Что же мешает окончательной реализации мечты астрономов – постоянному и полному контролю всего неба? Нужно признать, что во всех диапазонах электромагнитных волн мы ещё далеки от возможности контролировать всё небо, поскольку площадь небесной сферы составляет 41 253 квадратных градуса, что равно 210 100 площадям видимого лунного или солнечного дисков. А площадь поля зрения большинства крупных телескопов значительно меньше площади лунного диска.

Разумеется, существуют широкоугольные объективы небольшого размера (all-sky камеры), но их угловое разрешение и проницающая сила совершенно недостаточны для решения серьезных астрономических задач. Поэтому сейчас рассчитаны оптические схемы и уже начато строительство сложных зеркально-линзовых телескопов большого диаметра (более 8 м) с большим полем зрения (около 10 квадратных градусов), которые будут способны за несколько ясных ночей зафиксировать изображение всего неба вплоть до объектов 24–25 звёздной величины.

Первый такой инструмент уже проходит испытания – это «Обзорный телескоп Симони» (Simonyi Survey Telescope) с объективом диаметром 8,4 м (эффективный диаметр 6,7 м) на обсерватории им. Веры Рубин в Чили.

Ещё более амбициозный проект оптического мониторинга всего неба представили китайские астрономы (The SiTian project, 2020). Он предполагает сканирование в трёх оптических диапазонах не менее 10 000 квадратных градусов неба каждые 30 минут. При экспозиции 1 минута предел обнаружения составит 21^m, а при сложении кадров за 10 лет наблюдений будет достигнут предел 26^m. Для этого должна быть создана интегрированная сеть из 60–70 телескопов-роботов метрового класса с полем зрения каждого 5° × 5°, развернутых частично в Китае, а частично – в других точках по всему миру.

Рис. 4.1. Общий вид Обзорного телескопа Симони (рисунок)

Основная цель проекта – обнаружение, идентификация и мониторинг оптических транзиентов, то есть быстропеременных явлений в малоизученном временном масштабе менее суток, связанных с быстрыми радиовсплесками, сверхновыми, всплесками гравитационных волн и другими подобными явлениями. Система будет полезна и для изучения активных ядер галактик, квазаров, переменных звёзд, астероидов и явлений микролинзирования. Кроме этого, китайские астрономы планируют построить не менее трёх четырёхметровых телескопов для последующей спектроскопии наиболее интересных объектов. Завершить строительство они планируют к 2030 году и начать полноценную научную эксплуатацию в 2032 году.

Помимо обзоров неба необходимо детально исследовать отдельные объекты, и тут у оптической астрономии тоже немало проблем. До середины XIX века приемником света был глаз человека, поэтому прогресс астрономических наблюдений происходил за счет роста качества и размера объектива телескопа. Затем были созданы фотопроцесс и спектральный анализ, после чего вплоть до первых десятилетий XX века прогресс астрономии стал зависеть от качества фотоэмульсии и механической системы телескопа, дающей возможность точного гидирования при длительных экспозициях. Когда и в этих направлениях были достигнуты пределы, продолжился рост диаметров телескопов: 2,5 м, 5 м, 6 м… Однако на смену фотопластинке пришли полупроводниковые матрицы, и рост их квантовой эффективности позволил продолжить прогресс наблюдательной астрономии, не создавая новые телескопы. Но с замедлением роста эффективности фотоприемников пришлось вернуться к созданию более крупных телескопов: 8 м, 10 м, 12 м…

Уже достигнут почти 100 % квантовый выход фотоматриц, поэтому для дальнейшего продвижения требуются новые телескопы диаметром 25–40 м, чрезвычайно дорогие и высокотехнологичные. И они сейчас создаются. Лидирует в этом направлении телескоп Европейской южной обсерватории в Чили ELT (Extremely Large Telescope) с объективом диаметром около 40 м и эффективной площадью около 1000 м². Это циклопическое сооружение, невероятно сложное в инженерном смысле. Если его строительство закончится успешно (по плану в 2029 году), то к концу десятилетия в астрономии произойдет новый прорыв.

Космический телескоп «Хаббл» продемонстрировал колоссальный рост четкости изображений при отсутствии искажающего влияния атмосферы. Но космические телескопы дороги, и астрономы ищут аналогичные возможности на Земле. Все лучшие места для установки телескопов на планете уже найдены и осваиваются. Поэтому для дальнейшего прогресса требуются технические решения. Самое перспективное из них – адаптивная оптика. Исправление малых полей зрения с использованием мягких управляемых зеркал и лазерной «искусственной звёзды» (laser guide star) на крупнейших телескопах мира уже освоено. Начинается применение многолазерных систем, способных исправлять поля большого размера. Например, у телескопа ELT должно быть до восьми искусственных звёзд.

Хотя оптическая астрономия по-прежнему остается лидером по сбору полезной информации, в других диапазонах и каналах наблюдений также есть свои достижения и проблемы.

Например, до сих пор не исследована длинноволновая область радиодиапазона, поскольку волны длиннее 15–20 м не проникают сквозь ионосферу к поверхности Земли, а разворачивать в космосе длинные антенны непросто (хотя попытки были). Есть надежда создать длинноволновые радиотелескопы на обратной стороне Луны. Первый эксперимент в этом направлении уже проведен в 2019 году с помощью китайского аппарата «Чанъэ-4».