Сколько воды висит над телескопом? ✎

Оригинал: "Study of the atmospheric conditions at Cerro Armazones using astronomical data"
arXiv:1602.00319 · 2016-01-31 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 2 мин
Старые записи света звёзд рассказали, насколько сухо небо над местом будущего гигантского телескопа.

Свет звезды, пробиваясь сквозь воздух, оставляет в нём свои следы: водяной пар забирает часть света, и в спектре появляются тёмные полосы, как пропуски в тексте. Шесть лет телескоп в чилийской пустыне записывал свет звёзд для совсем других задач, но эти записи сохранились. Если прочитать тёмные полосы, можно узнать, сколько воды висело над обсерваторией в каждую ясную ночь. Так и сделали: взяли 5879 спектров за 918 ночей и по каждой полосе вычислили толщину слоя воды, который получился бы, если весь пар сконденсировать.

Для будущего Европейского чрезвычайно большого телескопа вода в воздухе — это как матовое стекло: она крадёт инфракрасный свет и мешает видеть далёкие галактики. Поэтому важно знать, насколько сухо небо над горой Серро-Армазонес. Оказалось, что там в среднем висит 2,43 мм осаждаемой воды, тогда как на соседней горе Серро-Параналь — 2,96 мм. Разница в 22 процента больше, чем можно объяснить просто разницей высот, а значит, площадка суше из-за местных ветров. При этом вода распределена по небу ровно, без перекосов между востоком и западом.

Погодная модель GDAS, которой пользуются метеорологи, завышала влажность на 52 процента — то есть предсказывала небо почти в полтора раза более мокрым, чем оно есть на самом деле.

Такой способ измерения не требует новых приборов: телескоп уже стоит и пишет свет, нужно лишь научиться читать его записи. Это важно не только для гигантского телескопа, но и для будущей Черенковской решётки, которая будет ловить частицы из космоса и которой нужна точная поправка на влажность. Теперь ясно, что глобальные погодные модели в этом уголке Атакамы не годятся, и нужны либо местные уточнения, либо прямые измерения по звёздному свету. Старые записи стали летописью неба, и по ней уже видно: площадка Армазонес действительно суха, а значит, гигантскому глазу будет чем дышать.

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.

Учёные
ArchimedesDaniel BernoulliLeonhard Euler
Понятия
очень большой телескоп ERA5 ERSST обсерватория Пьера Оже ла-нинья альма океанический индекс нино лхаасо объём тёплой воды индекс Эль-Ниньо LSST спектроскопия атмосфер планет прогноз распространение экваториальных волн относительный они обсерватория Веры Рубин VLT многомерный индекс ЭНСО VLA Ниньо 3.4