Національне надбання під Харковом. Як працює найбільший в світі радіотелескоп низькочастотних хвиль

В 70 километрах от Харькова в чистом поле стоят две тысячи антенн, похожие друг на друга как близнецы. Это УТР-2 — самый большой в мире радиотелескоп декаметровых волн, подтверждающий забытое реноме Харькова как города науки.

Телескоп был построен в 1970-м и объединил вокруг себя лучших советских специалистов того времени, пытающихся разгадать устройство Вселенной. До сих пор он поражает не только масштабом, но и возможностями. При помощи УТР-2 можно наблюдать за Солнцем, молниями на Сатурне, исследовать удаленные галактики. А с недавних пор — еще и искать экзопланеты.

Накануне 50-летнего юбилея телескопа "Украинская правда" отправилась в обсерваторию, чтобы изучить это устройство, узнать принцип его работы и понять, зачем и кому все это нужно.

УТР-2 — Украинский Т-образный телескоп — находится неподалеку от села Граково Чугуевского района Харьковской области. Добраться общественным транспортом туда практически нереально — маршрутки из Харькова ходят лишь до райцентра, оттуда до пункта назначения — 30 километров.

— После трех часов отсюда не выехать практически, — заверяет старший научный сотрудник отдела астрофизики Радиоастрономического института НАН Владимир Доровский. — Когда нужно срочно в Харьков смотаться, идешь на трассу. Бывало, автостопом до Чугуева довозили.

Сворачиваем с трассы на полуразбитую дорогу. Путь перегораживает шлагбаум. Появился он после того, как часть деталей телескопа растащили на металлолом.

— В 2001-м приехали на ГАЗУ-66, пробили перекрытие тоннеля отбойным молотком и одну секцию кабеля полностью вынесли на цветной металл, — вспоминает Доровский.

Через пару минут езды по левую руку открывается огромная равнина, усеянная железными конструкциями причудливой формы.

— Эти "железки" — приемные антенны из обычного черного металла, — объясняет Доровский. — Антенны установили полвека назад, их здесь 2040 штук. Само наполнение с того времени, конечно, изменилось. 

Паркуемся у двухэтажного здания. На входе — стела с советской мозаикой. На ней — человек в наушниках за пультом в окружении созвездий и формул. Если бы не контекст, его вполне можно было бы принять за диджея.

На фасаде здания — панно с изображениями выдающихся ученых: Ньютона, Эйнштейна, Коперника, Ломоносова, Циолковского и Галилео Галилея. В центре — цитата Ленина: "Ум человеческий открыл много диковинного в природе и откроет еще больше, увеличивая тем свою власть над ней".

Так выглядит обсерватория Радиоастрономического института НАН Украины. Доровский дежурит здесь попеременно с коллегой — оба наблюдают за Солнцем.

— Измерительный комплекс — на первом этаже, на втором — жилые комнаты, вахтовым методом в понедельник заезжает наблюдатель и неделю дежурит, — рассказывает он.

Доровский учился в Харьковском институте радиоэлектроники (сейчас — Харьковский национальный университет радиоэлектроники). После окончания вуза работал там же в научно-исследовательском секторе, занимался преимущественно военной тематикой. В Радиоастрономическом институте — с 2001-го.

— Мы хотим знать все о Вселенной, — утверждает он.

Солнце, молнии Сатурна и sexy topic

УТР-2 начали строить в конце 60-х, а запустили в 1970-м. Инаугурация с участием президента НАН Украины Бориса Патона состоялась годом позже.

Фотография с церемонии открытия телескопа украшает доску объявлений на стене обсерватории. Рядом с ней — "советский прейскурант" на услуги телескопа: "В связи с финансовым кризисом, дальнейшим обнищанием науки, а также неослабевающей тягой богатых слоев общества к новым развлечениям ввести следующие услуги...".

Среди предлагаемых "услуг" — "посыл внеземным цивилизациям радиосигнала — 500 рублей", "наблюдение вспышки сверхновой звезды (с последующим банкетом)" и "почтительное выслушивание доктором наук мнения клиента о том, как на самом деле устроен мир" — по 2000 руб.

"Ученые тоже шутят", — улыбается Доровский.

Инициатором создания телескопа был академик Семен Брауде. Сегодня Радиоастрономическая обсерватория носит его имя.

"Брауде — выпускник харьковского политеха, из которого вышла плеяда больших ученых, — рассказывает Доровский.

Основное место его работы было в Институте радиофизики и электроники НАН на Академика Проскуры. Институт задействован в военных программах. Например, при постройке антенн для сверхдальней связи, включая подводные лодки. 

Высокий уровень образования позволил Брауде сделать поворот в сторону радиоастрономии. Он быстро собрал вокруг себя команду, которая начала этим заниматься".

Когда УТР-2 только запустили, аналогов в мире не было. Позже, в 70-х, подобные телескопы построили в Австралии и США.

"В то время, когда Брауде начинал это дело, все это было очень спорно, — объясняет Доровский. — Было очень много мнений, что из-за ионосферы и высокого уровня помех нельзя будет вообще ничего наблюдать.

Но он настаивал, что самая низкочастотная область очень информативна. И оказался прав. Этот инструмент для Советского Союза был исключением — в том смысле, что у него не было никакого военного предназначения. То есть потратили кучу денег на фундаментальные науки".

Перед тем, как запустить УТР-2, в этом же районе протестировали маленький УТР-1. Площадку для будущего телескопа Брауде выбирал вместе с руководителями области. На Граково остановились из-за равнинного рельефа и удаленности от города.

"Для радиотелескопа в виде антенной решетки большой площади очень важна была плоскость, — рассказывает Доровский. — Плюс нужно было строить как можно дальше от города, потому что город — источник радиопомех. Тогда еще движение тут было небольшим. Поэтому выбрали место в 70 километрах от Харькова.

В строительстве было задействовано очень много людей. Нужно было сварить и установить конструкции, выровнять территорию — частично в самых краях пришлось подсыпать землю, чтобы поддерживать плоскую поверхность".

Изначально УТР-2 принадлежал Институту радиофизики и электроники, в котором работал Брауде и его единомышленники. Но поскольку телескоп не совсем отвечал профилю института, ученый поехал в Москву и "пролоббировал", чтобы вокруг УТР-2 создали отдельный институт. 

В 1985 году Совмин СССР пошел ему навстречу и открыл новый Радиоастрономический институт НАН. Телескоп принадлежит институту и по сей день. 

"Солнце — самый ближний источник [наших наблюдений], — рассказывает Доровский. — Еще мы наблюдаем за Юпитером, можем регистрировать молнии на Сатурне, сравниваем их с земными.

Отдельным большим кластером исследований являются пульсары — нейтронные звезды. Плюс квазары — удаленные галактики. А еще, как говорят французы, "sexy topic" — это экзопланеты, поиск землеподобных планет, возможных для переселения. 

Какой это может иметь народно-хозяйственный эффект? Никакого, это фундаментальная наука. И простое человеческое любопытство".

Работает УТР-2 по тому же принципу, что и оптический телескоп. Только в отличие от светового излучения объектов, фиксирует радиоизлучение.

"Этот телескоп, если говорить бытовым языком, работает в УКВ-диапазоне коротких волн, — объясняет Владимир. — Каждая антенка подсоединена кабелем, мы получаем суммарную мощность радиоизлучения какого-то объекта. Отдельная программа занимается управлением антенны, отдельная — приемом излучения и его анализом. Дальше обрабатываем, получаем спектры, делаем науку".

УТР-2 имеет ряд преимуществ перед оптическим телескопом. Высокочастотное излучение — в том числе свет — подвержено затуханию на космической пыли. А радиоизлучение — нет.

"Очень много источников, которые не видны в оптике, видны в радио, — объясняет Доровский. — Например, источники радиоизлучения Солнца, которые находятся на расстоянии одного-двух радиусов от него".

Ламповые транзисторы и километры проводов 

На первом этаже обсерватории расположена раритетная советская техника — 60 ламповых приемников. Каждый — весом приблизительно по 50 килограмм. В центре — пульт управлениями антеннами. Ретрофутуризм, похожий на декорации к старым фильмам о злодеях, угрожающих стереть мир в порошок.

"Каждый приемник был настроен на свою частоту, — рассказывает Доровский. — Сигнал с антенн шел сюда и регистрировался. Когда не было цифровой техники для регистрации, все писали на бумаге. Тут в комнате стояли рулоны бумаги, объем колоссальный.

Если появлялась помеха — в основном, радиостанция УКВ-диапазона — например, какой-то мулла поет — надо было встроиться в сторону, чтобы поймать Солнце, а не муллу. УКВ-диапазоны остались до сих пор, особенно арабских много.

Когда все это включали, потребляло 30-40 киловатт. Тут было дико жарко, особенно летом. В Союзе было наплевать, когда нужно было платить за электроэнергию. С 2001-го все это не используется, потому что неэнергоэффективная техника. Но в рабочем состоянии".

В отличие от выключенных транзисторов, на пульте управления, похожем на машину времени, и сегодня горят лампочки. Над ним — вращающаяся карта звездного неба. Такая же винтажная, как и все вокруг.

"Пульт управления антеннами раньше был ручной, двоичный код по сути дела, — объясняет Доровский. 

— Сюда от каждого приемника выводился сигнал. 60 квадратиков, можно было видеть в режиме реального времени, что там происходит. Теперь все подключено к компьютеру, и мы используем этот пульт только для визуального контроля. Здесь идет индикация того, куда направлен луч телескопа".

В соседней комнате когда-то стояла огромная электронно-вычислительная машина для перфокарт и перфолент, с помощью которой сотрудники института начинали автоматизировать процесс. Сегодня здесь — несколько компьютеров с графиками на экранах. Один из них занимается управлением антенной, остальные — регистрацией сигналов.

"Сейчас идет наблюдение Солнца, я его провожу где-то до 3-4 часов дня, — рассказывает Доровский. — Этот компьютер занимается исключительно управлением антенной. На экране — положение Солнца за сегодня на небе. Каждые две минуты на антенну подается новый код — координаты Солнца.

А эти четыре компьютера регистрируют сигнал. Что пришло на вход, то они и записали цифрами. И после мы это все обрабатываем. Сейчас смотрим приблизительно 50 гигабайт за день наблюдений. Соответственно, за три месяца летних наблюдений получаются терабайты информации. Для этого пишем специальные программы, которые переводят ее в понятные публикуемые вещи".

Доровский и его коллеги по "солнечной группе" регулярно публикуют результаты своих исследований в специализированных европейских журналах — Solar Physics, Astrophysical Journal и т.д.

"Очень много того, что происходит на солнце, не объяснено, — говорит он. — Например, совершенно пока не ясно, почему на поверхности Солнца температура около 5000 °С, но при удалении от него на расстояние одного-двух радиусов, она поднимается до 1-2 миллионов °С. Есть масса предположений, но доказательств нет. Новые гипотезы мы и публикуем в статьях".

Осмотрев современную технику, возвращаемся в комнату с ламповыми приемниками. Оттуда спускаемся вниз по железной лестнице. Попадаем в подвальное помещение. Полутьма, пахнет сыростью. Справа и слева — длинные тоннели, опутанные бесконечной паутиной кабелей.

"Это коллектор, от слова collect, — объясняет Владимир. — Здесь сигнал с антенн собирается и потом идет наверх для обработки. Направо и налево — по километру тоннеля — считайте перегон метрополитена. Это все тоже было построено в конце 60-х.

Как вы понимаете, никакой мобильной связи здесь нет — как в метро когда-то. Чтобы проводить ремонтные работы, проложен телефонный кабель — а наверху есть полевой телефон. По-другому никак не связаться. Так и работают: подключить то-то, снять то-то".

Питает телескоп Чугуевская РЭС. При этом в случае грозы или какого-то другого форс-мажора обсерваторию тут же обесточивают.

"Мы подключены по самому дешевому тарифу, и чуть что, даже если никакой аварии нет, отключают электроэнергию, — утверждает Владимир. — Поэтому вся аппаратура на бесперебойниках стоит.

Но могут выключить на ночь или на сутки. Естественно, бесперебойники это все не выдержат, и потом нужно все включить вручную. Поэтому и дежурим здесь.

Кроме того, телескоп — как конструктор Lego, его можно сконфигурировать под каждую задачу вручную. Например, чтобы днем наблюдать Солнце, а ночью — пульсары или Юпитер. Из Харькова этого не сделаешь".

Космическое содружество и внеземные цивилизации

На втором этаже обсерватории — жилые комнаты и конференц-зал. Пока поднимаемся по ступеням, встречаем на стене большую советскую картину — космонавта в открытом космосе.

В конференц-зале — рояль и столик для пинг-понга. На поблекшем от времени паркете расставлены комнатные растения в горшках. У стены — ряды стульев из старых актовых залов. Когда-то здесь принимали иностранных гостей. Но с 2014-го зарубежные делегации боятся приезжать из-за "близости к зоне боевых действий". 

"На моей памяти были и норвежцы, и индусы, и американцы, французы три раза, — вспоминает Доровский — Останавливались на неделю-две, использовали наш инструмент, проводили по своей программе наблюдения.

В основном, "солнечников" там нет, есть люди, которые занимаются Юпитером, молниями на Сатурне и пульсарами — это тоже ходовые, достаточно популярные темы в Европе.

А еще были группы, которые занимались поиском внеземных цивилизаций, но мы сказали, что на это тратить деньги не будем".

Главным своим конкурентом в обсерватории называют паневропейскую сеть радиотелескопов LOFAR или Low Frequency Array. Центральная его база находится в Нидерландах, отдельные станции — в Германии, Ирландии, Польше, Франции.

"У нас с ними не очень хорошие отношения, — говорит Владимир. — На этапе проектирования в 2006-2007 годах мы предлагали им совершенно безвозмездную помощь — прежде всего, в разработке антенн — но они отказались.

LOFAR имеет два диапазона — один практически наш, второй — более высокочастотный, примерно до 200 МГц. При этом они совершенно не мониторили вопрос о тех же самых помехах. В результате не могут работать на частотах ниже 30 МГц".

УТР-2 задействован в ряде международных программ, связанных с исследованием космоса. 

Одна из них — Space Weather — занимается прогнозированием космической погоды. Ученые, например, могут заранее предупредить о выбросах энергии на Солнце, которые в случае приближения к Земле могут нести угрозу жизням космонавтов в открытом космосе.

"В настоящий момент если в прессе вдруг будут появляться сообщения о том, что через месяц Солнце что-то там "плюнет" — это все фейк, — заверяет Владимир. — Максимум, что мы можем сделать сейчас, — предупредить за несколько суток возникновение магнитных бурь".

Совместно с LOFAR, радиоастрономической станцией во французском Нансе и американским телескопом Very Large Array УТР-2 также занимается наземной поддержкой космического аппарата Parker Solar Probe. Два года назад НАСА запустило его в космос для изучения солнечной "короны" — верхнего и самого горячего слоя атмосферы Солнца. В программе участвуют только очень низкочастотные телескопы.

"Каждый перигелий, когда спутник приближается к Солнцу, у нас, во Франции и в Америке, включаются радиотелескопы, которые смотрят Солнце параллельно с ним, — рассказывает Владимир. — Спутник уже сделал пять оборотов вокруг Солнца, приближаясь к нему каждый раз все ближе и ближе. Шестой пролет — как раз сегодня".

В режиме бюрократии и надежды

С балкона второго этажа обсерватории открывается панорама на "лес" из 2040 антенн. Конструкции стоят на расстоянии от шести до девяти метров друг от друга, высота каждой — шесть метров. Общая площадь "решетки" — 150 тысяч квадратных метров. Большего радиотелескопа низкочастотных волн до сих пор нет нигде в мире.

"LOFAR, конечно, больше площади. Но, учитывая, что он ниже 30 МГц не может работать, в диапазоне от 10 до 30 МГц мы по-прежнему являемся самым крупным радиотелескопом в мире, — утверждает Владимир.

Когда к нам приезжали голландцы, спрашивали: "Как это вам удалось выбить под научные цели такие площади?" Потому что у них свободных площадей нет. И невозможно поставить антенну именно потому, что вся земля частная.

Сейчас у нас это тоже было бы очень сложно, потому что это плодородные земли, вряд ли бы их отдали. Это основная проблема для больших телескопов".

Меньшие копии УТР-2 — так называемые интерферометры с такими же частотами — находятся в разных частях Украины: УРАН-1 в Змиеве Харьковской области, УРАН-2 — в Степановке под Полтавой, УРАН-3 на Шацких озерах, УРАН-4 — в Маяках под Одессой. 

Благодаря современным цифровым технологиям они легко могли бы взаимодействовать друг с другом. Но отсутствие высокоскоростного интернета существенно замедляет процесс.

"В советское время это создавалось как единая сеть и, соответственно, мы решаем общие задачи, — объясняет Владимир. 

Если в какой-то из этих точек записать сигнал, то можно было бы его передать нам. Но для этого нужен быстрый интернет. А у нас сейчас сидиэмейный модемчик в компьютере управляющем. И когда вся округа приходит домой и начинает включать интернет, все падает.

Поэтому человек — в Одессе, например — берет жесткий диск и привозит его в Харьков на поезде. Тут их все собирают, перемножают и это позволяет получить очень высокое угловое разрешение для удаленных объектов. Обещали провести оптоволокно со следующего года, живем надеждой".

Сейчас институт строит новый, более современный телескоп GURT — Giant Ukrainian Radio Telescope. Телескоп собирают из белых металлопластиковых труб. Пока установили десять секций. Две из них — по 25 антенн в каждой — уже функционируют.

"Новый телескоп нужен, потому что этому уже 50 лет, и кто знает, сколько все эти коммуникации еще проработают, — объясняет Владимир. — Там будет такой же принципы — но вдвое выше [диапазон] — от 10 до 70 МГц.

Отличительная особенность GURT в том, что когда здесь есть интернет, им можно управлять из Харькова. По сути, это та технология, которая применяется на всех европейских телескопах. Там нет необходимости сидеть на месте и включать руками, все через интернет.

Построено уже около 10 секций, правда, кабели подведены только к двум. Опять же все упирается в финансирование".

Летом в обсерваторию с экскурсиями приезжают студенты. Сотрудники мечтают открыть телескоп для большего круга людей, как делают их коллеги из Европы. Но, учитывая, что институт является неприбыльной организацией, закон не позволяет им это сделать.

"Мы давно ставим перед руководством вопрос создания музея, — утверждает Владимир. — Потому что на всех телескопах, где мы были, в обсерваториях, во-первых, есть музеи, во-вторых, туда проводят экскурсии, в-третьих, зарабатывают на этом деньги.

В том же Нансе телескоп находится в лесу. Можно посмотреть его, покататься по лесу, а потом они для туристов устраивают обед, соответственно, all inclusive. Получили денежку себе и можно существовать. 

Но законодательство в Европе другое, а у нас все очень забюрократизировано. По статуту мы неприбыльная организация и не можем иметь доход. Поэтому пока это не организуется".

В октябре УТР-2 отмечает 50-летний юбилей. В честь этой даты в институте хотят подвести итоги того, что "натворили за это время".

"Вообще говоря, это место имеет статус национального достояния, — говорит Владимир напоследок. — И хотя бы небольшие деньги выделяют на поддержание его жизнеспособности. Понимают, что этим мы можем гордиться. И что если все это рухнет, восстановить будет невозможно".

Дмитрий Кузубов, фотографии Константина Буновского, для УП