно отправлять космические миссии. Соответственно, в его сторону будет возможно послать космический корабль-защитник. Дальше возможны варианты.

Астероид можно столкнуть с орбиты гравитационными эффектами, либо установить на поверхность двигатель, который обеспечит смещение астероида.

Можно сказать, что астероид Бенну представляет некоторую опасность, но современный уровень технологий вполне позволяет от него защититься.

— Если комета использует слабый реактивный двигатель за счёт испарения льдов, то способны ли астероиды «парусить» на солнечном ветре?

— Не скажу насчёт солнечного ветра, но на солнечном излучении — могут. Астероиды проявляют эффект Ярковского. Смысл состоит в том, что астероид прогревается неравномерно. 

Сторона, нагретая Солнцем, отворачивается за счёт вращения астероида. Дальше она испускает инфракрасные фотоны в космос. Импульс этого излучения слабый, но в долговременной перспективе он способен влиять на орбиту астероида. Эффект Ярковского определяет два параметра астероида.

Первый — скорость вращения. За счёт эффекта Ярковского астероид может или замедлять, или ускорять вращение вокруг своей оси. Второй — орбита. Этот эффект может как удлинять орбиту, так и сжимать. 

— Некоторые концепты защиты Земли от астероидов предполагают нанесение красителя. К примеру, диоксид титана даёт белое окрашивание, а с помощью сажи можно добиться чёрного цвета. Контраст между этими областями вызовет эффект Ярковского и смещение орбиты. Это жизнеспособная идея?

— Это дешёвый способ, но проблема в его неуправляемости. То есть мы должны заранее рассчитать площадь, на которую нужно нанести краситель. Исправить допущенную ошибку будет весьма затруднительно. Такой метод имеет право на жизнь, но он далеко не главный.

— Какие факторы вносят непредсказуемость в орбиту астероида?

— Реактивные силы. Астероиды, так же как и кометы, содержат в себе некоторое количество воды. Естественно, со временем она испаряется с астероида. Помимо воды, на таких небесных телах есть водород, гелий и другие летучие вещества. Испаряясь, они обеспечивают слабое реактивное движение. На масштабах сотен-тысяч лет оно вызывает ощутимое изменение орбиты. Плюс, существует небольшая вероятность столкновения одного астероида с другим. Оно тоже меняет орбиту. Но больше всего на движение астероидов влияют планеты. Сближение с Марсом и Юпитером — один из главных параметров, который учитывается астрономами при расчете вероятности столкновения астероида с Землёй.

— Возможно ли найти на астероидах какие-то уникальные минералы, недоступные на Земле?

— Возможно. Дело в том, что условия на астероиде сильно отличаются от земных. Это микрогравитация, вакуум, отсутствие кислорода и, конечно, солнечный ветер. Химия астероида будет сильно отличаться от всего, что мы привыкли видеть на своей планете. По этому признаку мы уверенно отличаем метеоритное вещество от земных камней. 

Ещё один важный момент — Земля испытывает выраженную гравитационную дифференциацию. То есть тяжёлые элементы вроде урановых руд быстро погружаются в недра. На астероиде всё это может совершенно спокойно лежать на поверхности, причём где угодно. Поэтому добыча некоторых полезных ископаемых на астероиде может быть легче, чем на Земле, даже с учётом вакуума и микрогравитации.

— Как вы относитесь к репорту об открытии гемолитина — первого внеземного белка?

— На данный момент сложно сказать что-то определённое по этому поводу. В любом случае такие данные нужно проверять независимыми методами. Лучшим из них было бы подтверждение при помощи космического зонда, который сядет на поверхность и соберет образцы.

— Существуют ли международные программы для интеграции наблюдений за астероидами?

— Практически всё стекается в базы данных Международного центра малых планет. У сотрудников центра есть высокопроизводительные компьютеры, которые постоянно считают орбиты астероидов. Именно они присваивают астероиду тот или иной индекс опасности. Конечно, есть отдельные группы наблюдателей, которые независимо пересчитывают данные. В нашей стране работают группы теоретиков, которые берут данные от астрономов-наблюдателей и по ним предсказывают дальнейшую судьбу астероидов. У меня есть такие знакомые в Томском государственном университете. 

— Бывает ли так, что обсерватории «угоняют» астероиды друг у друга?

— Можно так выразиться, да. Но никто не придаёт этому критического значения. Серьезные наблюдатели оперируют десятками, сотнями, а то и тысячами открытых астероидов. Поэтому, если один астероид оказался спорным, никто не цепляется за него.

— То есть проще отдать его коллегам?

— Конечно. Лучше сохранить хорошие отношения со всеми заинтересованными сторонами, чем сражаться за приоритет по одному конкретному астероиду.

— Есть сведения, что исследователь Вернер Херцог открыл стартап по поиску микрометеоритов. Что могут рассказать эти фрагменты космического вещества?

— Это малоизученная тема. Учитывая количество вещества, которое влетает в нашу атмосферу, в некоторых областях на Земле складываются условия для консервации микрометеоритов. Другое дело, что эти фрагменты уже прошли через активное взаимодействие с атмосферой и нагрев до высоких температур. 

Количество полезной информации, которое можно вытянуть с микрометеорита, намного меньше, чем от пробы непосредственно с поверхности астероида. Но и стоимость получения такого материала ничтожна. Так что тема перспективная.

— Насколько оно полезно для палеоклиматических исследований Земли?

— Само вещество микрометеорита может представлять некий интерес. Но если мы говорим о субстрате для палеоклиматических исследований, то его проще искать в застывшей смоле, битуме, янтаре и прочих вязких веществах. Датировать смолу гораздо проще, чем микрометеорит. Кроме того, эти материалы не проходят такую мощную термообработку, как гости из космоса. 

— Каким образом вы наблюдаете за астероидами?

— Процесс на «Синтезе» шёл от инструментов к научной задаче. Всё началось с идеи восстановления телескопа. В ходе этой работы мы подошли к определенному комплекту оборудования, а дальше задались вопросом, что можно реализовать на нём. Когда мы его запустили, то стало понятно: телескоп позволял успешно решать задачу поиска астероидов.

Первые результаты принесла весна 2020 года. Выяснилось, что мы способны видеть многие известные астероиды. Теоретический анализ показал, что наблюдения способны выдать значительное количество открытий неизвестных астероидов, если мы сможем наблюдать определённый сегмент неба хотя бы 3-4 часа за ночь. Погодные условия летнего Крыма вполне допускают такие наблюдения. То есть всё для успеха у нас было.

Когда мы отладили методику наблюдений, первый астероид не заставил себя ждать. Нам оставалось лишь создать такое программное обеспечение, которое позволит автоматизировать сбор данных и избежать человеческого фактора. То есть минимизировать ошибки. Когда этот этап мы тоже прошли, открытия посыпались десятками.

Программное обеспечение телескопа «Синтез»

— Вы разрабатываете ПО под конкретную задачу или берёте готовые решения?

— Мы сотрудничаем с Алексеем Чернышовым, сотрудником фирмы «НЕВА-электроника», что в Великом Новгороде. Эта организация занимается разработкой электроники. В частности — электроники с приёмниками излучения. Чтобы тестировать свои продукты, компания сделала первую версию программного обеспечения, которое позволяет наблюдать искусственные спутники Земли. Таким образом заказчик получал отчёт. 

В ходе обсуждений мы решили адаптировать эту методику под решение научных задач. В результате наш софт может открывать астероиды на уровне лучших и платных астрономических программ.

— В профессиональной астрономии важно не только увидеть объект, но и выяснить, что это такое?

— И, желательно, автоматически!

— Какие программы помогают вам?

— В первую очередь, этот наш самописный софт. У него нет названия и даже графического интерфейса. Именно он выполняет практически все операции и выдаёт список кандидатов. В астероидном режиме наша работа сводится к планомерной съёмке одной-двух площадок неба в течение всей ночи.

Софт обрабатывает кадры и выдаёт список кандидатов в открытия. Дальше оператор вручную просматривает отчёт и понимает, какие объекты являются реальными астероидами, а что — ложное срабатывание. С учётом движения этих кандидатов мы просчитываем, где они должны быть на следующую ночь, наводим туда телескоп и проверяем. Вот какая у нас работа. При этом мы пользуемся онлайновыми приложениями, а также базами данных Международного центра малых планет.

Наше ПО сразу сообщает, какие из найденных астероидов известны. При желании можно использовать программы для ручной проверки. Допустим, какой-то объект, не похожий на астероид, заставляет нас сомневаться в его природе. Его можно проверить по координатам при помощи программы «Aladin Sky Atlas» и других.

— На чьей базе данных работает «Aladin»?

— На всех. Он запрашивает информацию отовсюду в мире. Это агрегатор, позволяющий обратиться к любым базам и даже найти публикации по объекту.

— Он синхронизируется с визуальной картиной?

— Задача программы — показать визуальную картину, чтобы с её помощью мы могли обратиться к базам данных через координатную сетку. Если у «Aladin» нет информации о какой-нибудь звезде, то он честно говорит, что в базах данных пусто.

Кроме того, мы вполне можем делать особый запрос, чтобы получить «досье» на целую область неба. То есть имеются ли в ней известные объекты в таком-то радиусе от искомых координат до такой-то граничной звёздной величины для нашей обсерватории. Грубо говоря, проецируется ли что-то в направлении обзора телескопа.

Как искать астероиды

Основной инструмент, с помощью которого ведутся исследования неизвестных астероидов — телескоп «Синтез». FirstVDS подробно писал об этом устройстве в летнем интервью с Сергеем Назаровым. На данный момент оригинальные зеркала, созданные по технологии сегментированной оптики, мало подходят для наблюдений.

В деле эффективного наведения хорошо себя показывает линзовый искатель-гид с апертурой 90 мм и фокусным расстоянием 500 мм.

Оптические приборы подключены к двум астрокамерам. Первая и самая главная — QHY600M, с которой поток визуальных данных поступает на несколько компьютеров. Телескоп-гид видит космос через устройство ZWO ASI 178 mm. Главный прибор снабжён электрическим фокусером.

Поскольку объекты космоса разительно отличаются по своим свойствам, их следует наблюдать в разных спектрах. Для этого применяют колесо фильтров QHY 7х50mm c-g-r-i-z. Прибор автоматически переключает фильтры при съемке. Это позволяет получить максимум информации.

Фотометрические фильтры системы «SLOAN» соответствуют международному стандарту griz. Фотометрический фильтр отличается от обычного тем, что обладает стандартизированной полосой пропускания, удобной для научных измерений. 

QHY600M — настоящий монстр научной астрофотографии. Начнём с того, что эта камера стартует с цены в полмиллиона рублей. Чем она может похвастаться за такие деньги?

Сенсор IMX455 наделён пикселями размером 3,76х3,76 мкм. Чувствительная матрица на 24х36 мм обеспечивает впечатляющее поле зрения. Глубина потенциальной ямы составляет 204 ke− (bin 2х2), а шум считывания — всего лишь от 1 e − до 3,7 e −. Камера снабжена системой принудительного охлаждения. При температуре в -20°С мы можем быть уверены: матрица регистрирует именно на космические фотоны. В конечном итоге пиковая квантовая эффективность астрокамеры составляет целых 92%.

Методика поиска астероидов сильно отличается от любительских наблюдений за Луной и городских экскурсий по небу.

Сначала астроном выбирает область неба, которую хочет исследовать. Смотреть надо в противосолнечную точку с учётом крупных обзоров, но не ближе 10 градусов к галактической плоскости.

Следующий этап — навести телескоп и обеспечить принудительный дрейф для смещения «горячих» пикселей. Эти пиксели, выступающие в роли источника шума, становятся видны на картинке и вполне поддаются удалению.  

Уличное освещение следует выключить. Световое загрязнение, избыток тепла и танцующие в воздухе пылинки могут натворить весьма нехороших дел при столь чувствительном наблюдении космоса. Уже здесь понятно, что такую работу физически невозможно выполнять в крупных городах.

Далее астроном записывает максимально длинную серию кадров одного участка неба с выдержкой около двух минут. 

Тут нельзя обойтись без калибровочных кадров. Суть в том, что мало сфотографировать область космоса: важно очистить кадры от дефектов — шумов электронного происхождения и виньетирования. 

Астрономы используют несколько видов калибровочных кадров: Шум считывания (Bias), темновой ток (Dark), плоское поле (Flat Field). Первые два устраняют электронные шумы, а последний — виньетирование и неодинаковость чувствительности пикселей.

Программная обработка снимков

Поскольку речь идёт о научной работе, о фантастических красивостях космоса и ослепительно ярких туманностях придётся забыть.

Телескопы, работающие в международных обсерваториях-роботах, сканируют обширные площади неба. В большинстве случаев это затевается ради поиска околоземных астероидов. За один заход роботизированные устройства могут внести в базы данных огромное множество объектов. 

Нетрудно догадаться, что локальной обсерватории будет весьма трудно обогнать этих чудовищ. Сергей Назаров с коллегами решили поставить во главу угла не количество, а качество. Вместо глобальных обзоров неба он детально анализирует небольшие участки и смотрит вглубь. 

Как увидеть астероид, который сам по себе не светится? Логичный шаг — подсветить его Солнцем. 

Известная поговорка гласит, что самая крупная рыба плавает в тёмной воде. Большая часть неизвестных астероидов прячется на звёздных величинах примерно от 22,0m. Основная задача астронома — увидеть эти объекты первым. 

Всё начинается с калибровки ПО и получении данных астрометрии. По суммарному кадру получается маска звёзд. Она немного напоминает маску в легендарном «Фотошопе», и точно также инвертирована. То есть звёзды будут выглядеть чёрными провалами на белом фоне.

Компьютер суммирует все кадры на GPU с перебором возможных скоростей и направлений движения астероидов. После обработки остаётся лишь один, который выглядит как неподвижная точка-астероид на фоне смазанных звёзд.

Траектории выявленных астероидов ещё раз проверяются. В ходе этих итераций остаётся лишь несколько наиболее ярких кандидатов.

Синтетическое сопровождение астероида. Слева одиночные кадры с астероидами, плывущими на фоне звёзд. Чёрные точки на квадратах по центру и справа — астероиды после очистки от фона, шума и звёзд. Крайнее правое изображение показывает результат сложения с разными скоростями и направлениями. Из великого множества вариантов только один будет верным. Автор материала — Сергей Назаров.

На результирующей картинке справа видно карту скоростей. Она считается правильной, когда изображение объекта в центральном квадрате максимально резкое: то есть, в том случае, если скорость и направление астероида совпадают с реальным положением дел. 

О технологии синтетического сопровождения астероидов можно рассказывать долго. 

Стоит заметить, что увеличение — отнюдь не главный параметр телескопа. Для научных задач большее значение имеет светосила. Она подразумевает скорость накопления света. Также важнейшее значение имеет количество накопленного света — как на одиночном кадре, так и во всей серии. При увеличении количества кадров в 6 раз проницающая сила телескопа растёт примерно на 1 звёздную величину. 

Подробнее о звёздных величинах FirstVDS писал в статье о кратковременных лунных явлениях. 

Звёздная величина — это безразмерный параметр, показывающий яркость небесного тела. Чем он больше, тем тусклее объект. Зависимость между числами логарифмическая. То есть изменение звёздной величины на 1 пункт есть увеличение или уменьшение яркости в 2,5 раза. 

Допустим, если в одном кадре телескоп видит астероид с величиной 19m, то сложение 36 кадров позволяет выловить объекты 21m. С учётом того, что экспозиция каждого кадра составляет 2 минуты, этого вполне можно добиться за одну ночь интенсивных наблюдений. 

Есть ещё один способ увидеть больше положенного. Он сводится к тому, чтобы смотреть в область, противоположную Солнцу. За счёт так называемого оппозиционного эффекта, имеющего интерференционную природу, можно выиграть ещё одну-две звёздные величины. Этот фокус работает только вблизи противосолнечной точки. 

По состоянию на 2023 год Сергей Назаров с коллегами работают над тем, чтобы адаптировать этот метод для наблюдений крайне тусклых транснептуновых объектов и комет. 

Результаты измерений отправляются в Центр малых планет. Отчёт выглядит примерно так:

Чем больше наблюдений проводят астрономы, тем полнее у них статистика и тем лучше они понимают аномалии движения конкретного небесного тела.

Суперкомпьютеры Центра малых планет оценивают поступившую информацию относительно имеющихся баз данных. Те, в свою очередь, состоят из миллиардов точек. 

Когда собирается несколько точек, надёжно укладывающихся в одну орбиту, астероид считается открытым: ему присваивают временное обозначение и заводят персональную страничку. 

Когда астероид наблюдается достаточно долго и орбита становится хорошо изученной, он получает постоянное обозначение. С этого момента авторы открытия могут предложить название для этого небесного тела.

Результаты работы

Сергей Назаров с коллегами буквально оживил телескоп «Синтез» и превратил заброшенный музейный экспонат в полноценный инструмент для исследований космоса. Следующий отчёт лучше всего характеризует масштабы проделанной работы:

1. За первый год работы методом синтетического сопровождения обнаружены 150 новых астероидов, а за следующие полгода — 122. При этом 1 из 100 астероидов гарантированно выделяется необычной скоростью или наклонением относительно эклиптики. 

2. «Синтез» позволил выявить ключевые параметры орбит для 2022 FA9, 2022 EL15 и нескольких других объектов

3. Август 2023 года принёс 69 астероидов, сентябрь отличился 54 штуками, а четыре октябрьских ночи 2022-го порадовали открытием 38 неизвестных астероидов;

4. По состоянию на конец 2023 года выявлены 350 неизвестных астероидов. Из них 6 астероидов оказались быстрыми, то есть сильно выбивающимися по скорости из основной массы объектов главного пояса. Одно тело пополнило список троянских астероидов Юпитера. 

По мере уточнения орбиты становится понятно, какая обсерватория имеет приоритет открытия. Таким астероидам присваивается звёздочка — своеобразная ачивка, говорящая об условном первенстве в открытии объекта. Из 350 астероидов, обнаруженных на «Синтезе», эту награду получило 17 штук. 

Один быстрых астероидов «Синтеза» регулярно приближается к Марсу на 3 млн километров, а в некоторые годы он имеет возможность посмотреть на Землю с расстояния 15 миллионов километров. 

Также научная работа астрономов пополнила мировую науку знаниями об очередном троянце Юпитера. Этот астероид ходит по той же орбите, что газовый гигант, но проявляет себя как спутник Солнца. Единственная причина, не дающая ему рухнуть на Юпитер — орбитальный резонанс 1:1. 

Абсолютный рекорд проницающей силы, которую смог выдать «Синтез» — наблюдение астероида со звёздной величиной 22m. 

Этот репорт впечатляет своей масштабностью. Особенно если учитывать тот факт, что все работы по восстановлению «Синтеза» проводились без государственного финансирования. Основная поддержка проекта идёт за счет неравнодушных любителей астрономии и науки вообще.

Антропогенное загрязнение тоже надо учитывать. Посёлок Научный построили в горах Бахчисарайского района, когда эти места были по-настоящему глухими. Грунтовая дорога и несколько деревушек — вот и всё, что связывало астрономов с остальным человечеством. Сейчас обсерватория буквально зажата между тремя маяками цивилизации: Симферополем, Севастополем и Ялтой. 

Курортные города никогда не спят, а две столицы Крыма наполняют атмосферу пылью. Ночью к ней прибавляется мощная засветка. Таким образом Научный потихоньку дрейфует из синей зоны засветки в зелёную. 

Планетарные наблюдения от этого мало страдают, а вот исследования объектов глубокого космоса и астероидный поиск оказываются затруднены. Стоит отметить, что многие страны уже признали вред от искусственной засветки неба, а Чили законодательно ограничила освещение и ночную рекламу по всей стране. 

«Откуда взялось оборудование?» — спросит читатель. Здесь важно понимать, что в Крымской астрофизической обсерватории хватает интересных устройств. Другое дело, что многие инструменты нуждаются в капитальном ремонте, реконструкции и модернизации. Пока к ним не придёт человек, готовый самостоятельно чинить и интегрировать их с компьютерной периферией, эти штуки так и будут лежать мёртвым грузом на складе.

Команда телескопа «Синтез» проявила впечатляющие инженерные способности, заставив эти «древности» работать на 110 процентов.

Друзья проекта «Синтез» приходят туда, где что-то можно модернизировать, а что-то — заставить работать не совсем так, как задумывал производитель. Некоторые энтузиасты оставляют в обсерватории свои гаджеты.

Несколько приборов на «Синтезе» изначально принадлежало сторонним астролюбителям. Потом эти люди задались вопросом: «Что хорошего в том, что я вывожу свой инструмент в поле один раз в году? Ему лучше работать на благо науки там, где для этого созданы все условия». 

Ещё один аспект состоит в софте. Профильное ПО для обсерваторий делают не так много компаний по всему миру. Какие-то программы с открытым исходным кодом лежат в свободном доступе. Другие нужно покупать, а для этого требуются деньги. Разговор снова упирается в финансирование и возможность выбить крупный грант, что в нынешней ситуации не просто. Особенно для фундаментальной науки, которая не даёт практического результата здесь и сейчас.

Проект «Синтез» объединяет огромное количество самого разного оборудования. Его разброс таков, что ни одна готовая программа не будет управлять телескопом «из коробки». Как уже говорилось в статье, аппаратно-программную инфраструктуру для «Синтеза» писали на месте, используя уникальные технические и программные решения.

Перспективы «Синтеза»

Проект «Синтез» уже доказал свою жизнеспособность. Едва пройдя реконструкцию, этот телескоп начал поставлять открытия оптом. Этот рассказ касался технических особенностей обсерватории и поиска ответа на вопрос, можно ли создать актуальный научный инструмент своими руками. В свете полученных данных авторы готовы дать утвердительный ответ.

Но следует учитывать одно. Наша история — не только о технарстве, но и людях. Хороший специалист, любящий своё дело и способный к творческим решениям, проявит себя даже в самых тяжёлых условиях. Такой человек может стать первооткрывателем чего-то нового даже с детским биноклем, а иному персонажу не помогут и сто орбитальных телескопов.

Неформальность «Синтеза» позволяет ему быть максимально близким к обществу. В астрономию идут совершенно разные люди. Далеко не все из них могут похвастаться профильным образованием и математическим складом ума, но в этой группе можно встретить экспертов в самых неожиданных областях знаний.

И здесь мы подходим к важной черте «Синтеза» — тому, чего не имеют многие обсерватории с монструозным бюджетом и тысячным штатом сотрудников. Детище героев нашего рассказа взаимодействует с группами энтузиастов по всему миру. 

Каждый волонтёр делает немного работы, но вкупе эти усилия дают мощнейший импульс к развитию проекта. Задачи, которые обходятся официальным обсерваториям в годы переговоров, смет и прочей бюрократической волокиты, не слишком тормозят шествие «Синтеза». В некотором смысле, они выполняются сами собой и не требуют пристального контроля. 

Так что «Синтез» важен не только как научный прибор. Этот телескоп стал точкой пересечения для многих специалистов, сформировав одну из немногих по-настоящему «народных» обсерваторий. Она позволяет любому человеку приобщиться к серьёзной науке. С учётом того, что астролюбители — народ упрямый и крайне мотивированный, можно с уверенностью заключить: всё только начинается.

Источники:

1. Дополнительные материалы и научные публикации по астрономическим объектам приведены в виде гиперссылок;

2. Все медиафайлы приведены с указанием авторства или источника;

Литература:

1. Nazarov S.V., Kharchenko A. V. Modernization of the telescope ”Sintez” at the Crimean astrophysical observatory // Moscow University Physics Bulletin 2022. — 2022. — Vol. 4. — P. 2240204.

2. Heinze A. N., Trollo Joseph, Metchev Stanimir. The Flux Distribution and Sky Density of 25th Magnitude Main Belt Asteroids // Astron. J. — 2019. — Vol. 158, № 6. — P. 232. 1910.13015.

Авторы:

1. Интервью брал Никита Игнатенко;

2. Отвечал на вопросы Сергей Назаров.

---

НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:-15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.