Обращенные к звездам. Прошлое, настоящее и будущее астрономии

Стоило моим родителям чем-то заинтересоваться, они обычно погружались в это по полной программе. Когда новым увлечением стала астрономия, отец накопил на небольшой телескоп Celestron C 8, приземистый оранжевый цилиндр с восьмидюймовым зеркалом, и собственноручно соорудил для него специальный стол-подставку с полочками для хранения окуляров, оборудования и «Звездного атласа Нортона». Научный энтузиазм моих родителей подогрел телесериал Карла Сагана «Космос», вышедший в 1980 году, и в результате моя мама-библиотекарь запаслась его книгами. К тому времени, когда я родилась в 1984 году, астрономия была в нашем доме фоновой темой, наряду с садоводством, плотницким делом, птицами и классической музыкой. Мои родители старались обеспечить нам с братом богатый и разнообразный выбор потенциальных хобби.

И все же настоящий интерес к астрономии пробудился у меня благодаря моему брату Бену, который был почти на десять лет старше меня. Я совершенно убеждена, что, когда у детей такая большая разница в возрасте, старший непременно становится для младшего идеалом и примером для подражания. В детстве я восхищалась всем, что нравилось Бену, а он был бесконечно терпелив со мной и не раздражался на малышку, ходившую за ним хвостиком. Бен играл на скрипке – и я тоже захотела учиться играть. Бен участвовал в детских научных выставках – и я начала придумывать всевозможные несуразные эксперименты с игрушками и бытовыми предметами, которые попадались мне под руку. Я даже хотела носить брекеты, потому что они были у Бена (хотя очень быстро изменила свое мнение, как только оказалась в кресле у ортодонта).

В феврале 1986 года мне было полтора года, а Бену – одиннадцать, и он изучал комету Галлея для школьного проекта. Такие проекты всегда становились делом всей семьи, поэтому холодной зимней ночью мы вчетвером вышли на задний двор, вооружившись нашим восьмидюймовым телескопом и самодельным столом-подставкой, чтобы увидеть этот единственный в нашей жизни пролет кометы Галлея (в следующий раз она должна вернуться в 2061 году). По словам моих родителей, они хотели показать мне комету, но беспокоились, что я испугаюсь темноты, начну капризничать и проситься домой, как обычные малыши. Вместо этого я пришла в восторг. Я таращилась на небо, смотрела в телескоп (сейчас я поражаюсь, что ребенок, которому еще не исполнилось двух лет, мог смотреть в окуляр, но они клянутся, что да, я таки смотрела) и отказывалась возвращаться в дом, пока Бен продолжал наблюдение.

Любовь к астрономии серьезно захватила меня. Я рано научилась читать и читала с жадностью все подряд, так что через несколько лет после кометы Галлея я узнала о звездных скоплениях, черных дырах и скорости света благодаря книгам Джеффри Т. Уильямса «Планетрон», где рассказывается о приключениях маленького мальчика и игрушечного робота, который умеет превращаться в волшебный космический корабль и уносит его исследовать небеса. Я хорошо помню, как в пять лет, прочитав о скорости света, щелкала выключателем в своей комнате, чтобы убедиться, что как только я включаю свет, он появляется практически мгновенно. Действительно, свет оказался быстрый.

Позже я перечитала все книги по астрономии, которые только смогла достать, посмотрела все выпуски детских телепередач Мистера Кудесника и Билла Ная и ходила в кино на каждый новый фильм об ученых и космосе. Помню, мне особенно понравился фильм «Смерч», потому что ученые в нем были показаны очень воодушевляющим образом. Герои, изучавшие торнадо, вели невероятно крутые и захватывающие исследования, но при этом не забывали развлекаться, а главная героиня не боялась возиться в грязи и пыли во имя науки, но в финале у нее все равно был великолепный поцелуй (хотя я подозревала, что сочетать то и другое ей долго не удастся, потому что уже видела достаточно фильмов, где женщинам приходилось выбирать между Карьерой и Любовью).

Мои родители делали все возможное, чтобы поощрить мой интерес к космосу, но перспективы сделать карьеру в астрономии встречаются далеко не на каждом углу. Среди наших знакомых не было ни одного профессионального ученого, не говоря уж об астрономах, и хотя все мои родственники – замечательные, умные и увлеченные люди, но ни у кого из них нет ученой степени или даже представлений о том, что нужно для того, чтобы стать ученым. Моим бабушкам и дедушкам, хотя все они хорошо учились, пришлось в свое время бросить школу и пойти работать на заводы, чтобы зарабатывать на жизнь. Моей бабушке по материнской линии это решение далось особенно тяжело, она даже плакала в тот день, когда последний раз пошла в школу. Позже она все-таки окончила среднюю школу вместе с моим дедушкой Пепером и пошла учиться на медсестру, при этом воспитывая пятерых детей, а дедушка Пепер работал на большом заводе серебряных изделий. Мои родители и некоторые их братья и сестры первыми в семье получили высшее образование и постарались извлечь из него как можно больше, однако в результате выбрали более прикладные области знаний, которые позволяли найти хорошую работу: инженерное дело, педагогика, делопроизводство. У нас большая, шумная и очень любящая семья, в которой все отличались любознательностью и бескорыстной любовью к учению, но ни у кого не было ни малейшего представления о том, как начать заниматься таким отвлеченным и экстравагантным предметом, как астрономия.

Я в шесть лет в любимой футболке с изображением телескопа «Хаббл», запущенного в космос в 1990 году (© Henri Levesque)

Однажды в детстве мне удалось поговорить с профессиональным астрономом. Наш дом находился в двадцати минутах езды от Уитон-Колледжа, крошечного, но очень хорошего гуманитарного института. Когда мне было семь лет, родители взяли меня на публичный вечер наблюдения за звездами в обсерватории на крыше кампуса, и я сразу сказала профессору, который вел мероприятие, что хочу стать астрономом. Он наклонился, посмотрел мне прямо в глаза и сказал: «Налегай на математику». Я серьезно посмотрела на него и пообещала: «Налягу». С тех пор математика стала для меня главным школьным предметом. Я так усердно ею занималась, что опередила программу на целых два года, и несколько лет мне приходилось бегать с автобуса на автобус, чтобы добираться из старшей школы, где я изучала геометрию для девятиклассников, в свою среднюю школу, где проходила все остальные предметы в седьмом классе.

В июле 1994 года в новостях разразился астрономический ажиотаж, когда стало известно, что комета Шумейкеров-Леви 9 на всех парах мчится на встречу с Юпитером. По мере приближения этого момента все обсуждения как в астрономическом сообществе, так и за его пределами были сосредоточены на том, что произойдет с Юпитером после столкновения с кометой. Увидим ли мы какие-либо последствия этого удара? Его должен был наблюдать новый мощный космический телескоп «Хаббл», но, что именно покажет наблюдение, никто не мог предвидеть.

Когда произошло столкновение, сразу стало известно, что зрелище превзошло все ожидания. Удар кометы оставил на нижней части Юпитера нечто похожее на яркие коричневые шрамы. Я помню, как по телевизору снова и снова показывали сюжет, в котором группа астрономов сгрудилась вокруг нескольких компьютерных мониторов в Научном институте космических телескопов в Балтиморе, смеясь и восторгаясь увиденным. В центре группы сидела молодая женщина в очках по имени Хайди Хаммел, которая радовалась вместе со своими коллегами, когда появились впечатляющие изображения Юпитера. Вскоре после этого мы с папой вынесли телескоп на задний двор и собственными глазами увидели шрамы от удара на Юпитере, но именно вид взволнованных астрономов произвел на меня неизгладимое впечатление. Это были люди, которые любили астрономию так же сильно, как и я, это была их профессия, и их объединял общий энтузиазм. Я могла стать одной из них.

Этот конкретный момент запомнился мне, потому что, несмотря на поддержку и любовь семьи и увлечение любимой наукой, мне часто было одиноко и грустно. Я единственная в школе любила астрономию, а не мультики, училась играть на скрипке, вместо того чтобы интересоваться танцами или футболом, и металась между школами ради углубленных занятий по математике. Я прекрасно понимала, что я странная: в плеере у меня классическая музыка, вместо популярных сериалов и фильмов я смотрю документальные про кальмаров и одеваюсь в потрепанные брюки-карго и футболки с математическими шутками, а не в то, что модно. Меня мучила эта оторванность от остальных – мне тоже хотелось иметь друзей и подруг, играть и гулять с ними, красить ногти лаком с блестками и носить шлепанцы на платформе (это были девяностые годы), – но не настолько, чтобы пойти поперек себя. Я хотела, чтобы у меня были друзья, которые разделяли бы мою любовь к космосу, математике и старым мюзиклам. Я хотела стать всемирно известным астрофизиком, первой женщиной на Марсе, следующим Карлом Саганом, но я также хотела ходить на свидания, целоваться и делиться с кем-нибудь своими воображаемыми приключениями. Я отказывалась верить, что это невозможно. Ну не могла же я быть единственным таким ребенком в мире!

У меня появилась надежда, когда я смогла побывать в летних научных лагерях. В седьмом классе я набрала достаточно высокий балл в тесте SAT (тест на способности к обучению), чтобы попасть в летнюю программу Центра для талантливой молодежи Джона Хопкинса. Там я впервые встретила таких же детей, как я, которые считали, что играть скрипичный концерт Моцарта и заниматься тригонометрией – это не отстойно, а, наоборот, очень круто. В этом же лагере летом после девятого класса я пошла на занятия по астрономии, и это перевернуло весь мой мир. Я уже не была единственным ребенком, который любит астрономию, – нас таких набрался целый класс. Оказалось, что таких, как я, много, просто нужно было их отыскать. Именно эти летние впечатления, наряду с научными выставками для школьников, уроками музыки и долгими часами подготовки к выпускным экзаменам, помогли мне поступить в институт, о котором мечтает каждый «ботаник».

Так вышло, что почти все мои родственники присутствовали при том, как я узнала, что поступила в Массачусетский технологический институт. Мы всей семьей ездили в Бостон – мой двоюродный брат и я прошли отбор и выступали на музыкальном фестивале штата (он играл на саксофоне, я на скрипке), так что, по семейной традиции, толпа в двадцать человек явилась в концертный зал слушать наши выступления, а затем все вместе поехали к нам домой есть пиццу и отмечать наш успех. Я переоделась из концертного платья в домашнюю одежду и босиком сбегала к почтовому ящику. Я не поступила в Массачусетский технологический институт в первую волну и уже почти не надеялась туда попасть, так что сначала даже не придала значения большому, толстому конверту, отправленному из МТИ. В конце концов, жителям Массачусетса время от времени рассылали оттуда брошюры с рекламой инженерных курсов.

Я отнесла почту в дом. Толстый конверт встретили удив-ленными взглядами, и я решилась его открыть на кухне, пока все суетились вокруг. Из него выскочила папка с надписью «Поздравляем с зачислением…», я ошеломленно уставилась на нее, а кухня взорвалась радостными криками и аплодисментами. Родители и брат были в восторге, тети, дяди и двоюродные братья с сестрами кинулись наперебой меня поздравлять. Тем временем дедушка Пепер, бесспорный глава и опора нашего семейного клана, откинулся на спинку стула и подтянул ремень тем же жестом, который означал, что у него отличная комбинация в картах, и широкая улыбка медленно озарила его лицо. Он-то никогда не сомневался, что все его внуки – гении, которым предназначено изменить мир, поэтому он один, казалось, не удивился содержимому конверта, который я все еще держала в руках. Это был один из тех редких случаев, когда я поняла сразу, а не по прошествии времени, что настал поворотный момент моей жизни.

Семья встретила мое заявление о том, что я собираюсь изучать физику и стать профессиональным астрономом, с неким, как бы это лучше сказать, одобрительным трепетом. «Это потрясающе! Дерзай! А где ты после этого будешь работать? Какая у тебя будет работа?» Очевидно, у меня за спиной родные все-таки шептались, насколько целесообразно выбирать такую абстрактную специализацию, как физика. Другое дело, если учиться на инженера или биолога – хотя бы понятно, какую профессию получишь и куда можно устроиться на работу. Никто из нас, включая меня, не представлял, чем в жизни будет заниматься физик, тем более астрофизик. Именно мой брат Бен в конце концов уладил дело, сказав, что эта история все равно закончится тем, что я получу степень по физике в Массачусетском технологическом институте, так что наверняка смогу кого-то убедить взять меня на работу.

Теперь мне всего-то надо было разобраться с получением этой степени и, в идеале, попутно выяснить, чем на самом деле занимаются астрономы.

Мы с Филом прибыли на вершину Китт-Пик, по-быстрому зарегистрировались в общежитии обсерватории, нашли отведенные нам комнаты, спартанские, но удобные, а затем мне устроили небольшую экскурсию по горе. Нашей первой остановкой был четырехметровый телескоп, которым я любовалась с шоссе. Когда мы подошли к двери здания, оно показалось мне настоящим небоскребом, хотя позже я узнала, что этот телескоп по сегодняшним меркам почти карлик.

Что обычно представляют при слове «телескоп»? У большинства оно вызывает в памяти какую-то штуку на треноге, или старомодную пиратскую подзорную трубу, или в лучшем случае странный инструмент на балконе у Галилея. Самые продвинутые могут даже вообразить купол с торчащей из него телескопической трубой.

Обычно никто не представляет себе гигантов с десятиметровым зеркалом, как два телескопа в обсерватории Кека на вершине Мауна-Кеа на Гавайях, или гигантскую металлическую тарелку радиотелескопа Аресибо, расположенную среди холмов в Пуэрто-Рико. Довольно сложно, глядя на маленький телескоп из детства и на гигантские тарелки, из которых состоит антенная система радиообсерватории VLA в Нью-Мексико, поверить, что в их основе лежит по сути один и тот же принцип.

Сложно, но можно. Большинство современных наземных телескопов предназначены просто для улавливания света, что они и делают с помощью ряда зеркал. Большое изогнутое основное зеркало собирает свет, исходящий от того места, куда направлен телескоп, и отражает его. Дальше свет попадает либо в камеру, либо в другое зеркало, которое отражает его дальше, но конечным пунктом его назначения в любом случает будут лучшие в мире научные приборы, которые специально создаются, чтобы улавливать тусклый свет звезд.

Сами телескопы обычно установлены на гигантских подвижных опорах с кучей двигателей, приводов и сцеплений, которые поворачивают их, чтобы направлять на конкретные объекты в ночном небе, пока наша планета медленно вращается. Оптические телескопы, предназначенные для наблюдения того же света, что и наши глаза, размещены в куполах, которые блокируют внешний свет и сохраняют темноту внутри. Верхняя часть купола делается подвижной: телескоп смотрит в небо через широкую щель в куполе, который поворачивается вместе с ним, так что узкое окошко неба всегда там, куда направлен телескоп.

Когда мы с Филом вошли в купол четырехметрового телескопа, в здании было тихо, как в пещере, и удивительно темно после слепящего солнца пустыни. Лампы не горели, но огромные вентиляционные отверстия на боковой стороне купола были открыты, впуская дневной свет и легкий ветерок, чтобы внутри купола сохранялась прохлада. Если бы вентиляционные отверстия были закрыты, вся конструкция нагревалась бы на послеполуденном солнце, а потом несколько часов остывала после наступления темноты, испуская в небо невидимые волны тепла, из-за которых воздух над телескопом был бы как дымка над тротуаром в жаркий летний день, а это ухудшало бы качество изображения. Было слышно тихое жужжание механизмов, иногда скрип или звон металла, а характерный запах старого моторного масла и машинной смазки, казалось, пропитал стены.

В центре закрытого купола возвышался сам телескоп, установленный на огромной бетонной опоре, выкрашенной в ярко-синий цвет. В отличие от старого домашнего телескопа моих родителей, размещенного внутри оранжевой трубы, у этого, как и у почти всех современных телескопов, большинство составных частей были открыты для обозрения. Его самый важный элемент, основное зеркало диаметром в четыре метра, закрепленное на основании большой белой опоры, смотрело прямо вверх на меньшего размера вторичное зеркало, удерживаемое на месте высокой металлической рамой. Все это сооружение выглядело впечатляюще, но при этом казалось небольшим на фоне окружающей его инфраструктуры: лестниц и переходов, ведущих к приподнятой платформе, дверей в стенах, ведущих на мостик, огибающий купол снаружи, и блестящих металлических панелей самого купола, включая внутренние механизмы открывания и закрывания купольной щели.

Это не было чудовище с огромными линзами, ожидающее, когда его раздвинут и высунут в щель в куполе, как телескопы часто изображают в мультфильмах. Сзади не было видно ни окуляра, ни стула, на котором мог бы сидеть наблюдатель. Вместо этого задняя часть телескопа, где обычно находится окуляр, исчезала в лесу кабелей, проводов и металлических коробов, содержащих цифровые камеры и другие исследовательские инструменты, которые мы собирались использовать.

В Национальной обсерватории Китт-Пик, открываю купол телескопа во время своего первого профессионального наблюдения в 2004 году (© Philip Massey)

И никто не бегал взад-вперед в белых лабораторных халатах с картами или блокнотами в руках. Люди там были – сотрудники дневной смены обслуживания обсерватории, которые обеспечивают бесперебойную работу телескопа. Но одеты они были в комбинезоны и футболки, а в руках у них чаще можно было увидеть ящики с инструментами, чем планшеты. Вокруг не валялись ни звездные карты, ни другие бумаги. И вообще все это было больше похоже не столько на стерильную лабораторию, сколько на гараж или строительную площадку. В тот день, когда вентиляционные отверстия и купол были распахнуты навстречу голубому небу, атмосфера внутри напоминала театр днем перед представлением. Хотя здесь было не совсем пусто и не совсем тихо. Было общее ощущение подготовки и ожидания. Работники обслуживания обсерватории входили и выходили, дневной свет проникал внутрь, и у меня возникло отчетливое ощущение, что это место готовят к вечернему шоу и ждут только появления звезд.

Ночью, когда на телескопе ведется наблюдение, в самом куполе никого нет. Свет с неба, уловленный первичным зеркалом, перенаправленный на вторичное зеркало и переданный на приборы, «оцифровывается» – то есть полученные сведения преобразуются в цифровые данные и сразу передаются на компьютеры в «теплую комнату», расположенную по соседству, где наблюдатели (профессиональные астрономы) и операторы телескопов (люди, специально обученные управлять огромным механическим монстром в куполе) сидят и наблюдают за поступлением данных. В самом куполе ночью холодно, темно и тихо, его покой нарушают только металлический рокот при повороте купола и высокий свистящий звук, с которым телескоп перемещается от объекта к объекту.

Купол Национальной обсерватории Китт-Пик (© NOAO/AURA/NSF)

Когда мы покинули четырехметровый телескоп и обошли гору, чтобы заглянуть в другие купола, я начала по-настоящему любоваться окружающим пейзажем. Здесь было невероятно тихо и спокойно: широкие просторы сухой пустыни под нами, горы вдалеке, исчезающие в голубоватой дымке, и единственное движение – стервятник, парящий внизу под вершиной. Купола телескопов, разбросанные среди скал и деревьев, были такими монолитными и безмолвными, что казались больше похожими на естественную часть горы, чем на постройки. Внутри меня все вибрировало от возбуждения, но меня поразило, насколько неподвижным было все остальное вокруг меня. Горная обсерватория – это дом спящих великанов, где все готовятся и ждут, когда наконец наступит ночь.

Поступив в Массачусетский технологический институт, я была счастлива оказаться в окружении нескольких тысяч других любителей науки и сразу же записалась на специализацию по физике. Была только одна загвоздка: физику я раньше никогда не изучала.

Нет, я, конечно, кое-что читала о физике, спасибо Карлу Сагану и «Планетрону», немного знала о гравитации, о том, как устроены звезды, и даже могла блеснуть парой фраз о теории относительности, но я не смогла бы объяснить математический принцип действия пружины, или вывести формулу для расчета трения, или объяснить, как связаны электричество и магнетизм. Однако специализация по физике была первым шагом к тому, чтобы стать астрономом, так что сначала мне предстояло стать физиком.

Мне казалось, это отличная идея, ведь я росла на вдохновляющих фильмах об отчаянных неудачниках, которые смело преодолевают все обстоятельства – «Блондинка в законе» появилась на экранах за год до того, как я поступила в институт. Надо просто взяться за дело – и все получится! Держись, физика, я иду! И пусть будет не простой вводный курс, а сразу углубленный! Я уверена, что справлюсь – решимости мне не занимать, а в помощь мне будет плейлист с забойной музыкой! Я только упустила из виду, что в кино месяцы упорной работы обычно представлены как двухминутный ролик с бодрой музыкой на фоне. Довольно быстро я поняла, что фильмы замалчивают очень многое, например бессонные ночи, когда ты, растянувшись на полу с кучей тетрадок, с уже ничего не видящими от усталости глазами пытаешься сделать домашнее задание и умоляешь единственного одногруппника, который в нем разобрался, не ложиться спать. Физика оказалась трудным предметом. Мне было действительно тяжело.

Меня утешало только то, что тяжело было всем. Я надолго запомнила одну лекцию, как раз на этом углубленном курсе. Читал ее профессор Фрэнк Вильчек, отличный преподаватель и блестящий ученый, который всего два года спустя получил Нобелевскую премию за свои исследования в области квантовой хромодинамики. Вот только иногда он забывал, насколько он умнее нас, первокурсников. На той лекции он исписал две доски сверху донизу каким-то кошмарным математическим доказательством, а потом повернулся и серьезно предупредил нас, что «эта простота обманчива». Какая простота? У всей аудитории на лицах было написано: «Во что ж мы вляпались?»

В то же время я обожала Массачусетский технологический институт. Я быстро обзавелась друзьями на всю жизнь: нас связала общая битва с гранитом науки, и в бессонные ночи над тетрадками мы помогали друг другу, как могли. У меня даже находилось время на то, чтобы впервые в жизни ходить на вечеринки, гулять по кампусу при лунном свете и встречаться с симпатичным спортивным однокурсником по имени Дэйв. Он был родом из Колорадо, специализировался по информатике, сидел рядом со мной на занятиях по химии и матанализу и, похоже, считал, что увлечение астрономией и программированием только украшает девушку, то есть меня. Мы сошлись быстро и всерьез, и он помог мне стать менее замкнутой, постоянно напоминая, что я давно уже не в тесном школьном мирке, где меня сторонились из-за того, что я «больно умная».

Наше общежитие оказалось воплощенной мечтой фанатов анархической контркультуры. Когда я поступила на первый курс, все обитатели общежития были заняты строительством гигантской деревянной башни, которая должна была вырасти выше четвертого этажа. Как оказалось, это нарушало местные строительные нормы, поэтому после того, как все пару дней лазали по ней и кидались сверху воздушными шариками, наполненными водой (конструкция вышла на удивление прочной – все-таки инженеры строили), башню торжественно разобрали. В течение следующих четырех лет я помогала своим соседям по общежитию строить гигантские катапульты, колеса для хомяков в человеческий рост и даже американские горки – все это исключительно для развлечения, в основном из стандартного бруса и чистого энтузиазма. Массачусетский технологический институт стал для меня первым реальным свидетельством того, что дорога к успеху иногда делает повороты, которые совершенно не соответствуют здравому смыслу. Довольно быстро стало ясно, что у нас совершенно уникальная студенческая жизнь, несмотря на все шишки, которые мы набивали на труднейших занятиях по научным и инженерным дисциплинам, – а возможно, как раз благодаря этим шишкам.

Тем не менее я была убеждена, что, несмотря на трудности с учебой, в МТИ мне самое место. Я хотела стать профессиональным астрономом, пусть и имела лишь смутное представление о том, что на самом деле подразумевает эта работа. Я уже понимала, что учиться надо будет долго (большинство астрономов, о которых я слышала, имели докторские степени) и что я, вероятно, когда-нибудь буду работать на очень больших телескопах, но, что именно придется на них делать, не знала. Я видела астрономов в образовательных передачах и в кино и представляла себе людей, которые сидят в куполе за огромным телескопом, чтобы… что-то сделать. Мне это нравилось, я ведь тоже любила смотреть в наш старенький домашний телескоп, и я решила, что разберусь с этим, когда придет время.