Летняя учебная практика студентов в Кавказской горной обсерватории
Кавказская горная обсерватория ГАИШ МГУ была открыта в 2014 году и с тех пор на ней каждую ясную ночь проводятся постоянные астрономические наблюдения на большом 2,5-метровом телескопе SAI25. Помимо научных сотрудников МГУ, сюда приезжают студенты астрономического отделения физического факультета МГУ и других факультетов, начиная с 2-го курса, чтобы проводить наблюдения.
Мы присоединились к летней учебной практике в КГО, чтобы своими глазами увидеть, как астрономы Московского университета исследуют нашу Вселенную и получают уникальные научные данные.
Андрей Татарников, руководитель летней учебной практики студентов астрономического отделения физического факультета МГУ, доцент кафедры экспериментальной астрономии физического факультета МГУ, старший научный сотрудник лаборатории Кавказской горной обсерватории.
Расскажите, пожалуйста, как наблюдают современные астрономы и как это устроено в Кавказской горной обсерватории
В Кавказской горной обсерватории занимаются наблюдениями и решением научных задач, разработкой новых приборов и доработкой существующих. Обсерватория очень многозадачна. Сейчас регулярные научные наблюдательные программы ведутся на телескопах SAI25— 2,5-м зеркальном телескопе и RC600 — 60-cм рефлекторе системы Ричи-Кретьена.
В современном мире астрономы уже не работают под куполом телескопа, а наблюдают в основном из операторской комнаты, сидя за таким столом (см. фото ниже). Сейчас здесь очень много работают студенты, приходят каждый вечер в ясную погоду. С разных приборов получают данные либо в виде картинок, либо в виде набора цифр. При этом звезды на всех картинках выглядят одинаково, и требуется обрабатывать наблюдения, чтобы получить научную информацию. Галактики же, наоборот, на изображениях разные.
Чтобы получить наблюдения необходимого вам объекта, нужно оформить заявку. У наблюдателей могут быть свои программы, и мы принимаем заявки со стороны, когда кому-то нужно получить данные о каком-либо объекте. Заявки поступают не только из России — это и Китай, Испания, Словакия, США, Франция и ряд других стран.
Почему 2,5-метровый телескоп называют основным в Кавказской горной обсерватории? В чем его особенности?
У телескопа несколько фокальных станций, на которые в данный момент установлено 7 разных приборов, и система зеркал, которая направляет изображения на эти приборы. Для российских обсерваторий это уникальная ситуация — смена приборов занимает 2 минуты, что позволяет наблюдать один и тот же объект разными методами. Например, SS433 — микроквазар, который сейчас считается единственным в нашей галактике. И мы, бывает, наблюдаем его в один прибор, потом — в спектрограф и в инфракрасную камеру.
Инфракрасных прибора на SAI25 установлено два. Первый уникален не только для России, но и для Европы - ASTRONIRCAM. Это камера-спектрограф на ближний инфракрасный диапазон — от 1 до 2.5 микрометров, сделанная на заказ в США. Она была изготовлена в двух экземплярах. Первую заказали из Индии. На ней производитель отработал технологию и доработал ее, поэтому наша камера получилась гораздо лучше. Второй прибор был разработан Сергеем Желтоуховым — нашим аспирантом, который в этом году защитил кандидатскую диссертацию по теме — и покрывает средней ИК-диапазон.
Какие ещё есть телескопы в КГО? Занимаются ли они поиском новых объектов?
Кроме большого 2.5-метрового телескопа в КГО установлен небольшой фотометрический телескоп RC600. На нем висит только один прибор – ПЗС-камера, которая получает прямые изображения астрономических объектов.
Поиск новых объектов - это не задача наших телескопов, так как у них слишком маленькое поле зрения, чтобы найти что-то новое. Для этого нужно другое оборудование, поэтому рядом с Кавказской горной обсерваторией установлен один из роботизированных телескопов сети МАСТЕР. Если его никто не беспокоит, робот-телескоп сам выбирает куда наводиться и, если что-то находит, снимает это и сообщает об этом оператору. А если спутник зафиксировал необычное излучение, например, гамма-всплеск, он сообщает примерные координаты и МАСТЕР быстро наводится и начинает наблюдать это место.
Как организована летняя практика студентов? Какие задачи перед ними ставятся?
На каждую практику к нам приезжают порядка 30 студентов астрономического отделения физического факультета МГУ. Часто к ним присоединяется два-три человека с факультета космических исследований. Вне практики в течение года здесь всегда присутствуют один-два сотрудника, которые занимаются и наблюдениями, и техническим обслуживанием телескопов.
Каждой проектной работой у нас занимается два студента. Задача перед такой командой ставится либо научная, либо научно-техническая - разработать прибор, исследовать новый метод наблюдения, понаблюдать объект, который ранее не наблюдали и не обрабатывали. То есть, хоть практика и учебная, все поставленные задачи уникальны. В следующем году уже будут другие.
При этом желающие могут и после окончания практики продолжить заниматься своей задачей, спросить нас, как ее доработать, доделать - и довести до научной публикации. Важно не просто изготовить работающий прибор - важно провести с ним наблюдения, обработать и проанализировать данные. Тогда действительно получается научная статья. После каждой практики у нас обычно есть две-три таких группы студентов.
А где студенты делают и собирают новые приборы? Какая инфраструктура есть в КГО?
В самой Кавказской горной обсерватории есть мастерские — с токарным и заточными станками, фрезерным станком, на которых отдельные студенты обучаются работать и, конечно же, делают это под присмотром. Многое печатаем на 3D-принтерах. Что-то студенты паяют сами.
В КГО есть даже свой напылительный цех, который построен, чтобы раз в 5-10 лет напылять зеркало 2,5-м телескопа. Перевозка зеркала — дело ответственное, это очень сложная операция с длительной подготовкой, порядка месяца — начиная с того, что перед каждой транспортировкой зеркало необходимо застраховать.
Мы сами отрабатывали технологию напыления — перед первым напылением протестировали весь процесс: был изготовлен массогабаритный макет, полностью соответствующий параметрам зеркала, он был снят с крыши телескопа, погружен на грузовик с помощью крана и привезен в напылительный цех. Когда все процессы были отлажены, мы произвели все то же самое с зеркалом.
При этом здесь напылять можно только наши зеркала или зеркала небольших размеров, иначе покрытие будет неравномерным и не идеальным. Малейший перепад в несколько микрон может повлиять на работу всего телескопа. Подбиралась технология, сколько времени “пылить”, какое напряжение подавать на магнетрон, сколько оборотов нужно делать, какой вакуум там должен быть, как мыть зеркало перед этим.
Возвращаясь к работам студентов, расскажите про то, чем занимаются в этом году. Какие приборы разрабатываются?
Сейчас мы со студентами, например, дорабатываем сканирующий модуль, на который ставится инфракрасная камера. Он сделан специально под проект по исследованию яркости фона неба. Для такой установки нужно научиться нарисовать 3D-модель, напечатать детали, написать программу управления моторами, которые двигают платформы. Надо все это синхронизовать с астрономическим прибором, получить данные, обработать.
Сам модуль будет снимать кадры в разных областях и разрезах — таким образом получится карта распределения яркости фона неба. Сейчас это готовый уникальный прибор, который нет необходимости делать “в железе”, потому что он целиком выполняет свои функции. И, соответственно, у нас есть технология, которой мы можем поделиться, если у коллег будет такой запрос.