С прибытием следующего африканского радиотелескопа Намибия видит новый рассвет в астрономии

Предстоящее пополнение сети телескопов Event Horizon откроет космические тайны и новые двери для следующего поколения астрономов Южной Африки.

Отредактировано 2023-25-06
прекрасное ночное небо над пустыней сверкает звездами и полоса галактики млечного пути тянется через нееНочное небо Намибии - мечта звездочета.

Когда солнце опускается за горизонт в Южной Африке, пустыня Намиб погружается в холодную темноту. Этот участок неба свободен от частых облачных дождей и от мешающего света городских фонарей. В безлунные ночи звезды являются единственным источником освещения, усеивая черное полотно неба, словно драгоценные, сверкающие жемчужины. Это чистое, светлое небо - рай для астронома.

"Африка - прекрасный континент", - говорит Сьюзан Мурабана, преподаватель естественных наук из Кении. "Нам повезло, что у нас темное и незагрязненное небо".

Коренные африканцы издавна полагались на положение звезд и планет для регистрации времени и сезонов, формирования общества и идеологии. Многие из математических элементов, составляющих их культуру, были признаны в других мифах, легендах и обществах по всему миру. Но более широкое космическое сообщество только сейчас подхватывает эту идею.

За последние несколько десятилетий Африка стала основным местом расположения телескопов мирового класса, которые способствовали местному астрономическому ренессансу. Сегодня на континенте насчитывается 36 обсерваторий. В их число входит Стереоскопическая система высоких энергий (HESS), расположенная на высокогорном плато Хомас в Намибии, которая ищет следы космических лучей от сверхновых и туманностей пульсарного ветра. В то же время в засушливом пустынном регионе Кару в Северной Капской провинции Южноафриканский большой телескоп (SALT) отслеживает галактики и квазары.

куполообразное цилиндрическое здание с антилопой на переднем планеАнтилопа спрингбок проходит мимо Южноафриканского большого телескопа (SALT) возле Сазерленда, на склоне холма в Южноафриканской астрономической обсерватории (SAAO) - одной из 36 по всему континенту. MUJAHID SAFODIEN/AFP via Getty Images

Следующей обсерваторией, которая пополнит их ряды, станет первый в Африке миллиметровый телескоп, также называемый Африканским миллиметровым телескопом или АМТ, который будет использовать радиоволны для обнаружения объектов в самых темных уголках космоса. Открывая новые тайны Вселенной, АМТ может также открыть новые возможности для местных жителей. Ученые Юга Африки рассматривают телескоп как один из шагов в более широком движении по выращиванию нового поколения исследователей и восстановлению астрономии в регионе.

"АМТ - это проект, который волнует многих из нас на африканском континенте", - говорит Эли Касаи, заведующий кафедрой физики, химии и материаловедения Университета Намибии. "Изменение количества местных специалистов в этой области - это еще одно интересное событие, которого мы с нетерпением ждем как университет и как страна".

АМТ будет построен на горе Гамсберг, расположенной в охраняемом природном заповеднике на юго-западе Намибии. Удаленное расположение вершины с плато высотой 7 700 футов находится в 77 милях от столицы страны Виндхука, достаточно далеко от человеческой деятельности и густонаселенных городов, которые заполняют ночное небо световым загрязнением. В этом районе также бывает мало ливней и еще меньше облаков в течение всего года, что дает уникальные геологические и атмосферные преимущества для небесных наблюдений.

Ученые из Университета Намибии в Виндхуке в партнерстве с Университетом Радбоуда в Неймегене (Нидерланды) завершили проект стоимостью 25 миллионов долларов и планируют начать работу примерно через пять лет. После запуска почти 50-футовый телескоп будет участвовать во множестве экспериментов, таких как отслеживание газа в Млечном Пути для изучения рождения звезд, наблюдение за далекими активными галактиками и сбор информации о загадочных космических каннибалах, более известных как черные дыры.

Астрономы называют эту обсерваторию "недостающим звеном" для будущего исследований черных дыр, поскольку AMT пополнит ряды коллаборации Event Horizon Telescope (EHT) - глобальной сети синхронизированных радиообсерваторий, нацеленных на изучение природы этих неуловимых образований.

Слежка за сверхмассивными черными дырами

Астрономы считают, что сверхмассивные черные дыры находятся в центре многих галактик, включая Млечный Путь. EHT собрал еще больше веских доказательств этой теории, когда в 2019 году он сделал первое в истории изображение черной дыры. Множественные узоры света вокруг черной дыры в центре галактики Messier 87 позволили исследователям измерить и наблюдать основные свойства этих небесных тел, включая ее край или горизонт событий. Эта "точка невозврата" представляет собой границу, где скорость, необходимая для того, чтобы вырваться из ее захвата, превышает скорость света. Все, что проходит эту точку, буквально высасывается из Вселенной. На сегодняшний день не существует столь же мощной силы, созданной человеком. Хотя полученные снимки и данные пролили свет на эти массивные звездные пасти, они также вызвали новые вопросы о хитросплетениях нашей Вселенной.

"[Следующим] шагом EHT будет буквально переход от получения изображения к видеосъемке черных дыр", - говорит Майкл Бакес, доцент Университета Намибии. Но для того, чтобы сделать это, была сделана одна вещь, которая стала дотошно очевидной: Необходимо больше телескопов по всему миру.

По состоянию на 2022 год сеть EHT состоит из 11 международных телескопов, каждый из которых в той или иной мере помогает изучать физику черных дыр. Сеть в основном сосредоточена вокруг Северной и Южной Америки, причем большинство телескопов находится в Северном полушарии. Дополнительный телескоп в Южном полушарии позволит улучшить связь и расширить набор данных между остальными телескопами. Именно в этом и состоит задача АМТ: Новое дополнение станет значительным толчком к расширению охвата ночного неба EHT.

большой серебряный радиотелескоп, сверкающий под усыпанным звездами ночным небомСубмиллиметровый телескоп (SEST) шведской организации ESO отражает звездный свет в небе над Ла-Силлой, первоначальной обсерваторией ESO. Выведенный из эксплуатации, SEST будет отправлен в Намибию и перепрофилирован для АМТ. Сангку Ким/ЕСО

Сейчас команда АМТ находится на критической стадии рассмотрения проекта, которая включает в себя обследование горы Гамсберг для определения точного места для обсерватории. Основание телескопа будет восстановлено из частей выведенного из эксплуатации в 2003 году Субмиллиметрового телескопа шведской компании ЕСО и усовершенствовано с помощью новой технологии для обнаружения электромагнитных волн, в частности, миллиметровых радиоволн, излучаемых далекими космическими объектами и активностью. Это позволит одностворчатому радиотелескопу наблюдать такие характеристики, как различия в яркости малых и больших черных дыр. АМТ позволит получать более качественные изображения и видео сверхмассивных черных дыр, а также увеличит общее время наблюдений EHT примерно на 30 процентов, что позволит астрономам непрерывно наблюдать за небом в течение более длительного времени.

Новый путь для африканских астрономов

Несмотря на то, что телескоп пополняет знания участников проекта EHT о Вселенной, большая часть его работы будет посвящена помощи местным астрономам в развитии их собственных исследований. Южноафриканские исследователи надеются, что он также предоставит возможности для процветания небольшого, но растущего астрономического сообщества Намибии.

Намибия уже не в первый раз начинает космические исследования: Страна имеет долгую историю стимулирования интереса и активности в местной астрономии. Например, в 2016 году намибийские исследователи помогли доказать существование высокоэнергетической "ловушки" в центре Млечного Пути, состоящей из концентрированных космических лучей - частиц, перемещающихся в пространстве почти так же быстро, как скорость света. Однако материально-технические и экономические проблемы не позволяют стране и дальше расширять эти научные направления.

"[Астрономия] может казаться очень далекой наукой для определенной группы людей или для определенных частей света", - говорит Мурабана.

Еще в детстве Мурабана увлекалась астрономией, но в ее сельской деревне в Кении было мало возможностей получить практический опыт. Ей было 20 лет, когда она наконец получила возможность посмотреть на небо в телескоп. По словам Мурабаны, хотя молодые поколения могут проявлять интерес к космосу и астрономии, в Африке относительно мало ресурсов и экспертов, которые бы поощряли их оставаться в этой области.

В Намибии, стране с населением 2,5 миллиона человек, есть два государственных университета и одно частное учебное заведение, в которых обучается около 60 000 студентов. Намибийский университет науки и технологии и Университет Намибии предлагают программы бакалавриата и магистратуры по физике с концентрацией в астрофизике, в то время как частный Международный университет управления не предлагает никаких научных степеней. По словам Бакеса, в Намибии не хватает местных астрономов в университетах. Он частично объясняет это низким числом студентов и отсутствием возможностей финансирования, но говорит, что более важная часть проблемы заключается в том, что многие перспективные намибийские студенты заканчивают обучение, а затем остаются за границей. Это "является значительной потерей для системы" для маленькой страны с ограниченным количеством населения в высшем образовании, говорит Бакес.

молодая кенийская девушка смотрит в телескоп ночьюМолодая девушка в городе Олойка, Магади, Кения, наблюдает за лунным затмением 2018 года через мобильный телескоп компании Traveling Telescope. Boniface Muthoni/SOPA Images/LightRocket via Getty Images

Ученые и общественные лидеры, такие как Бакес и Мурабана, возглавляют усилия по внедрению местных астрономических исследований в таких местах, как Намибия и Кения. Например, Мурабана теперь обучает детей с помощью "Путешествующего телескопа" - передвижной выставки в Кении, которую она основала, чтобы расширить доступ к науке и технике через астрономию. Мурабана говорит, что растущий интерес к космической отрасли особенно перспективен для нового поколения.

"Просто видеть будущее астрономии на континенте и то, что это создаст, очень интересно", - говорит Мурабана. "Космическая индустрия действительно растет и развивается на континенте, так что это очень захватывающее время для молодежи".

АМТ находится в центре этого исследовательского движения, подталкивая страну к тому, чтобы стать более мощным центром астрономической науки. Проект планирует иметь собственную образовательную и просветительскую программу, чтобы поощрять следующее поколение астрономов и астрофизиков Южной Африки - часть этой программы уже запущена. Помимо поддержки стипендий и грантов, АМТ будет располагать мобильным планетарием - надувным куполом, на который можно проецировать интерактивные изображения ночного неба. Планетарий с электрическим приводом будет посещать школы по всей Намибии. Цель купола - дать возможность более чем 150 000 детей одновременно взглянуть на Вселенную, а также обучить учителей работе с программой, чтобы уроки, полученные в классе, сохранялись и в последующие годы.

"Цель состоит в том, чтобы пробудить интерес таких детей не только к астрономии, но и ко [всем] областям STEM", - говорит Касаи. "Это также увеличивает перспективы обучения в ближайшем будущем большего числа намибийцев астрономии, чтобы они могли активно проводить исследования и сотрудничать с остальными членами мирового астрономического сообщества".

Такое мировое признание может также принести приток исследователей и финансирования из-за рубежа, обеспечивая местному научному сообществу международную поддержку. И хотя континент уже улучшил свои отношения со многими международными институтами и исследовательскими группами, некоторые представители сообщества считают, что африканские страны должны объединиться, чтобы стимулировать интерес к науке. Поскольку все больше людей осознают важность спутниковых технологий, ракетостроения, запусков и всех аспектов освоения космоса, Мурабана считает, что наступило захватывающее время не только для астрономии, но и для расцвета науки в Африке.

"Я думаю, что все любят науку и все являются учеными, независимо от того, откуда они родом", - говорит она. "Просто пришло наше время, как африканцев, производить больше ученых".