През нощта в пустинята Атакама в Чили може да се наблюдава необичайна гледка: мощни лазерни лъчи, които пронизват тъмното небе от върха на планината. Отдалеч комплексът наподобява декор от научнофантастичен филм, но при по-внимателно вглеждане става ясно, че източникът е един от най-значимите астрономически инструменти в света – Very Large Telescope (VLT).

Комплексът в Паранал се управлява от Европейската южна обсерватория и включва няколко големи телескопа. През нощта екипите насочват лазери към небето, за да създадат така наречените „изкуствени звезди“ в горните слоеве на земната атмосфера, разказва BBC Future.

След завършването на серия от подобрения в края на 2025 г. VLT разполага с общо седем мощни лазера. През 2026 г. четирите основни телескопа на комплекса могат за първи път да използват лазерите едновременно.

Но защо един телескоп изобщо има нужда от тях?

Използването на лазери в астрономията води началото си от периода на Студената война, когато американските военни разработват технологии за проследяване на съветски спътници. Впоследствие астрономите установяват, че подобни техники могат да помогнат за преодоляване на един от основните проблеми на наземните телескопи: влиянието на земната атмосфера.

За разлика от космическите обсерватории, телескопите на Земята наблюдават Вселената през слоеве от газове, които постоянно се движат и променят. Това изкривява светлината от звездите и галактиките, преди тя да достигне огледалата на телескопа.

„Атмосферата ни защитава, което е чудесно. Но за един астроном тя е ужасна, защото на практика нарушава резкостта на светлината, която идва от звездите и галактиките“, обяснява пред BBC астрономът Амелия Байо, учен по проекта към Европейската южна обсерватория.

„Ако не компенсирате ефекта на атмосферата, звездата ще се мести върху детектора и в крайна сметка ще получите размазано изображение.“

За да решат проблема, астрономите използват технология, наречена адаптивна оптика.

„Реализацията е сложна, но идеята е изключително проста“, обяснява Байо.

Когато светлината, изкривена от атмосферата, достигне основното огледало на телескопа, тя се насочва към по-малко огледало, което може да променя формата си. То се деформира така, че да компенсира атмосферните изкривявания.

Търсенето на планета като Земята отбеляза мащабна крачка напред след ново астрономическо откритие

Едно от адаптивните огледала на VLT използва пиезоелектрични материали, които реагират на електрически сигнал и променят формата си с много висока скорост. Освен това огледалото е окачено в магнитно поле.

„Невероятно е. На практика то просто се носи във въздуха“, казва Байо.

Но за да работи системата, астрономите се нуждаят от отправна точка – достатъчно ярка звезда, спрямо която да измерят как точно атмосферата изкривява светлината.

„Представете си, че слушате песен и се опитвате да разпознаете мелодията“, обяснява Байо. „Ако звукът е тих, има много шум или чувате единствено високите или ниските честоти, може да не разберете коя е песента.“

Същият принцип важи и за звездите. По-ярките звезди предоставят на системата по-детайлна информация за влиянието на атмосферата върху светлината.

В някои случаи в наблюдаваната област на небето има достатъчно ярка естествена звезда, но това невинаги е така. В такива ситуации се използват лазери, които се насочват към атмосферен слой, богат на натрий, разположен на приблизително 90 километра над земната повърхност.

Лазерната светлина възбужда натриевите атоми, които впоследствие излъчват фотони. Част от тази светлина се връща към Земята и може да бъде засечена от огледалата на телескопа.

В резултат се създава изкуствена светлинна точка в небето, която функционира като изкуствена звезда.

„Атмосферата ни е богата на натрий. Тя ни дава своеобразно платно, върху което можем да поставим звезда на практика където пожелаем“, обяснява Байо.

Тази изкуствена звезда позволява на адаптивната оптика да измери атмосферните изкривявания и да коригира изображението почти в реално време.

Астрономи откриха атмосфера около обект в Слънчевата система, който не би трябвало да има такава

Новите лазери на VLT са значително по-усъвършенствани от предишното поколение. Байо си спомня, че старите системи са били трудни за калибриране, използвали са токсични течни багрила и са изисквали дни инженерна работа, за да бъдат достатъчно стабилни.

„Преди почти изглеждаше сякаш държите лазерна показалка в трепереща ръка. Сега разполагате с напълно стабилно устройство, което изстрелва много по-мощен лазер“, казва тя.

Днес системата може да бъде активирана с натискане на бутон, а лазерът остава стабилно насочен през цялата нощ.

След модернизация през 2016 г. един от четирите големи телескопа на VLT, Yepun, получава възможност да изстрелва четири лазера едновременно.

Това позволява атмосферните смущения да бъдат коригирани в по-широко зрително поле. Всеки лазер има мощност от 22 вата, приблизително 4000 пъти повече от максимално допустимата мощност на обикновена лазерна показалка, и създава лъч с диаметър около 30 сантиметра.

Астрономи твърдят, че са разгадали една от най-големите мистерии на Сатурн

Четири телескопа могат да работят като един гигантски инструмент

От 2026 г. четирите основни телескопа на VLT – Antu, Kueyen, Melipal и Yepun – могат да използват лазерите си едновременно. Те могат и да комбинират наблюденията си чрез Very Large Telescope Interferometer, при което функционират като един огромен „виртуален“ телескоп.

Четирите основни телескопа разполагат с огледала с диаметър 8,2 метра. Когато работят заедно, те могат да различават детайли, които един отделен телескоп не би могъл да улови със същата точност.

VLT вече стои зад някои от най-значимите астрономически постижения на XXI век.

Сред тях е едно от първите директни изображения на планета извън Слънчевата система, както и проследяването на отделни звезди, които се движат около свръхмасивната черна дупка в центъра на Млечния път.

А какво става, ако над телескопа прелети самолет?

Мощните лазери повдигат очевиден въпрос за безопасността. Дори обикновените лазерни показалки могат временно да заслепят пилоти, ако бъдат насочени към самолет. На VLT обаче е изградена автоматична система за защита.

„Самолети, разбира се, могат да прелитат над обсерваторията, но имаме механизъм за безопасност“, обяснява пред BBC астрономът Ициар де Грегорио Монсалво, представител на Европейската южна обсерватория в Чили.

„Ако самолет премине близо до посоката, в която наблюдаваме, лазерите автоматично се изключват.“

Ако човек иска да види Very Large Telescope с активирани лазери, най-подходящо е да го направи от земята. Гледката е необичайна дори за пустинята Атакама: един от най-мощните астрономически комплекси на планетата излъчва ярки лъчи към небето, за да създаде изкуствена звезда на границата на земната атмосфера и чрез нея да наблюдава истинските звезди с по-голяма яснота.