Небесная демократия: Астрономия — аристократическая наука

Остальные астрономы могли работать на телескопах двух национальных обсерваторий — в Аризоне и Нью-Мексико. Однако время наблюдений там распределялось заранее, и даже ученые с именем могли рассчитывать максимум на десяток сеансов в год. Поскольку эти обсерватории финансировались из общественных средств, фотопленки и пластинки поступали в открытые архивы, но с весьма значительной задержкой в год-полтора. Данные с космических обсерваторий тоже подлежали общедоступному архивированию, однако оптических орбитальных телескопов у NASA в то время еще не было вовсе, а космическая инфракрасная астрономия пребывала во младенчестве (первый инфракрасный телескоп IRAS был запущен только в начале 1986 года и проработал всего девять месяцев). У радиоастрономов и исследователей космических источников гамма-лучей и рентгена дела с кооперацией обстояли несколько лучше, но и там имелись свои профессионалы-монополисты.

Но демократизация астрономии была не за горами. На нее работали многие факторы — например, возникновение крупных интернациональных исследовательских консорциумов и распространение сетевых коммуникаций. Но первым шагом на этом пути оказалось предложение, высказанное в феврале 1987 года. Национальная обсерватория Китт-Пик тогда собрала трехдневную астрономическую конференцию для обсуждения возможностей использования только что полученного большого телескопического зеркала. Среди приглашенных был известный астроном и астрофизик Джеймс Эдвард Ганн, профессор Принстонского университета, который тогда занимался разработкой астрономических фотокамер на ПЗС-матрицах. Ганн предложил оснастить телескоп с новым зеркалом камерой и спектрографом с ПЗС максимально высокого разрешения, чтобы его можно было использовать для автоматического сканирования обширных участков небосвода с целью сбора информации о миллионах ближних и дальних галактик. Ганн прикинул, что эта установка сможет за пять лет накопить такой объем спектроскопических данных, который при сборе обычными методами растянулся бы на несколько тысячелетий. Он также предложил хранить оцифрованную информацию в общедоступном электронном архиве.

Оригинальность проекта Ганна заключалась отнюдь не в его масштабах. Астрономы просматривали обширные участки небосвода и составляли перечни своих находок с XVIII столетия. В 1950-е годы астрономы Калифорнийского технологического института десять лет снимали северный небосвод фотокамерой 120-сантиметрового телескопа обсерватории Маунт Паломар и получили 4000 снимков. Однако обычные фотографии не поддавались автоматической обработке и не обеспечивали стандартизированной оценки параметров небесных объектов. Цифровые камеры и спектроскопы в сочетании с компьютерным анализом давали возможность преодолеть эти препятствия, значительно повысить качество измерений и собрать богатейшие коллекции унифицированной астрономической информации, откалиброванной по единым шаблонам. Использование этих приборов также обещало многократный выигрыш в качестве измерений. Ведь полупроводниковые матрицы регистрируют не менее 70% фотонов и обеспечивают определение яркости с точностью 0,5%, а даже лучшие астрономические фотопластинки, которыми пользовались астрономы в конце прошлого века, «теряли» около 99% световых квантов и позволяли оценить яркость с погрешностью не менее 10%.

Участники встречи сочли предложение Ганна вполне осуществимым, одобрили и... немедленно забыли. Сам Ганн вернулся к работе над цифровой камерой для космического телескопа «Хаббл» и исследованию квазаров. Идея была хороша, но для воплощения в жизнь ей предстояло обрести активных сторонников.

В сентябре и декабре 1988 года полтора десятка астрономов дважды встречались для обсуждения конкретного плана действий в поддержку проекта Ганна. Они пришли к выводу, что телескопу вполне достаточно 250-сантиметрового зеркала и наилучший порт приписки для него — обсерватория Апачи-Пойнт в штате Нью-Мексико, расположенная на пике Сакраменто на высоте почти 3 км. Годовой бюджет проекта был оценен в $12 млн.

Однако найти деньги и спонсоров оказалось непросто. Первую часть финансирования проект получил весной 1990 года, когда президенты Принстонского и Чикагского университетов и Института фундаментальных исследований выделили ему по $350 000. В ноябре к ним присоединилась Национальная ускорительная лаборатория Fermilab, пообещавшая 5 млн и доступ к компьютерным и программным ресурсам. Так сформировался консорциум первичных участников проекта, который со временем значительно расширился. Следующим летом богатый благотворительный фонд, основанный в 1934 году президентом корпорации General Motors Альфредом Слоаном, посулил еще 8 млн при условии, что бюджетный перерасход, если таковой случится, будет возмещен университетами. Эта оговорка была отнюдь не лишней, поскольку оценочная стоимость проекта к тому времени подскочила до $25 млн. Тогда же проект получил имя — Sloan Digital Sky Survey, SDSS (Слоановский цифровой обзор небосвода). Согласно планам, ему предстояло просканировать 10 000 квадратных угловых градусов северного неба (более четверти его общей площади) и определить красные смещения миллиона галактик.

Проект понемногу начал работать, и в 1994 году в нем было задействовано полсотни астрономов и астрофизиков, среди которых появились первые иностранные участники — ученые из Японии. Сам Ганн возглавил проектирование уникальной 120-мегапиксельной цифровой фотокамеры, для которой заказали 30 новейших 4-мегапиксельных ПЗС. Они работали при -100°С, так что камеру пришлось оснастить криогенным комплексом. Каждый ПЗС получил собственный набор из пяти оптических фильтров для различных длин волн от ИК до УФ. Отладка камеры завершилась к Рождеству 1997 года. На монтаж и юстировку телескопа ушло еще четыре месяца, и в ночь с 9 на 10 мая 1998 года он увидел первый свет и смог приступить к пробному обзору небосвода. Реальные наблюдения начались в июне. Проект тогда уже имел собственный сайт в интернете, который быстро обрел популярность (на следующий день после доклада на сессии Американского астрономического общества о первых результатах там было зарегистрировано 140 000 посещений!).

Однако настоящее сканирование небосвода началось гораздо позднее. До конца 1998 года телескоп в основном работал на поиск сверхдалеких квазаров, который вели параллельно с отладкой фотокамеры. К декабрю ученые отловили 13 квазаров, которые светили, когда возраст Вселенной составлял от одного до двух миллиардов лет. Настройка систем телескопа продолжалась и в течение 1999 года, когда на нем монтировали два спектрографа. Проблемы возникали буквально одна за другой. Самый неожиданный сюрприз судьба-злодейка преподнесла 19 октября: в ходе рутинного осмотра инженеры обнаружили трещину во вспомогательном зеркале. Эта авария могла стать фатальной, но, к счастью, с ней справились всего за три месяца. В Слоановском фонде уже подумывали прекратить финансирование проекта, но все-таки предпочли выделить на него еще 10 млн. Эта субсидия позволила довести до ума и телескоп, и всю его аппаратуру и приступить к систематическому сканированию небосвода.

Производительность слоановского телескопа впечатляет даже сегодня. Его камера «за один присест» фотографирует полтора квадратных градуса небосвода (в восемь раз больше площади полной Луны). Спектрографы, получающие сигналы по оптоволоконным кабелям, способны одновременно определить спектры более чем 600 квазаров, звезд и галактик. В зимние месяцы при чистом небосводе за один долгий ночной сеанс удается измерить спектры почти 6000 объектов.

Официально Слоановский обзор начался в 2000 году и сразу же вышел за рамки сбора данных для галактической и внегалактической астрономии и космологии. Так, члены коллаборации обнаружили более 10 000 неизвестных ранее астероидов и выяснили их состав. Еще одна группа астрономов занялась поиском самых холодных звезд и к 2005 году открыла около 70 коричневых карликов. За это же время участники проекта нашли почти 80 000 квазаров, причем пара десятков из них вспыхнула в течение первого миллиарда лет существования Вселенной.

Первый, пока еще не занумерованный отчет о результатах обзора был обнародован в июне 2001 года. Он содержал сведения о 14 млн космических объектов и 50 000 спектров. Они были выложены на интернет-сайте SkyServer, который в течение последующих четырех месяцев просмотрели полтора миллиона раз. В дальнейшем объем слоановской информации неуклонно возрастал. В отчете № 1 (Data Release 1) от 11 июня 2003 года появились сведения о 53 млн объектов и 186 250 спектрах; отчет № 7 от 31 октября 2008 года представлял 1 640 960 спектров и 357 млн космических объектов, в том числе 929 555 галактик, 121 373 квазара и 464 261 звезду.

Параллельно объему накопленных данных возрастало и количество посещений интернетного архива. Весной 2003 года оно достигло 10 млн, тремя годами позже перевалило за 200 млн, а к 2010 году превысило 700 млн.

Данные со слоановского телескопа легли в основу великого множества научных статей с весьма высоким индексом цитируемости. К концу осени 2009 года их было более 2700, а ссылок на эти публикации оказалось около 100 000. Примерно треть этих работ принадлежит участникам коллаборации, прочее — другим ученым. Данными обзора в том или ином виде оперируют не менее 20% астрономов разных стран, а возможно, что больше. Ими пользуются и любители астрономии по всему миру. Известные порталы Google Sky и Galaxy Zoo тоже используют данные Слоановского обзора. Он послужил пробным шаром и катализатором целого ряда позднейших проектов. В начале 2000-х годов было запущено несколько обзоров небосвода в неоптических диапазонах, результаты которых также общедоступны: например, 2MASS (ИК), GALEX (УФ), космический гамма-телескоп Fermi. Так что задуманное Джеймсом Ганном предприятие и в самом деле стало подлинным демократизатором науки о Вселенной.