В некоторые ночи в чилийской пустыне Атакама можно увидеть замечательное зрелище: огромные лучи лазера, прорезающие небо. На значительном расстоянии эти лучи кажутся исходящими от сложной горной структуры, напоминающей сцены из научной фантастики.
При более внимательном рассмотрении выясняется, что источником этих лазеров является крупный телескоп, состоящий из нескольких блоков. Именно на этих установках команды астрономов работают с лазерами, чтобы создать «искусственную звезду» в верхних слоях земной атмосферы.
Недавно был зафиксирован момент, когда астрономы одновременно вывели четыре лазера из различных структур на вершине горы. Это оборудование — Очень Большой Телескоп (VLT), расположенный в Паранале, Чили, и его операции проводятся Европейской южной обсерваторией (ESO). В конце 2025 года инженеры завершили установку последнего мощного лазера, увеличив общее количество до семи.
Использование лазеров в астрономии имеет корни в Холодной войне (1947–1991 гг.), когда вооруженные силы США разрабатывали технологии для мониторинга спутников бывшей Советского Союза (1922–1991 гг.). Позже астрономы обнаружили, что аналогичные методы могут оптимизировать наземные наблюдения.
Значительной проблемой для наземных телескопов является земная атмосфера. Газы, присутствующие в этой среде, искажают свет звезд до того, как он достигнет зеркал приборов, а атмосферные условия постоянно меняются.
Астроном Амелия Байо, научный сотрудник проектов ESO и руководитель эксплуатации VLT, объясняет, что, хотя атмосфера и обеспечивает защиту, она вредит четкости света, идущего от звезд и галактик. Без компенсации изображение, захваченное детектором, было бы нестабильным и размытым.
Для решения этой проблемы астрономы используют технику, называемую «адаптивная оптика». Байо поясняет, что после того, как искаженный свет достигает главного зеркала, он перенаправляется на вторичное зеркало, которое может деформировать его, тем самым исправляя атмосферные искажения.
В VLT одно из таких адаптивных зеркал включает пьезоэлектрические материалы, способные генерировать электрические заряды и изменять свою форму с очень высокой скоростью. Кроме того, это зеркало поддерживается в подвешенном состоянии внутри магнитного поля.
Для работы адаптивной оптики необходима фиксированная и яркая точка отсчета в небе — яркая звезда. Байо использует аналогию с определением мелодии: если звук слабый или содержит много шума, идентификация затруднена. Точно так же яркая звезда предоставляет больше данных для помощи в коррекции искажений.
Хотя возможно использовать естественные звезды, для наблюдения областей неба без достаточно ярких звезд астрономы прибегают к лазерам. При направлении их в сторону наблюдения лазеры стимулируют слой, богатый натрием, в атмосфере на высоте около 90 км. Атомы натрия испускают фотоны, которые улавливаются зеркалами телескопа, тем самым образуя искусственную звезду.
Лазеры VLT используют передовые технологии. Байо сравнивает предыдущее оборудование, которое требовало токсичных жидких красителей и длительных инженерных периодов для стабилизации, с современными идеально стабильными устройствами, которые излучают гораздо более мощный луч, требуя лишь нажатия кнопки для запуска лазера, который остается неподвижным на протяжении всей ночи.
После обновлений в 2016 году один из четырех 8,2-метровых телескопов VLT, названный Yepun, получил функцию одновременного запуска четырех лазеров, что позволяет корректировать атмосферные возмущения в более широком поле зрения. Каждый лазер имеет мощность 22 Вт, что эквивалентно примерно четырем тысячам раз максимальной мощности лазерной ручки, сконцентрированной в луч диаметром 30 см.
В настоящее время четыре основных телескопа VLT (Antu, Kueyen, Melipal и Yepun) могут работать совместно, образуя гигантский «виртуальный» телескоп с большим полем зрения. Вместе их большие зеркала способны улавливать гораздо более четкие детали, чем любой отдельный прибор.
VLT сыграл решающую роль в важнейших астрономических открытиях в XXI веке, включая первое изображение экзопланеты и определение положений звезд, вращающихся вокруг центральной черной дыры Млечного Пути.
Что касается эксплуатационной безопасности, астроном Ициар де Грегорио-Монсальво, представитель ESO в Чили, уверяет, что существует механизм защиты от воздушных судов. Если самолеты пересекут воздушное пространство вблизи места наблюдений, лазеры автоматически отключаются. Таким образом, те, кто хочет увидеть, как большой телескоп запускает лазеры в Атакаме, должны подойти к нему по суше, чтобы увидеть эту редкую сцену создания искусственной звезды в атмосфере.