Возрождение телескопа «Синтез» или как превратить музей в автоматическую обсерваторию

В августе 2023 года автор побывал в Крымской астрофизической обсерватории и взял интервью у Сергея Назарова. Он занимается модернизацией «Синтеза» — первого и последнего советского телескопа, использующего технологию сегментированной оптики.

До 2018 года этот телескоп стоял на консервации. Сергей получил карт-бланш на его реконструкцию. Вот уже пять лет работы ведутся на чистом энтузиазме и финансировании из личных средств. 

С тех пор астроном проделал колоссальный труд. Его стараниями «Синтез» стал полноценным научным прибором, в котором сочетается аналоговая оптика и современные электронные компоненты.

Мы списались через социальные сети и согласовали время посещения. После недолгих приветствий Сергей провёл меня в обсерваторию. 

Мы приземлились на стулья. В тени грандиозного «Синтеза» я включил диктофон. Так началась наша беседа.

— Для многих людей астрономия находится на грани науки и техномагии. Что мотивировало вас выбрать такую специальность?

— Как известно, любая развитая технология неотличима от магии. Я решил связать свою жизнь с астрономией из-за романтики. Моё детство пришлось на девяностые годы. В Севастополе часто выключали электроэнергию. Не имелось даже уличного освещения. Соответственно, даже в центре города очень хорошо были видны звёзды. Я смотрел на звёзды и задавался вопросом: «Что это такое? Почему они светят? Что делают наверху?». Папа поддержал моё увлечение и подарил мне книгу, потом подписал на рассылку астрономического журнала. На чердаке нашёлся телескоп — половина морского бинокуляра. С этого всё началось.

— Почему вы расположили базу именно в Научном?

— Это историческое место. Астрономы выбрали его сразу после войны. Они проводили астроклиматические исследования — выясняли, насколько атмосфера прозрачная и стабильная, а также, какова яркость фона неба. Ключевой параметр для того времени — стабильность атмосферы. То есть сильно ли она «дрожит», насколько в ней выражены турбулентные потоки. Оказалось, что здесь они менее выражены, чем в среднем по Крыму. Поэтому большие телескопы могут раскрыть свой потенциал, проводя наблюдения на максимальных увеличениях с предельной разрешающей способностью, давая наилучшую детализацию объектов. В Научном есть смысл ставить большие телескопы. Первым телескопом стал трофейный немецкий «Цейс» диаметром апертуры 1,20 м, а дальше в Союзе начали строить свои телескопы: такого же размера или больше. К примеру, «ЗТШ» с диаметром зеркала 2,6 м. Оказалось, что наш астроклимат вполне выдерживает телескопы метрового и двухметрового классов. Теперь здесь находится не только Крымская астрофизическая обсерватория, но и представительство МГУ вместе с базой «Роскосмоса». В сумме тут располагается более 40 телескопов.

— Помогают ли метеостанции предсказывать астроклиматическую обстановку?

— Мы занимаемся исследованиями изображений звёзд на кадрах. Яркость фона неба у нас измеряется специальной аппаратурой. Всё решает засветка и количество наблюдательного времени.

— В каком направлении вы проводите свои исследования?

— Я занимаюсь активными ядрами галактик, в частности, блазарами. С помощью «Синтеза» мы ищем неизвестные астероиды. Некоторое время, особенно со студентами, шла работа по поиску переменных звёзд. Также мы пытаемся развить тему с обнаружением неизвестных экзопланет методом транзита. Это перспективное направление. Сейчас мы разрабатываем ПО для облегчения расчётов.

— Расскажите подробнее о телескопе «Синтез».

— Когда в нашей обсерватории построили «ЗТШ» с диаметром 2,6 м и дальше на его основе был построен шестиметровый телескоп на Кавказе, Архыз, оказалось, что в этих телескопах есть один недостаток — очень тяжёлая конструкция. Тяжесть была связана с зеркалом. Чтобы сохранять форму, оно должно быть толстым. Соответственно — тяжёлым. Тяжёлое зеркало автоматом тянет массивную монтировку. Облегчение оптики работает до определённого предела. Дальше всё упирается в то, что тонкое зеркало гнётся, а толстое оказывается чрезмерно массивным. Отсюда следовало: чтобы двигаться дальше и создавать зеркала большего диаметра, нужно как-то облегчить главное зеркало. Один из вариантов — собирать его из отдельных сегментов. То есть синтезировать большую апертуру из маленьких зеркал. Идею реализовали здесь, на «Синтезе». Он был запущен в 1978 году. До 90-х годов работы шли в двух направлениях. Первое — юстировка набора зеркал, чтобы они работали как единая оптическая конструкция. Второе — совершение быстрых подвижек сегментов, меняя их угол относительно оптической оси для того, чтобы компенсировать атмосферную турбулентность. Эта было тупиковое направление. Сегменты оказались крупными. Атмосфера «кипит» на разных масштабах (слои тёплого и холодного воздуха чередуются друг с другом, порождая своеобразные волны). В девяностые проект закрыли. До 2018 года телескоп стоял на консервации.

— И тогда пришли вы?

— Верно. Мне было интересно, почему такой уникальный инструмент, с которого началась история сегментированной оптики в Советском Союзе, оказался полностью забытым. С одной стороны, я хотел создать актуальный инструмент для научных исследований. С другой — продолжить работу, начатую прошлыми поколениями астрономов.

— Правильно ли думать, что «Синтез» и нашумевший «Джеймс Уэбб» являются дальними родственниками?

— Да, так и есть. У «Джеймса Уэбба» значительно больше зеркал и каждое по размеру как сам «Синтез». Поэтому он сильно вырвался вперёд. Большую роль играет качество материала зеркал и обработка их поверхности. Американцы сделали это на высочайшем уровне. Но «Синтез» является прообразом этой технологии. С него всё начиналось.

— Вы стараетесь найти способ, которым возможно «помирить» советскую оптику и новую периферию?

— Мы делаем новый инструмент. Во-первых, «Синтез» не предусматривал автоматизации. Им управлял человек. Астроном стоял здесь, держал в руках пульт и жал кнопки: вверх-вниз. Он закладывал фотопластины. Поворачивал ручки. Сзади можно видеть шкаф. Он набит аналоговой аппаратурой, которая двигала зеркалами. Разумеется, эффективность получения данных при таком подходе была низкой. Я решил добиться того, чтобы «Синтез» работал автономно. Такой была первая задача. Вторая — сделать так, чтобы «Синтез» работал не только на сотрудников обсерватории, но и помогал любителям астрономии, чтобы каждый мог получить данные с полноценного исследовательского инструмента. В этом ключе «Синтез» может быть посредником между обществом и академической наукой. Даже не имея профильного образования, люди могут обратиться в обсерваторию и заказать машинное время для наблюдений интересных им объектов. Первую задачу мы решили практически полностью. Вторая задача, связать телескоп с широкой публикой, пока что в процессе решения. Мы хотим создать веб-интерфейс.

— Вы хотите создать автоматическую обсерваторию, которая соединяется с юзером по сети, тот оплачивает машинное время и наблюдает, что хочет?

— Оплата — скользкий вопрос. Непонятно, как это согласуется с уставом нашей организации. Но в общих чертах принцип именно такой. Без веб-интерфейса широкая публика не сможет получить доступ к телескопу.

— Каким образом происходит захват видеопотока с астрокамер? Вы лично просматриваете полученные снимки?

— Разумеется. Главный управляющий софт телескопа называется «NINA». Это программа с открытым исходным кодом. Она находится в бесплатном доступе и совместима с ОС Windows. Она позволяет задать список целей на ночь. Когда телескоп наводится на цель, «NINA» опознаёт небесный объект и фильтрует ошибки. Телескоп уточняет положение, делает серию кадров и переходит к следующему объекту. Так он работает всю ночь. Утром он «паркуется», прекращает охлаждение камеры, а все данные сохраняются на жёстком диске.

— Каким образом «Нина» знает, с каким телескопом имеет дело?

— На телескопе есть датчики. Через электронику они общаются с компьютером. Посредниками выступают драйверы. Мы пишем их сами. Ведение идёт через звёздные координаты. Датчики, кстати говоря, советские.

— Для читателей «Хабра» будет интересно узнать, какие алгоритмы обработки данных вы используете, а также «внутреннюю кухню» написания драйверов.

— Я занимаюсь научной работой и ставлю ТЗ. Код пишут участники нашего проекта. Никто из них не числится в штате обсерватории. Они, скорее, аутсорсеры.

— Вы начали этот проект на чистом энтузиазме и финансируете его из личных средств. Кто-то помогает вам в этой работе? Может быть, вы принимаете донаты от друзей? Есть ли государственное субсидирование для проекта «Синтез»?

— Государственное финансирование тут, мягко говоря, минимальное. Всё идёт на личной инициативе и донатах от самих участников проекта.

— Можно ли обучить нейросеть, дабы она сортировала снимки в автоматическом режиме?

— Мы сотрудничаем с фирмой «Niva-Electronics». Один из сотрудников заинтересовался нашим проектом и написал программу на Mathlab, которая позволяет автоматически анализировать изображения астероидов. Тут применяется оригинальная технология. Мы получаем большую серию кадров за ночь: сто, двести или больше. Затем ПО складывает кадры в направлении предполагаемого полёта астероидов. Неподвижные звёзды «размазываются», а сами астероиды останавливаются. Кадры складываются относительно них. Сигнал становится чище, а картинка — ярче. Чем больше складываешь кадров — тем более чётким будет астероид. Так можно «вытащить» даже очень тёмный астероид буквально из шума.

— Похожие технологии использует программа Astrostakkert?

— Принцип схожий. Единственное, что мы перебираем разные направления и скорости для сложения в направлении полёта астероида.

— Какими открытиями нас уже порадовал «Синтез»?

— Мы открыли около 160 неизвестных ранее астероидов. Дальше по мере исследования астероидов оказалось, что их ранние положения уже были зарегистрированы. Например, в Америке работает крупная программа государственного финансирования таких исследований. Многие астероиды, неизвестные в России, уже описаны в американских архивах. Соответственно, приоритет открытия даётся тому, кто успел найти искомый объект раньше всех. Многие «наши» астероиды уходят от нас, потому что кто-то успел зарегистрировать их быстрее. Здесь мы ведём работы по обнаружению неизвестных переменных звёзд. Есть парочка кандидатов, но пока говорить об однозначном открытии рано. Совместно с Пулковской обсерваторией мы исследуем положения спутников Урана и Нептуна. В ходе многомесячных наблюдений уточнялось положение этих спутников.

— Правильно ли думать, что Уран и Нептун до сих пор остаются «крепкими орешками» для небесной механики?

— Могу сказать, что чем медленнее двигается тело, тем больше неясностей мы видим в его орбите. Нам трудно собрать полную статистику. Соответственно, измерения орбит дальних планет, таких как Нептун, значительно осложнены.

— Какой самый интересный объект вы наблюдали за последний год?

— Мы сфотографировали одну из самых массивных галактик — IC-1101. Была недавняя сверхновая в галактике Мессье-101. Мы проследили за ней и построили кривую блеска. Один из наших астероидов — околоземный. Он пролетает в 3 млн километрах от Марса и 15 млн от Земли.

— Астероид кочует в центральных областях Солнечной системы и периодически пересекает орбиту нашей планеты?

— Да. У него вытянутая орбита. Он может заходить близко к Земле и Венере. Его орбита пересекается с нашей и представляет большой интерес.

— Правомерно ли думать, что астрономия — полигон для высшей математики?

— Здесь можно вспомнить историю с кометами. Когда астрономы наблюдали первые объекты этого класса, ещё никто не знал, что это, вообще, такое. Было неизвестно, что кометы могут возвращаться. На помощь пришла математика. Она дала возможность сказать, что комета, которую мы видим сейчас, пролетала условно 100 лет назад. 

— Бывает ли такое, что тела, известные под разными наименованиями, по итогу оказываются одним и тем же небесным объектом?

— Сейчас такого почти не бывает. Только если очень большая неопределённость орбиты. Например, объект очень быстрый. Его наблюдали совсем чуть-чуть, а дальше он ушёл за Солнце. Если в орбите существует неопределённость, то весьма трудно сказать, где и когда небесное тело «выскочит» в следующий раз. Через пять или десять лет мы его снова поймаем, и тогда неопределённость уйдёт.

— Пожалуй, это актуально и для межзвёздных объектов. Например, Оумуамуа. Он проскочил так быстро, что многие не успели разобраться в его природе.

— У него наблюдалось аномальное ускорение. Поэтому точная природа Оумуамуа, астероид это ли комета, до сих пор остаётся спорной.

— Что мотивировало вас заняться популяризацией науки?

— Когда я начинал научную карьеру, ещё не было ютуба. Информацию приходилось добывать самостоятельно. В какой-то момент я понял, что ею нужно делиться со всеми желающими, ведь в России живёт много людей, которые хотят знать, как устроен космос. Им просто нужно немного помочь.

— Чего не хватает нынешней астрономии?

— Если мы говорим о российских реалиях, то помощи со стороны государства. Беда в том, что наша обсерватория занимается фундаментальной наукой — вещами, которые неинтересны никому, кроме нас. Главный закон Вселенной — закон сохранения энергии. Любое тело стремится к минимальному энергетическому состоянию на диване. С финансированием науки всё плохо. К нам приходят студенты, спрашивают: «Сколько я буду получать?». Я говорю: «Если повезёт, тысяч 20». Меня спрашивают о жилье. Я молчу. А что ещё сказать? Некоторые сотрудники предпочитают работать дворниками в Ялте. Там хотя бы платят 40 тысяч в месяц и можно спать на лавочке.

— Какой совет вы дали бы самому себе в молодости?

— Пожалуй, читать интересные книги и никогда не переступать через себя ради денег. Счастье состоит в личной реализации. В астрономию идут фанатики своего дела. Для них финансы — далеко не главный приоритет. 

Как и прочие сотрудники обсерватории, Сергей поддерживает себя на пике физической и интеллектуальной формы. Его работа — не только научная деятельность, но и стиль жизни. По-другому в практической астрономии не бывает.

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

Автор: Никита Игнатенко.