В подвалах Калтеха хранятся тяжелые коробки, собранные волонтерами. Больше 500 штук, с бесценным содержимым. Внутри — стеклянные фотопластинки размером 35×35 см, каждая из которых несет на себе фрагмент неба середины XX века. С 1949 по 1958 год телескоп Паломарской обсерватории в США трудился над созданием своего звездного атласа (POSS — Palomar Observatory Sky Survey). Всего было получено более 1 800 пластинок, зафиксировавших все небо северного полушария. Пластинки бережно проявлялись, описывались, копировались, рассылались по университетам и обсерваториям. Астрономы из разных стран вручную сверялись с ними, иногда сомневаясь: звезду они видят или же стоит пенять на дефект съемки? 

Сегодня подобная задача — колоссальный картографический проект — заняла бы не более четырех ночей. Этой осенью уникальный телескоп обсерватории Веры Рубин приступил к работе, чтобы не просто быстро отснять все небо в южном полушарии, а стримить его в высочайшем разрешении как минимум до 2035 года.

23 июня 2025 — день приятных новостей

23 июня, обсерватория Веры Рубин обнародовала съемки звездного неба, взбудоражившие публику похлеще политических сливов. Масштаб и детализация на кадрах просто поразительные. А ведь это всего лишь так называемый first light — «пристрелка» телескопа после калибровки, в переводе с астрономического. На снимках несколько объектов, каждый примечателен по-своему.

На первом — туманности Трехдольная (Trifid Nebula, М20) и Лагуна (Lagoon Nebula, М8) в созвездии Стрельца — результат соединения 678 снимков и 7 часов общей экспозиции.

На втором (видео) — фрагмент Скопления Девы, одной из самых плотно «упакованных» галактиками областей Вселенной (1100 снимков, 10 часов наблюдений). 

На видео заметны: спиральные галактики, аналогичные нашей, столкновение трех галактик, cупертонкая галактика типа «оладушек» (pancake), яркие звезды Млечного Пути. (Кадры, несмотря на «вместительность», занимают менее 2% поля зрения телескопа Рубин.)

Всего за 10 часов съемок обсерватория обнаружила 2 104 новых астероида в нашей Солнечной системе (около 20 тыс. открывают все обсерватории мира в течение года). В целом же в рамках десятилетней программы обзора Legacy Survey of Space and Time (LSST) планируется каталогизировать примерно:

• 5 млн астероидов, включая 100 тыс. околоземных объектов — это значительно расширит текущую базу данных малых тел, потенциально представляющих опасность для Земли;

• 20 млрд галактик — это позволит создать детальнейшую карту распределения материи, структуры (и массы!) Вселенной;

• 17 млрд звезд;

• 6 млн малых тел Солнечной системы, включая объекты пояса Койпера и кометы, — это поможет глубже понять происхождение нашего сегмента Млечного Пути.

Объем данных к концу миссии должен достигнуть около 60 Пбайт — ежедневно в облако будут уходить 20 Тбайт. С учетом того, что камера делает примерно тысячу снимков за ночь примерно каждые 30 секунд, охватывая почти все южное небо раз в три-четыре ночи, это примерно 2 млн снимков.

Но почему они молчали?

На самом деле в научных кругах никто не молчал. Идея построить телескоп, который бы не вглядывался в одну точку, а регулярно вел панорамную цифровую съемку всего видимого неба, захватила умы еще в конце 1990-х. Тогда в сообществе астрономов появился термин «телескоп большого синоптического обзора» (Large Synoptic Survey Telescope, LSST) — от греческих слов σύν (syn — «вместе») и ὄψις (opsis — «вид»). Изначально такой инструмент планировалось использовать для поиска темной материи — невидимого глазу источника 85% массы Вселенной. Пятый десятилетний отчет «Астрономия и астрофизика в новом тысячелетии» (Astronomy and Astrophysics in the New Millennium), опубликованный Национальной академией наук США в 2001 году, рекомендовал создание LSST как важный этап этого проекта. 

В 1970-х годах астроном Вера К. Рубин совместно с Кеннетом Фордом усовершенствовали спектроскопический метод, позволяющий измерять, как меняется скорость звезд в галактике в зависимости от их расстояния до центра. Они обнаружили, что звезды на окраинах галактик движутся слишком быстро, словно на них действует гравитация невидимой массы. Так было получено одно из первых надежных доказательств существования темной материи — вещества, масса которого по меньшей мере в пять раз превышала массу всех светящихся объектов в галактике. Позже выяснилось: темная материя также искривляет свет от далеких галактик, действуя как гравитационная линза. 

Именно для отслеживания таких искажений и была спроектирована обсерватория Веры Рубин. Но как только астрономы задумались о том, что еще возможно сделать с обзорным телескопом, сочетающим выдающуюся способность собирать свет с широчайшим полем зрения, исключительной скоростью и самой мощной в мире цифровой камерой, научная миссия Рубин быстро вышла за рамки изысканий в области темной материи. 

Отголоском первоначальной задумки стало название — из LSST проект переименовали в «Обсерваторию имени Веры Рубин». Решение также было жестом, отражающим стремление научного сообщества к более репрезентативному признанию ученых-женщин — особенно на фоне скандала вокруг телескопа Джеймса Уэбба, который тоже чуть было не переименовали.

Проект официально стартовал в 2000-х, получив крупное госфинансирование. Общий бюджет строительства составил около $700 млн, включая частные пожертвования. В частности, по $10 и $20 млн соответственно в проект вложили Билл Гейтс и Чарльз с Лизой Симони. В честь четы последних сам телескоп обсерватории получил название «обзорный телескоп Симони» (да-да, телескоп обсерватории Рубин назван в честь создателя Word). 

Отливка зеркала началось в 2007 году, а строительство здания обсерватории стартовало в 2015-м в Чили, на вершине Серро-Пачон, в часе лета к северу от чилийской столицы Сантьяго. Эта часть предгорий Анд отличается уникально стабильной погодой — течение Гумбольдта, располагающееся недалеко от берега, охлаждает поверхность Тихого океана, минимизируя влажность воздуха. По мнению астрономов, это обеспечивает одни из лучших на планете условий для астрономических наблюдений. Ясных ночей в этих местах более 300. Высота обсерватории над уровнем моря — ~2700 метров. 

Окей, почему не «Хаббл» и не «Уэбб»? 

Наверное, ответ уже понятен, но все же поясню. Да, у нас уже есть телескоп «Хаббл» (запущен, хоть и не без происшествий, в 1990-е) и новейший телескоп «Уэбб», находящийся в точке Лагранжа L2, что дальше Луны, и оснащенный 6,5-метровым зеркалом, сложнейшей системой охлаждения и тепловым экраном размером с теннисный корт. Его стоимость превысила $10 млрд, что куда больше, чем получила лаборатория Рубин, а разработка заняла более двух десятилетий. Но ни «Хаббл», ни «Уэбб» не умеют то, что умеет телескоп Симони (ну вот, все-таки назвали его так). Это не очередной точечный «зум» в глубины Вселенной, а инструмент, созданный для другого класса задач — регулярного широкоугольного мониторинга неба и съемки в высочайшем разрешении. Он не заменяет «Хаббл» или «Уэбб», а закрывает тот участок исследовательского фронта, который те физически — по совокупной светосиле скорости и ширине охвата — не могут покрыть.

«Широкоугольная камера 3» «Хаббла» и ближняя инфракрасная камера «Уэбба» имеют поля зрения менее 0,05 квадратного градуса каждая, что эквивалентно всего нескольким процентам от размера полной Луны. Будущий космический телескоп «Нэнси Грейс Роман» увидит немного больше — примерно одну полную Луну. Телескоп Рубин, в свою очередь, может получать изображения площадью 9,6 квадратного градуса за раз — это примерно соответствует 45 полным Лунам.

А что внутри?

Трехзеркальник

Подняться в высокогорную обсерваторию — уже приключение, но если хочется большего, то ряд лестниц приведет вас прямо к телескопу размером с четырехэтажный дом. Его главное зеркало — 8,4 метра в диаметре, слегка больше, чем у «Уэбба» (6,5 метра), но на этом структурные сходства заканчиваются. В отличие от двухзеркального «Уэбба», телескоп Симони устроен по трехзеркальному принципу Пола-Бейкера (это так называемый «трехзеркальный анастигмат»), дабы по максимуму убрать аберрации и подготовить «картинку» для плоской матрицы камеры. 

В системе используется параболическое первичное зеркало (M1), выпуклое сферическое второе зеркало (M2) и вогнутое сферическое третье зеркало (M3). 

Главное зеркало (M1) — параболическое, потому что обычное сферическое зеркало фокусирует свет в разные точки: это создает сферическую аберрацию — картинка по краям становится размытой, как на плохом групповом селфи. Параболическая форма фокусирует весь входящий свет в одной точке, обеспечивая четкий центр.

Но чем светосильнее телескоп (а у телескопа обсерватории светосила f/1.2 — рекордно «широкая»), тем больше других «рассыпаний» светового пучка — это кома (вытянутые «хвосты» у звезд на краях кадра) и астигматизм (смазанность, из-за которой звезды становятся «овальными»). 

Второе зеркало анастигмата (М2) за счет выпуклой формы компенсирует коматический перекос, перенаправляя отклонившиеся от оптической оси лучи. Третье (М3) с кривизной обратной второму (М2) «закручивает» изображение назад к точечной форме, выравнивая фокус по всей форме поля и устраняя эллиптичность астигматизма. В итоге на выходе получаются резкие и не искаженные изображения по всей ширине поля зрения. При этом M1 и M3 — это монолит, они отлиты как единое зеркало, что также минимизирует искажения. 

Камера

Камера рубинской обсерватории — отдельный инженерный шедевр, не имеющий на сегодня аналогов. Ее вес — почти 2800 кг, размеры — ~1,6 × 3 метра. Внутри размещены 189 ПЗС-сенсоров, светочувствительных матриц по 4k×4k пикселей, сгруппированных в 21 модуль-рафт, каждый из которых охлаждается до -100 °C для снижения шумов. Разрешение — 3,2 гигапикселя (!). 

Камера делает снимок каждые 30 секунд, а считывание полного кадра занимает всего 2 секунды благодаря 3024 параллельным каналам чтения — по 16 усилителей на каждый ПЗС. 30 секунд — это два подряд 15‑секундных снимка, что позволяет обрабатывать шум и космические лучи. Повторное наблюдение той же области обычно происходит через три-четыре ночи, после завершения полной программы обзора неба.

Шесть фильтров камеры — u–g–r–i–z–y — обеспечивают покрытие от ультрафиолета до ближнего инфракрасного (примерно 320–1050 нм). Автоматический механизм за 90 секунд меняет фильтр, то есть извлекает текущий и вставляет новый, без перекалибровки фокуса и смещений в оптической схеме — выдающийся результат для такой сложной системы. Это позволяет быстро чередовать диапазоны и оценивать температуру, состав и возраст источников излучения. 

По углам матрицы установлены два так называемых управляющих рафта, которые следят за яркими звездами и по ним отслеживают малейшие смещения телескопа. Еще два угла занимают волновые датчики, которые намеренно делают снимки вне фокуса и по ним оценивают форму световой волны и ее искажения. Данные от датчиков подаются в систему активной оптики — 232 привода на нанометры изгибают поверхности трех зеркал телескопа, обеспечивая идеальную фокусировку изображения. 

Вот тут наглядно про работу актуаторов зеркала — правда, не рубинского, а у телескопа с незамысловатым названием Чрезвычайно большой телескоп (Extremely Large Telescope, ELT, с адаптивной оптикой):

Также большинство проектных решений телескопа Cимони обусловлены ск��ростью, с которой он должен двигаться (3,5 градуса в секунду) — как шутят сотрудники обсерватории, это crazy fast. А насколько crazy, можно посмотреть тут:

Расположение зеркал и камеры позволяет максимально централизовать массу и минимизировать инерционные нагрузки при перемещении. В отличие от многих других телескопов, базирующихся на бетонных основаниях, основная опорная стойка телескопа Симони выполнена преимущественно из стали — это предотвращает деформации конструкции при резких маневрах и сохраняет точность наведения. Питание всей системы требует значительных энергозатрат, особенно с учетом того, что телескоп меняет положение каждые 30 секунд в течение всей ночи. 

Чтобы исключить даже кратковременные просадки напряжения на вершине горы, под телескопом подвешены мощные батареи суперконденсаторов. Они работают по принципу рекуперации: аккумулируют энергию при торможении и отдают ее обратно при запуске, обеспечивая стабильную работу системы даже в условиях ограниченной инфраструктуры.

Данные

Когда обсерватория заработает в полную силу, данные с камеры полетят по волокну на приличное расстояние (~9 тыс. километров) — в Национальную ускорительную лабораторию SLAC в Менло-Парке, Калифорния. Изображение пройдет этот путь менее чем за 10 секунд благодаря 600-гигабитному оптоволоконному соединению с чилийским городом Ла-Серена и выделенной 100-гигабитной и резервной 40-гигабитной линиям, подключенным к научной сети Министерства энергетики США. 

В SLAC каждое изображение будет откалибровано и очищено алгоритмами, в том числе  они удалят следы от донимающих астрономов пресловутых старлинков. Рубин увидит множество спутников, но поскольку они вряд ли будут стоять на месте, их влияние на данные можно будет минимизировать. 

Помимо этого снимок будет сравниваться с предыдущим, последующие экспозиции объединятся в процессе (это называется коаддинг), а любое изменение автоматически сгенерирует алерт в течение 60 секунд с момента получения кадра. Широкое поле зрения Рубина означает, что таких оповещений может быть много, например 10 тыс. на изображение, — не тот стриминг, о котором мы мечтали, но тоже неплохо. 

Управление оповещениями будет осуществлять другая система — брокер, фильтрующий их для научного сообщества. Например, если вы астроном, интересующийся сверхновыми типа Ia, вы можете настроить фильтр так, чтобы получать уведомления при их обнаружении. Ожидается, что телескоп Симони обнаружит от трех до четырех миллионов сверхновых.

А что с другими объектами? Никто наверняка не знает, что мы найдем, поэтому оповещения должны рассылаться оперативно, дабы другие телескопы могли провести более глубокие наблюдения.

По мере того как каталог объектов Рубина будет пополняться, астрономы смогут делать к нему самые затейливые запросы. Нужны все изображения определенного участка неба? Без проблем. Все галактики определенной формы? Немного сложнее, но тоже да. Ищете 10 тыс. объектов, похожих на 10 тыс. других объектов по одному параметру? Это займет некоторое время, но все-таки да.

Бонус-гайд: как понять, с какого телескопа съемки, по дифракционным пикам

Дифракционные пики — артефакты астрономических фото в виде красивых звездных «лучей». Считается, что их вызывает свет, огибающий опоры зеркал. Подобные эффекты астрономы не любят, но непрофессионалам они помогают понять, какой телескоп делал фото.

Телескоп	Узоры пиков	Объяснение	Признак
Hubble Space Telescope	4 четких пика	4 стойки поддержки второго зеркала (спайдеры)	Крест
James Webb Space Telescope	6 ярких + 2 слабых = 8 пиков	6 — грани сегментованного главного зеркала + 2 от стоек второго	Узор в виде снежинки
Vera C. Rubin Observatory	4 пика + цветные «лопасти», кольца, ореолы	Пока непонятно: возможно, 4 стойки второго зеркала, а может быть, азимутальное движение телескопа + светофильтры (камера «докручивается», а стойки нет)	Крест, отличающийся по цвету от самой звезды, цветные «лопасти» и кольца вокруг

Хочу участвовать!

Весь код проекта уже доступен на GitHub. В то время как большинство телескопов проводят целевые наблюдения, распределенные только среди нескольких астрономов одновременно, Рубин планирует сделать данные доступными для всего астрокомьюнити, что, без преувеличения, открывает новую эру в астрономии. Теоретически, любой астроном мира сможет запросить доступ, и обсерватория предоставит данные в течение трех-четырех дней — невиданные ранее темпы доставки и акселератор открытий. 

Уже сейчас можно посерфить по первым снимкам Рубина в веб-приложении SkyViewer. Позже данные будут размещаться на Rubin Science Platform, где ученые, студенты и школьники смогут пользоваться ими без необходимости скачивать петабайты данных на свою технику. Обещают, что можно будет запускать собственные скрипты обработки прямо в облаке.

Энтузиасты, не владеющие личными телескопами, также получат шанс приобщиться — проекты на платформе Zooniverse (например, Rubin Comet Catchers) уже в разработке. 

Через два года после старта десятилетней программы обсерватория намерена сделать данные съемок публичными для всех.