Предел Бортля

Пройдя во вторую комнату, Сергей увидел Андрея, сидящего в углу за длинным столом, на котором располагались сразу три монитора и несколько системных блоков, два из них были открыты и жутко гудели. Помимо этого, на столе Вязенцева лежали различные приборы, соединенные огромным количеством проводов, спутавшихся друг с другом. Все это походило на выброшенное на берег чудное морское чудовище. Андрей, как и большую часть рабочего времени, сидел в огромных наушниках и забавно двигал головой в такт музыке. Сейчас он выглядел в точности как тот персонаж, которого обычно представляет себе любой человек, когда речь заходит о программистах. Волосатые, часто неопрятные, постоянно с ужасающей скоростью стучащие по клавишам, в то время как на экране бегут зеленые строчки кода, иногда вспыхивая красными мигающими сообщениями. На самом же деле семьдесят процентов времени программиста занимают раздумья: как оптимально решить ту или иную задачу, как подойти к ней алгоритмически, как сделать решение надежным и по возможности максимально простым. Поэтому Андрея можно было часто увидеть прогуливающимся по скверу, вдоль которого полчаса назад шел Сергей. Обычный прохожий, увидев Вязенцева, подумал бы, что человек просто гуляет, но на самом деле он непрерывно работает. Ковалев, который тоже был программистом, хотя и не таким талантливым, как Андрей, который уже в школе выступал и побеждал на различных олимпиадах, отлично знал, что часто, очень часто решение приходит именно во время подобных прогулок. Ты мог целый день просидеть за рабочим столом, пробуя различные варианты, но так и не найти ответ, зато потом, когда ты просто идешь по улице или гуляешь в парке, правильное решение может внезапно само собой прийти в голову и заставить недоумевать, как ты не додумался до него раньше?! Андрей быстро набирал что-то, не глядя на клавиатуру, значит, в его голове родилось решение какой-то задачи, и прямо сейчас он воплощает его в бесчисленных строках кода.

Сергей подошел к коллеге и положил руки ему на плечи. Тот вздрогнул и быстро повернулся. Его широкое лицо расплылось в доброй улыбке.

– А-а-а, явился наконец-то, а я уже хотел звонить, не забыл ли ты о встрече, – с легким укором сказал он, протягивая Сергею руку.

– Извиняюсь-извиняюсь, – ответил Сергей, – бегал с документами, а там никогда не знаешь, сколько времени проведешь, хотя приехал я с запасом. Прошелся вдоль сквера, думал, ты там.

– Не, мне вчера пришла в голову отличная идея. Так и подмывало сесть и сразу ее закодить, но я дал себе зарок: на ночь – ни-ни! А то так и не усну. – Андрей засмеялся. За Сергеем тоже водился такой грешок. Мудрые мысли приходили к нему в постели, перед сном, но если ими увлечься, то сон как рукой снимет. Потом лежишь битый час, глядя в потолок, и пытаешься разогнать роящиеся в голове идеи.

– Ну, и что за идея?

– Фокусировка! Вот, вожусь с новым «железом». – Андрей положил руку на большой черный металлический цилиндр. – Она у нас вечно барахлит, вот и придумал новую концепцию автоматической фокусировки.

Сергей придвинул соседний стул и сел.

– Раньше у нас как это происходило? – склонив голову набок и чуть зажмурив один глаз, спросил Андрей.

– Ну, по звезде, как обычно.

– Вот! – Улыбка Андрей стала шире, чем у Чеширского кота. – И у нас часто были проблемы с близкими звездами, так?

– Так. – Сергей пока не понимал, куда клонит Андрей, но такая проблема и правда была. Автоматическая фокусировка телескопа – одна из самых важных процедур, от которой напрямую зависит общая эффективность его работы. Если он плохо сфокусирован, то энергия падающих на матрицу камеры фотонов не концентрируется, а распределяется по большой площади. Из-за этого падает и проницание телескопа, то есть тот уже не сможет увидеть более слабые и тусклые объекты. А ведь в их работе эти объекты как раз и важны! При нынешней системе автофокусировки телескоп сам выбирал звезду, исходя из ее яркости, а если говорить научно, – блеска по звездному каталогу. Дальше он снимал один кадр и рассчитывал диаметр изображения этой звезды на снимке. Потом сдвигал камеру с помощью фокусировочного устройства и снова измерял контрольную звезду. Теперь автоматическая система могла определить правильное направление сдвига камеры и, получив таким образом несколько кадров, рассчитать точку наилучшей фокусировки – там, где размер изображения звезды будет минимальным, то есть в меньшей площади будет заключена вся энергия фотонов, совершивших умопомрачительное путешествие длиной в сотни или даже тысячи световых лет и попавших на матрицу астрономической камеры. Проблема заключалась в том, что если рядом с измеряемой звездой есть другая, пусть и не такая яркая, то измерения будут неверными, и телескоп не сможет правильно сфокусироваться. Конечно, его система управления достаточно умна, чтобы понять, что фокусировка прошла неудачно, но главный ресурс любого телескопа – его наблюдательное время – будет потрачен впустую и безвозвратно.

– Ну вот, – возбужденно продолжал Андрей. – Систему в любом случае нужно было усовершенствовать. Либо исключать двойные и кратные звезды, либо – он сделал драматическую паузу, – либо брать в расчет все звезды сразу! Весь ансамбль[2 - Принятое в астрономии именование большой группы объектов.] звезд! И даже не нужно никуда специально перенаводиться. Мы просто делаем кадр, фильтруем звезды по блеску и морфологии, убираем вытянутые объекты вроде галактик и прочего, и проводим вычисления по всем звездам. Статистически должен получиться достоверный усредненный результат. Я думаю, что сработает, но нужно тестировать. – Андрей откинулся на спинку кресла, соединив вместе пальцы обеих рук и, как он это часто делал, ожидая контраргументов в научном споре, надул щеки.

– Да, идея интересная. Если получится – сможем выиграть наблюдательное время, да и общая стабильность системы должна будет повыситься, – после небольшой паузы заключил Сергей. – Ну, а по «железу», новый фокусировочный узел готов? Ты его здесь протестировал?

– Ага, погонял, адаптировал софт для работы с датчиками-энкодерами. В тепличных условиях все работает, но нужно проверять «на горе». – Андрей немного погрустнел, вспомнив о грядущей экспедиции. Он, в отличие от Сергея, который всегда первым вызывался куда-то поехать, был до мозга костей домоседом. Чтобы вытащить его «в поля», требовались недюжинные усилия. А после своей первой, длительной командировки на обсерваторию, которая еще только готовилась к открытию и приезду высокопоставленных гостей, Вязенцев и вовсе потерял последнее желание любоваться красотами Горного Алтая. Сейчас быт на обсерватории уже более-менее наладился, но все равно оставался достаточно спартанским.

– Ехать, как я вижу, ты не хочешь? – заметив реакцию друга, Сергей улыбнулся.

– Не-а, чего я там еще не видел? Опять трястись туда и обратно столько часов в этой «Пожарке»…

«Пожаркой» они между собой называли служебный УАЗик ярко-оранжевого цвета, который и доставлял их на обсерваторию.

– Не поехал бы, если бы не было нужно. Удаленно я все там не настрою, будете сами копаться и все еще хуже сделаете, – распалялся Андрей. Сергей понял, что он зря заговорил об этом, и решил пропустить тираду друга мимо ушей, сменив тему разговора, кроме того, в словах Андрея была доля правды.

– Ну, хорошо, хорошо, – примирительно сказал Сергей, – а те изменения, что мы с тобой обдумывали по системе обработки кадров, их удалось реализовать? Я свою часть доделал и даже протестировал. Время обработки увеличилось, но сама идея подтвердилась. Процент детектирования в «густых» полях заметно подрос.

За этими, вряд ли понятными кому-то, кроме них самим, словами, стояла долгая и кропотливая работа. Андрей и Сергей уже продолжительное время старались усовершенствовать систему обработки снимков неба вблизи Млечного пути. Такие кадры отличаются большим числом звезд, попадающих в поле зрения телескопа. Иногда на одном снимке их может быть несколько десятков тысяч, а программе нужно выделить среди них медленно движущиеся, тусклые «звездочки», которые на самом деле могут являться неизвестными объектами.

В целом главный принцип поиска новых малых тел Солнечной системы за последние сто лет не поменялся. Далекие звезды, в отличие от гораздо более близких к нам астероидов и комет, по сути являются для наблюдателя стационарными объектами – их движение можно заметить, лишь наблюдая за ними продолжительное время – годы и столетия. Напротив, летящие по своим орбитам космические глыбы немного смещаются на небе уже в течение десятков минут. Поэтому – если сделать несколько последовательных снимков некоторой части неба с небольшим интервалом, то звезды фона останутся на своих местах, а все близкие к нам объекты сместятся. Раньше для обнаружения этого движения использовали специальные устройства – блинк-компораторы, которые позволяли быстро менять изображения двух фотографий. Для глаз астронома создавалось некое подобие анимации, на которой и можно было заметить это движение. Именно так в 1930 году американским астрономом Клайдом Томбо был открыт Плутон.

В наше время, когда телескопы получают уже цифровые снимки космоса, их можно обрабатывать на компьютере. Всю «черновую» работу выполняют специальные программы, которые, как и раньше, пытаются обнаружить движущийся объект и сопоставить его положение с каталогом известных астероидов и комет. Если объект неизвестный, то в дело вступает наблюдатель – он просматривает отобранных компьютером кандидатов и решает, реальный ли это объект или нет. Потенциальный астероид или комета вполне может оказаться цифровым шумом или отметкой от высокоэнергетических космических лучей, которые астрономы называют «космиками». Если обнаруженный объект яркий, то проблем с оценкой его реальности нет, и с этим может справиться и программа. Но так как подавляющее большинство новых и неизвестных объектов едва заметны, то эта задача становится совсем не простой. В последние годы для замены самого точного прибора на сегодня – глаза опытного астронома-наблюдателя – пробуют применять нейросети. Это перспективное направление, и, скорее всего, в недалеком будущем обученная машина сможет полностью заменить человека. Но сейчас лишь астроном-наблюдатель принимает окончательное решение – да или нет.

Андрей и Сергей работали над «черновой», первичной обработкой. Их задачей было увеличение процента обнаружения новых объектов на сложных кадрах с большим числом звезд. Изначально они применили классический прием – вычитание снимков. Телескоп получает несколько кадров одной области, и при их вычитании все неподвижные объекты «стираются», а остаются лишь те, что поменяли свое положение от кадра к кадру. Этот способ хорош на бумаге или для астрономических снимков, получаемых космическими телескопами, но с наземной обсерваторией, ведущей наблюдения сквозь толщу неспокойной земной атмосферы, данный подход может сыграть злую шутку. Дело в том, что земная атмосфера постоянно в движении, и она вносит свои искажения в каждый из получаемых снимков. Таким образом, все снимки одной поисковой площадки будут, пусть немного, но отличаться друг от друга. Вычитая их, астрономы неизбежно сталкиваются с артефактами или просто мусором, напоминающим «бахрому» вокруг звезд. Задача создателя программы обработки кадров – научить машину игнорировать такие помехи, исключать их из расчета или дополнительно удалять с изображения. Именно над этим ребята работали уже несколько месяцев и хотели опробовать в ходе предстоящей экспедиции. В спорах, а иногда и обидах, рождались новые алгоритмы и программы, которые должны были привести к новым открытиям.

Сергей посмотрел на часы – время близилось к обеду, а впереди у него были еще неотложные дела. Он потер глаза, уставшие от напряженного вглядывания в код программы и столбцы расчетов. За время работы, когда за одну ночь приходилось внимательно отсматривать сотни, а иногда и тысячи объектов, – его зрение заметно ухудшилось.

– Так, ну хорошо, – сказал он, вставая из-за стола. – Не все обсудили, но нужно двигаться дальше, так что оптимизируем алгоритм уже на месте. Осталось совсем чуть-чуть.

– Да, остались нюансы, думаю, времени у нас там будет много – посмотрел прогноз на июнь, обещают много дождей…

Андрей тоже встал из-за рабочего стола и потянулся, состроив смешную рожицу.

– Ну, если не удастся ловить астероиды – будем ловить рыбу, – засмеялся Сергей.

– Пойдем, я тебя провожу, а то что-то голова уже очумела, нужно проветриться.

Вдвоем они вышли во двор института. Напротив проходной поговорили еще пару минут, условились о встрече в аэропорту и пожали друг другу руки.

* * *

3 июня 2023 года, 15:10 UTC+3

Перед встречей с Викой Сергей заехал в гости к родителям, в квартиру, где он родился, провел все свое детство и юность. Как и многие улицы этого района Москвы, находившегося совсем близко к ВДНХ, его родная улица носила имя одного из героев становления космонавтики и будущего штурма Космоса. Сергей иногда задавался вопросом – было ли это простым совпадением? Все свое детство он гулял по улицам с космическими названиями и сам в итоге безнадежно заболел космосом. Хотя нет – все же его осознанное увлечение началось в младших классах школы, с двух книг, которые он случайно, а может и вполне закономерно, просто следуя своей судьбе, нашел на книжной полке. Он читал про далекие звезды, галактики и квазары. Про населяющие Солнечную систему кометы и астероиды. Он листал огромную книгу о космонавтике, внимательно разглядывая прекрасно оформленные иллюстрации и фотографии ракетоносителей и аппаратов межпланетных миссий. На десятилетие родители подарили ему первый телескоп. Начав наблюдать Луну, Солнце, рассеянные звездные скопления, Ковалев постепенно стал больше тяготеть к астрономии. А 2007 год стал для Сергея годом комет.

На зимних каникулах он с друзьями пошел на крышу соседнего дома наблюдать одну из самых ярких комет последних десятилетий – комету МакНота. Их нехитрыми оптическими инструментами были небольшой телескоп-рефрактор и морской бинокль Сергея, а также подзорная труба и раритетный латунный театральный бинокль двух его друзей. Доступ на крышу, строго в своем присутствии, им давал пожилой дворник, бывший некогда инженером. Он, видя, с какой страстью ребята увлечены наукой, часто соглашался помочь, тем более что и ему самому было интересно слушать Сергея, который мог часами рассказывать об астрономии, поражая слушателей неизвестными им фактами. В тот вечер наконец-то выдалась хорошая погода. Небольшие облака висели на востоке, а на западе, куда всего несколько минут назад погрузилось Солнце, небо оставалось чистым, с небольшой прозрачной дымкой лишь у самого горизонта. Комета МакНота была видна невооруженным глазом. Ее яркая голова находилась совсем низко, как раз в просвете между соседними домами. Прямой хвост уходил вверх и вправо. Комета как будто купалась в красивом красно-оранжевом закате. За те пятнадцать минут, пока она не зашла за горизонт, ребята и старый дворник успели посмотреть на нее и в телескоп, и в подзорную трубу, но самое потрясающее зрелище подарил им бинокль. Комета и ее мощный пылевой, еще не изогнутый хвост были видны как на ладони. Казалось, протяни руку, и ты сможешь ее схватить! Сергей был счастлив – он впервые наблюдал комету невооруженным глазом, и это было потрясающе! Папа рассказывал, как он вместе с сыном, тогда еще сидящим в коляске несмышленышем, наблюдал нависшую над Москвой весной 1997 года великую комету Хейла-Боппа, но, конечно, сам Сергей этого не помнил. Закат постепенно угасал, и ему чудилось, что гаснет и сама комета, погружаясь в туманную дымку. Она медленно уходила на южное небо, где, обогнув Солнце, предстанет одной из самых красивых комет, виденных человеком, а ее веерообразный хвост покроет полнеба. Вернувшись домой, Сергей загадал желание – во что бы то ни стало открыть свою комету, такую же красивую, как и Большая комета 2007 года.

Ковалев часто заезжал на старую квартиру к родителям, где его всегда были рады видеть. Он был их единственным сыном и самым важным человеком на Земле. Как и в каждый его приезд, сегодня они разговаривали обо всем на свете. Сергей рассказал о предстоящей экспедиции, как сейчас должно быть красиво в тенистых долинах и живописных горах. О том, что нужно починить телескоп и залатать протекающую крышу подсобного помещения, называемого сотрудниками просто «сараем», где хранился весь инвентарь обсерватории. Эта была его крайняя экспедиция перед отпуском. Пару месяцев назад Сергей списался с директором критской обсерватории Космосом Кастумисом, с которым они познакомились на конференции во Фраскати еще несколько лет назад, и сообщил, что летом планирует отдыхать в Ретимноне. Космос, гостеприимный, как и все греки, безапелляционно заключил, что Сергей должен обязательно посетить обсерваторию и выпить знаменитую раки его собственного приготовления.

Мама еще раз поставила чайник, пообещав заварить чудесного ягодного чая, недавно привезенного ею из Крыма. Аромат и правда был замечательным, Сергей сразу вспомнил эти запахи и свои бесконечные прогулки по горным лугам южного побережья во время летней практики в Крымской астрофизической обсерватории. Он, мама и папа еще долго сидели за своими разговорами. Солнце, двигаясь к закату, заглянуло в окно их маленькой кухни, отбрасывая на стол причудливые геометрические отражения от прозрачного графина с водой. На настенных часах было 18:00 – пора собираться. Семья обнялась, и Сергей, пообещав позвонить им завтра вечером, как только они доберутся до обсерватории, быстро сбежал по ступеням и вышел из подъезда. Над домами возвышалась Останкинская телебашня. Ковалев повернул налево, решив пройти к главному входу по аллее Космонавтов.

Здесь было как всегда многолюдно. В противоположном конце возвышался устремленный ввысь обелиск Покорителям космоса. Дойдя быстрым шагом до середины аллеи, где располагалась высеченная из камня модель Солнечной системы, Сергей снова вспомнил 2007 год. Осенью на небе произошло еще одно интересное событие – мощнейшая вспышка кометы Холмса. Вообще, кометы – очень непредсказуемые особы. Они могут стать намного ярче, нежели прогнозировали астрономы, опираясь на свои расчеты, или же наоборот, не оправдать их надежд, так и оставшись тусклыми туманными пятнышками, или вообще исчезнуть, разрушившись и превратившись в пыль, из которой четыре с половиной миллиарда лет назад и образовалась вся наша Солнечная система. Комета Холмса, которая на тот момент была абсолютно недоступна для любителей, наблюдающих через окуляры своих небольших телескопов, за несколько часов стала видна невооруженным глазом! Увидев эту новость, Сергей, подхватил свой новый пятнадцатисантиметровый телескоп, подаренный ему всего полгода назад, и в компании старых друзей поспешил на открытое место вблизи реконструируемой на тот момент аллеи Космонавтов, чтобы воочию увидеть это событие. К ним часто подходили прохожие, заинтересованные, чем так увлечена группа ребят с настоящим, пусть и совсем небольшим, телескопом. А сами ребята с удовольствием рассказывали о космосе.

Они даже проводили вечера «тротуарных» наблюдений. Тогда на этом пятачке было не протолкнуться. Главными объектами астрономических показов были Луна и Сатурн. Сергей всегда любил наблюдать за первой реакцией людей, впервые взглянувших на привычный всем спутник Земли с трехсоткратным увеличением. Это зрелище каждый раз вызывало восторг, а у впервые прильнувших к окуляру телескопа иногда в буквальном смысле подкашивались ноги. Смотря в телескоп, человек как будто переносился за сотни тысяч километров вверх, туда, к висевшей в небесах пепельной Луне. Перед его взором медленно проплывали огромные кратеры, которые не съедали эрозия и время, широкие долины и горные хребты, детальный и безмолвный серо-черный мир. Вторым гвоздем программы был, безусловно, Сатурн. В небольшой телескоп Сергея он был виден наклонившимся на бок, с небольшим, но хорошо заметным кольцом вокруг своего экватора. Если внимательно присмотреться, то можно было разглядеть едва различимую темную полосу, расположенную ближе к внешнему краю – знаменитую щель Кассини, открытую в далеком 1675 году. А рядом ничем не примечательной звездочкой был виден второй по величине спутник в Солнечной системе – Титан. Пока прохожие смотрели на этот далекий мир, Сергей рассказывал им, что диаметр самого Сатурна – сто двадцать тысяч километров и это составляет примерно треть расстояния от Земли до Луны. Сами кольца, а это была именно система из многих колец, имеют диаметр, вдвое превышающий размер самой планеты, при этом их толщина всего лишь километр! Люди даже выстраивались в небольшие очереди, чтобы посмотреть в окуляр и, как отмечал про себя Сергей, многие из них возвращались на их маленькое представление снова и снова. И практически всегда рядом на лавочке сидели его папа и мама.

Ребята выросли, но из них только он всерьез решил связать свою жизнь с наукой. Родители всячески поддерживали это решение сына. В 2010 году российским астрономом впервые за двадцать лет была открыта новая комета, а Сергей победил на очередной астрономической олимпиаде среди старшеклассников. Спустя два года, отлично сдав все экзамены, он подал документы на астрономическое отделение физического факультета МГУ и поступил. Очередной шаг на пути к мечте был сделан.

К центральному входу Ковалев подошел за десять минут до назначенного времени. Вики еще не было.

* * *

3 июня 2023 года, 18:25 UTC+3

Позавчера был День защиты детей, и сегодня, в субботу, погулять на ВДНХ пришло море семей с детьми. Сергей понял, что организовать Вике поход в музей космонавтики именно сегодня было не самой лучшей идеей, но вчера он об этом даже не подумал. Вдруг ему в голову пришла мысль, что он не подумал не только об этом. Он встречается с девушкой, пусть это вроде бы и не свидание, но все равно нужно было купить букет цветов. Сергей стал судорожно думать, как можно быстро исправить свой просчет. Он уже направлялся наперерез людскому потоку, идущему ко входу, как вдруг кто-то закрыл его глаза мягкими ладонями. Он не успел.

– Привет! Видишь, я даже не опоздала! – сказала Вика, опустив руки и выйдя из-за спины Сергея.

– Привет! Да я и сам подошел пару минут назад, – Сергей постарался скрыть неловкость и раздражение на самого себя, – но, похоже, мы не очень удачно выбрали день, – с улыбкой сказал он, кивая на людскую реку, стекавшуюся в арку главного входа.

– Да ладно, наоборот здорово! Настоящий праздник! Я здесь не была кучу лет, – весело сказал она. – Пойдем!

Вика взяла его за руку и потянула ко входу. Она была как всегда жизнерадостна и на правах прирожденного экстраверта открыта всему миру. Эта миниатюрная и стройная девушка всегда просто лучилась новыми идеями, и в этом они были схожи, но Вика давала фору даже Сергею.

Они познакомились на одном из астрономических интернет-форумов, точнее, это она сама написала Ковалеву сообщение, засыпав его кучей вопросов о том, как искать астероиды и кометы. В то время Сергей уже входил в недавно организованную команду БОРТа, а на его личном счету были открытые астероиды, включая околоземные объекты, и даже одна сверхновая звезда, обнаруженная им абсолютно случайно.

Подобных сообщений у него было немало, но обычно человек, написавший их, быстро «остывал», понимая, что все это не так-то просто, и для того, чтобы сделать настоящее, пусть и совсем невеликое открытие, необходима и определенная техническая подготовка, и просто завидное упорство. Но Вика была не из таких. В то время у нее был небольшой телескоп, похожий на тот, которым сам Сергей пользовался в школьные годы, и который до сих пор бережно хранился у родителей. Конечно, реальную науку с таким оборудованием было сделать очень сложно, и они нашли компромиссный вариант – Сергей делился с Викой настоящими снимками и объяснял основные принципы астро- и фотометрии. Чем сложнее становились задачи, тем с большим упорством и энтузиазмом Вика бралась за работу. Именно тогда Ковалев понял, что из нее определенно выйдет толк. Совместно с ней Сергей написал несколько статей по фотометрии околоземных астероидов. Когда летом 2022 года встал вопрос о наборе ассистентов для работы на БОРТе, Сергей предложил вакансию Вике. И она сразу же согласилась. Так они стали работать вместе, в одной смене.