Юный техник, 2008 № 05

Станислав СЛАВИН

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ Лови мгновение!..

Умение ловить мгновения ценно не только для фоторепортеров, делающих порой свои снимки в спешке, но и для астрономов, которые хотят запечатлеть вечную Вселенную…

Необходимость получать как можно более качественные снимки звездного неба привела астрономов к необходимости все больше увеличивать свои телескопы. Логика тут такая: чем больше линзы или зеркала телескопа, тем большей светосилой они обладают. А значит, могут уловить свет все более отдаленных объектов Вселенной. Затем телескопы стали поднимать повыше в горы, чтобы атмосфера не влияла на качество изображений.

И дело в конце концов дошло до того, что телескопы стали выводить в космос. Вспомним хотя бы знаменитый орбитальный телескоп «Хаббл». Вот уже более десятка лет он выдает снимки выдающегося качества.

Однако опыт эксплуатации этого телескопа, пережившего уже два ремонта и нуждающегося в третьем, показал, что дело это очень дорогое. И лучше бы, конечно, подобные снимки получать на Земле.

Но как?

Турбулентность (т. е. нестабильность) земной атмосферы не позволяет телескопам на Земле делать снимки, близкие по разрешающей способности к «хаббловским». Скромный по современным меркам 1,5-метровый диаметр объектива орбитального телескопа все равно превосходит по четкости снимков десятиметровые зеркала в высокогорных обсерваториях.

Космический телескоп « Хаббл» (вверху); слева — необработанное изображение; справа — после обработки.

Погрешности атмосферы ученые уже не раз пытались компенсировать самыми различными способами. Например, некоторые телескопы оборудуют системами так называемой адаптивной оптики, то есть главное зеркало телескопа делают не сплошным, а сотовым, с пустотами, чтобы оно было легче и меньше деформировалось под собственной тяжестью. Такое зеркало можно в той или иной степени приспособить к изменяющимся условиям окружающей среды. Для этого в «подушке», на которую опирается зеркало, делают множество опорных штырей-пальцев. Их микроперемещениями управляет компьютер, который, уменьшая или увеличивая давление в том или ином участке зеркала, подправляет его геометрию.

Кроме того, тот же компьютер позволяет учитывать неоднородность атмосферы, постоянно сравнивая ее состояние с неким эталоном, хранящимся в его памяти. И таким образом из получаемого изображения как бы вычитаются атмосферные искажения.

Наконец, современная вычислительная техника позволяет синтезировать изображение сразу нескольких зеркал, расположенных в разных местах.

Компьютерному редактированию поддаются и снимки из космоса земной поверхности.

Участок звездного неба

Однако такой метод сложен технически, требует особого программного обеспечения и далеко не всегда приводит к идеальным результатам. Поэтому недавно группа ученых Кембриджского и Калифорнийского университетов под руководством доктора Крейга Маккея разработала еще одну аппаратно-программную систему, которая позволила с помощью Паломарского пятиметрового телескопа получить изображения, вдвое превосходящие по разрешению снимки телескопа имени Хаббла.

Технология получила название Lucky Imaging, а камеру, используемую для фиксирования изображений, нарекли соответственно Lucky Camera. Причем эти инструменты не отвергают адаптивную оптику, а работают в комплексе с ней.

Главное же вот в чем.

По технологии Lucky Imagingспециальная программа, следящая за атмосферной турбулентностью, отбирает лишь те моменты съемки, которые соответствуют почти нулевым искажениям. Чтобы вычленить эти мгновенья, хаотически разбросанные по времени экспозиции, Lucky Cameraделает не один, а десятки кадров в секунду.

После сортировки кадров, полученных с помощью быстродействующей камеры, отобранные изображения синтезируются в одно с помощью компьютера.

Если верить заявлениям ученых, то теперь получить снимки, равнозначные по четкости фотографиям орбитального телескопа, можно и с Земли, причем обойдутся они в 50 000 раз дешевле.

Однако минусы есть и у этой разработки. Ведь при отборе кадров большая часть световой информации выбрасывается. Традиционно на телескопе для получения изображений объектов с низкой светимостью делают длительную выдержку, позволяющую накопить достаточно света. Выдержка эта может составлять даже многие десятки минут. Для того чтобы получить снимки, аналогичные по яркости традиционным, общее время выдержки приходится увеличивать в сотни, а то и тысячи раз.

И. ЗВЕРЕВ

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ Следы невидимки

Если помните, в романе Герберта Уэллса человека-невидимку выдали следы, которые он оставлял на свежевыпавшем снегу. Нечто подобное, похоже, исследователи наблюдают сейчас во Вселенной. Но лучше, наверное, рассказать все по порядку…

С тех пор как Коперник открыл, что Земля, как и другие небесные тела, вращаются вокруг нашего светила по замкнутым траекториям, не мог не возникнуть вопрос: «Какая сила удерживает планеты и астероиды на их орбитах?»

Ответ предложил Исаак Ньютон, открыв закон всемирного тяготения.

В справедливости этого закона никто не сомневался, пока Альберт Эйнштейн не попытался распространить законы физики не только на Солнечную систему, но и на всю Вселенную. Поначалу и он предполагал, что отдаленные галактики постоянно находятся на одних и тех же местах. Однако в 1929 году американский астрофизик Эдвин Хаббл, имя которого ныне носит всем известный космический телескоп, упомянутый в предыдущей статье, выяснил, что все галактики разбегаются друг от друга.

Установить это ему удалось по так называемому «красному смещению». Помог ему в том закон Доплера, открытый в 1842 г. австрийским физиком Кристианом Доплером. Стоя как-то на перроне, Доплер обратил внимание, что гудок уходящего поезда имеет тон ниже, чем гудок приближающегося. Ну, а Хаббл применил эффект Доплера к оптическому сигналу. И по смещению его спектра сумел вычислить скорость разбегания галактик. (Теперь постоянная Хаббла входит во все учебники физики.)

Некоторые ученые подозревают, что темная материя разбросана по Вселенной в виде неких невидимых «островов», влияющих своей гравитацией на окружающее пространство.

Почему же галактики разбегаются? Ответили на этот вопрос таким образом: некогда наша Вселенная образовалась в результате Большого взрыва. С той поры все небесные тела — осколки того взрыва — разлетаются в стороны.

Однако из практического опыта известно, что чем дальше летит осколок от эпицентра взрыва, тем меньше его скорость. А вот в космосе, судя по замерам, все обстоит как раз наоборот: скорости разбегания галактик на окраинах Вселенной все увеличиваются и увеличиваются. Почему?