Обсерватория на школьной крыше

Обсерватория школы №1502 «Энергия» – упрощённый профессиональный астрономический комплекс, который предназначен для занятий школьного астрономического кружка и удалённой работы из кабинета физики и астрономии. В обсерватории собрана вся необходимая инструментальная база для проведения астрономических наблюдений и исследований: астрономический купол, телескоп, монтировка (поворотная опора), камера, вспомогательное оборудование, а также техника для обеспечения удаленного доступа.

Над обсерваторией в настоящий момент работает Василий Гурьянов – выпускник школы и активный кружковец, круг его интересов довольно широк. Василий дважды становился финалистом профиля «Водные робототехнические системы» Национальной технологической олимпиады, участвовал в Конвенте Кружкового движения, а на «Архипелаге 2022» впервые публично рассказал про обсерваторию, проект которой тогда был уже частично реализован.

Астрономия остаётся для Василия главным хобби с детства, уже в течение 10 лет. В 2013 году он пришёл на первый курс Астрономического кружка Московского планетария. С экскурсиями кружка и во время обычных поездок с друзьями Василий побывал во многих обсерваториях России, включая Пущинскую Радиоастрономическую (Московская обл.), Крымскую астрофизическую, Кавказскую горную и Специальную астрофизическую обсерваторию РАН (Карачаево-Черкесская Республика), где расположен большой альт-азимутальный телескоп – самый большой телескоп Евразии.

Также Василий поддерживает контакты с людьми, разделяющими его увлечение: от астрономов-любителей, собирающих установки для наблюдения за звёздами у себя на даче, до аспирантов университетов, в частности, Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга (ГАИШ). Их советы и обмен опытом помогли школьной обсерватории выйти на новый уровень.

У школьной обсерватории тоже есть своя история. Как и интерес Василия Гурьянова к астрономии, она началась более 10 лет назад. Первоначально обсерваторию установили на земле, что накладывало определённые ограничения на её эксплуатацию. Несмотря на них, руководитель школьной обсерватории вёл в школе астрономический кружок с «живыми» наблюдениями звёзд и планет.

В 2022 году было принято решение перенести купол обсерватории на крышу школы, обновить устаревшее оборудование и сделать удалённый доступ без необходимости физического присутствия на крыше. Перенос купола на крышу делает астрономические исследования более удобными, а дистанционный доступ позволяет проводить наблюдения непосредственно из школьного кабинета или даже подключаться из дома, когда наблюдения нужно проводить в вечернее или ночное время.

За полтора года Василию совместно со специалистами школы удалось реализовать большую часть проекта и подготовить обсерваторию к запуску школьного кружка. Она уже действует, и с её помощью проводится съёмка луны, планет и объектов глубокого космоса. Осталось наладить её удалённую работу по школьной Ethernet-сети, чтобы не поднимаясь на крышу получать кадры объектов глубокого космоса и солнечной системы, которые находятся над школой прямо сейчас. На данный момент Василий занимается подготовкой сервера обсерватории и установкой контроллера для управления питанием девайсов, чтобы их можно было включать и выключать удалённо.

Школьная обсерватория – это стеклопластиковый шарообразный купол трёх метров в диаметре. Главное сокровище, которое он прячет и защищает – телескоп системы Ньютона с апертурой [прим. ред.: диаметр объектива] 200 мм и фокусным расстоянием 1000 мм.

Камера аппарата монохромна, на нём есть лишь сведения о яркости, представленные в одном канале. Колесо фильтров даёт возможность переключать светофильтры. Любые три из них позволяют снимать в трёх каналах, при объединении которых получается цветное изображение. Большинство туманностей обсерватории снято при помощи узкополосных фильтров, что позволяет блокировать световую засветку даже в Москве. Один из таких фильтров, часто используемый в лаборатории, пропускает линию водорода H-Alpha – то есть отлично подходит для съёмок эмиссионных туманностей.

Любопытно, что телескоп одновременно нужно охлаждать и греть. Камера телескопа Ньютона охлаждающая: благодаря этому она убирает из кадров шумы от перегрева матрицы камеры. При этом к другим местам этого же телескопа, напротив, прикреплены электронные грелки, призванные спасать оборудование от запотевания и выпадения инея.

К основному телескопу прикреплён телескоп меньшей апертуры (60 мм). Это телескоп-гид с фокусным расстоянием 240 мм, который считывает изменения положения снимаемого объекта и подаёт аппаратуре сигналы о необходимости переместить телескоп вслед за движением звёзд (точнее, вследствие движения нашей планеты вокруг своей оси). Такая система позволяет делать кадры с большой выдержкой, например, в 5 минут.

И в телескоп-гид, и в основной нельзя посмотреть: они не имеют окуляра и предназначены только для съёмки и отправки кадров на компьютер. «Я не вижу никакого смысла смотреть глазами, потому что человеческий глаз – плохой инструмент для наблюдений: он не умеет накапливать свет, в темноте он не различает цвета… А камера это умеет. Она может намного больше, чем наш глаз, поэтому телескоп для съёмок лучше телескопа, в который можно просто смотреть на звёзды», – утверждает Василий.

Тем не менее, телескоп для визуальных наблюдений у обсерватории тоже есть. Это ахромат-рефрактор с апертурой 80 мм и фокусным расстоянием 500 мм. Его возможности ограничены из-за маленькой разрешающей способности (т.е. того, насколько маленький объект с его помощью возможно различить) и из-за высокой освещённости ночной Москвы. Также этот телескоп меньшего диаметра выпрямляет только два световых канала из трёх, то есть оставляет на кадре больше искажений. Зато его можно использовать во время занятий в кружке для наблюдений за объектами солнечной системы непосредственно через телескоп.

Специальный купол обсерватории защищает всё это оборудование от перегрева, сильного охлаждения и даже выпадения росы во время наблюдений.

«Главное – не оставлять оборудование включенным, когда работа с ним не идёт. Если появится конденсат на аппаратуре, она может выйти из строя. Хотя камеры, на самом деле, достаточно живучие. Некоторые мои коллеги-астрономы оставляют телескопы на улице, и камеры в них остаются в рабочем состоянии годами… Но лучше так не делать – проживут ещё больше», – объясняет Василий.

Купол способен вращаться на 360 градусов и снабжён контроллером, который открывает окно для наблюдений и синхронизирует положение телескопа и окна в куполе.

Главный телескоп обсерватории стоит на экваториальной монтировке грузоподъёмностью 21 кг, которая вращает телескоп и способна навести его на любую точку в небе. Когда человек при помощи монтировки поворачивает телескоп, купол поворачивается так, чтобы перед телескопом оказалось окно. А когда телескоп-гид видит смещение исследуемых звёзд, он поворачивает и главный телескоп, и купол через монтировку. Кстати, крутить телескоп в куполе вручную нельзя: это собьёт всю синхронизацию.

Благодаря модернизированной обсерватории в школе «Энергия» в 2023/2024 учебном году снова начал действовать астрономический кружок. Ребята, которые проявили интерес к астрономии, в рамках этого факультатива изучают теоретические основы астрономии, знакомятся с научным оборудованием и учатся его использовать.

Благодаря наличии в обсерватории телескопа для съёмок и телескопа для визуальных наблюдений работа в кружке подразумевает два формата работы: учащиеся могут как взаимодействовать со сложным оборудованием дистанционно и проводить на нём эксперименты, так и получить практику непосредственного наблюдения объектов звёздного неба.

«Я полагаю, что наш астрономический комплекс в какой-то степени послужит для профориентации школьников. Возможно, они захотят после посещения кружка связать свою жизнь с наукой. И я имею в виду не только астрономию. Может, некоторым ребятам больше понравится программировать, чем в телескоп смотреть. Мы будем делать проекты и связанные с программным обеспечением, и с hardware-разработкой, то есть разработкой аппаратной части. Но, конечно, опыт работы здесь пригодится и тем, кто в будущем решит работать на продвинутой обсерватории. А главная задача кружка – дать школьникам опыт в разработке собственных проектов», – рассказывает Василий Гурьянов.

Занятия кружка привлекли учеников 7–10 классов. Ребята узнали, зачем нужна астрономия, познакомились с оборудованием, поделились по интересам на группы для проектов и начали работу.

Например, одна из групп сейчас работает над проектом для предсказания солнечной активности по конфигурации солнечных пятен в фотосфере, а другая разрабатывает open source решения крышки-флетбокса для телескопов различных апертур. Одно из них позволит делать кадры без следов пыли (часто похожих на темные провалы) и виньетирования (искажений из-за неравномерного освещения).

Необходимым условием продолжения функционирования школьной обсерватории является подготовка конструкторской документации и протоколов эксплуатации. Эти документы будут включать в себя инструкцию по управлению экваториальной монтировкой, контролю автоматических обогревателей, протокол использования каждой камеры и колеса фильтров и многое другое – всё, что понадобится для дальнейшего функционирования обсерватории и существования школьного кружка. Поможет такая документация и коллегам-физикам, желающим присоединиться к астрономическим исследованиям.

«Сейчас я пишу документ для других пользователей обсерватории, чтобы её эксплуатация не вызывала у них затруднений. Увы, постоянно функционирующей обсерватории, когда я учился в школе, у меня не было, хотя я бы, может, и рад был делать проекты с телескопом. Зато теперь у ребят, которые придут к нам в кружок, она есть и будет».

Наш журнал надеется, что Василий успешно завершит создание удалённой школьной обсерватории и сможет передать свои мощные навыки новым кружковцам, развивающим астрономию в России.