Каждую ясную ночь телескоп в чилийской пустыне записывает свет далёких звёзд, и в этих записях, как в старых судовых журналах, остаются следы погоды. Тонкие тёмные полосы в спектре — это отпечатки водяного пара, который висел над обсерваторией в момент наблюдения. За шесть лет таких записей накопилось столько, что по ним можно прочитать целую летопись влажности над горой Серро-Армазонес, где вырастет Европейский чрезвычайно большой телескоп. Астрономы обычно выбрасывают эти полосы, потому что они мешают видеть сами звёзды, но здесь их решили прочитать заново.
Водяной пар для телескопа — как матовое стекло для бинокля: он съедает инфракрасный свет и затуманивает картинку. Чтобы выбрать место для будущего гиганта, нужно знать, сколько пара висит над площадкой и как он распределён по небу. Раньше для этого ставили метеостанции и радиометры, но они дают лишь точечные замеры у земли. Здесь же в распоряжении оказался архив из 5879 спектров, собранных за 918 ночей, и каждый спектр содержит информацию о влажности вдоль всего луча зрения. Программа molecfit подгоняла модель атмосферного поглощения к двум узким участкам спектра в ближнем инфракрасном диапазоне, и по этой подгонке вычислялось количество пара.
Это значит, что площадка Армазонес суше не только из-за того, что она выше, но и из-за каких-то местных особенностей циркуляции воздуха. Сравнение с данными спектрографа X-shooter на Очень большом телескопе и с микроволновым радиометром LHATPRO подтвердило надёжность метода: наклоны корреляций составили 0,85 и 0,84 при коэффициентах детерминации около 0,9. А вот глобальная метеомодель GDAS систематически завышала влажность на 52 процента, то есть предсказывала небо более мокрым, чем оно есть на самом деле. Распределение пара по небу оказалось однородным: в пределах 60 градусов от зенита средние значения по всем направлениям лежат в диапазоне 3–4 мм без заметных асимметрий, в том числе между востоком и западом.
Такой подход — не просто экономия на оборудовании, а способ получить пространственно разрешённую картину влажности, которую не дают ни радиометры, ни метеозонды. Для будущей Черенковской решётки CTA, где точность потока задана на уровне 5–7 процентов, мониторинг атмосферы можно вести с помощью небольшого телескопа с оптоволоконным спектрографом. Метод можно расширить и на измерение озона, особенно в ультрафиолетовых полосах ниже 400 нм, которые нынешние спектры не покрывают. Глобальные метеомодели в этой прибрежной зоне Атакамы оказались непригодны для точных предсказаний, поэтому локальные уточнения или прямые спектроскопические измерения станут необходимыми.
Летопись, прочитанная по линиям водяного пара, уже ответила на главный вопрос: площадка Армазонес действительно суха и однородна, а значит, гигантскому глазу E-ELT будет чем дышать. Осталось лишь перевернуть страницу и научиться читать в тех же записях следы озона, чтобы небо стало прозрачным не только для инфракрасного, но и для ультрафиолетового взгляда.
За шесть лет телескопы накопили спектры 996 ночей, но лишь 63 процента из них прошли строгий отбор по качеству, при этом покрытие ночей осталось на уровне 92 процентов. Это значит, что даже отбраковка почти половины спектров не исказила картину сезонных изменений влажности.
В романе Кима Стэнли Робинсона «Аврора» колонисты, прибывшие к другой звезде, сталкиваются с проблемой атмосферной прозрачности, от которой зависит работа их телескопов. Здесь, на Земле, та же проблема решается для площадки, где прозрачность неба станет решающей для гигантского глаза E-ELT.