Рух материків відстежує телескоп

Будь-яку людину, незалежно від того, об’їздила вона всі країни й континенти чи взагалі не полишала своєї домівки, можна назвати досвідченим пасажиром. Усі ми з величезною швидкістю разом із Землею летимо навколо Сонця, із Сонячною системою — навколо центру нашої Галактики, а вкупі з нашою Галактикою — і взагалі в незвідані глибини космосу. До того ж ще й повільно, лише по кілька сантиметрів на рік, дрейфуємо по земній кулі разом із тектонічними плитами, на поверхні яких живемо.

Навіщо потрібні космічні маяки?

Кожна з тектонічних плит займає кілька тисяч квадратних кілометрів поверхні з розміщеними на ній лісами, степами, пустелями... Рухаються вони завдяки взаємодії різноманітних сил як усередині Землі, так і поза нею.

Дрейфують ці блоки земної кори, що становлять верхню оболонку Землі — літосферу, врізнобіч. Одні віддаляються від колишніх сусідів, інші зближуються з ними надто близько. У результаті на краях плит виникає напруга, яка проявляється в певний момент бурхливим виходом енергії. У материковій або океанічній частині кори відбуваються різноманітні, інколи колосальної сили зсуви, розлами, скидання, викиди, що викликають землетруси, цунамі, виверження вулканів та інші природні катастрофи.

Люди споконвіку намагалися вгадати час приходу таких стихійних лих. Суттєвих результатів досягти поки що не вдалося, і тому вчені продовжують працювати над новими методами прогнозів. Останніми роками до розв’язання цього завдання підключилися й астрономи.

Пригадаймо: секстант і логарифмічна лінійка дозволяють штурманові корабля досить точно визначати свої координати, «прив’язуючись» при цьому до постійної точки, яку добре видно неозброєним оком, приміром, до яскравої зірки. Чому б не визначати в аналогічний спосіб координати материкової плити, яка рухається? Правда, швидкості плит набагато менші, ніж у корабля, тому точність вимірів має бути незрівнянно вищою.

Що в такому разі може послужити інструментом для вимірювання, куди й на яку відстань переміщується зафіксована точка на земній поверхні? Радіотелескоп, переконані астрономи, точніше — мережа радіотелескопів, що працюють спільно й оснащені найскладнішою електронікою та спеціальними комп’ютерними програмами. А що може відіграти роль реперних точок? Далекі позагалактичні радіоджерела — квазари й активне ядро радіогалактик. Стосовно цих космічних радіомаяків рух тієї точки поверхні, де стоїть радіотелескоп, можна відстежити з точністю до одного міліметра.

Цим займається геодинаміка — новий розділ у науці про Землю, що перебуває на стику астрономії, геодезії і геофізики.

«Мы едем, едем, едем в далекие края…»

Аби отримати картину руху літосферних плит на всій земній кулі й визначити місця зі слабкими чи сильними тектонічними явищами, десять років тому вчені розробили міжнародну програму «Геодинаміка». Для участі в ній у єдину радіоінтерферометричну мережу об’єдналися радіотелескопи Великобританії, Італії, Швеції, Норвегії, Німеччини, Фінляндії, Китаю, Іспанії, Австралії, Бразилії, США, Японії та України.

Від нашої країни до цього елітного клубу під назвою «Радіоастрономічна станція Simeiz» увійшов радіотелескоп РТ-22 Кримської астрофізичної обсерваторії (КрАО) Міністерства освіти і науки України. Розміщений телескоп, оснащений повноповоротним параболічним дзеркалом діаметром 22 метри, на південному узбережжі Кримського півострова поблизу селища Симеїз. Ті, хто бував у Криму, могли бачити витончену білу чашу дзеркала у Голубій затоці.

Завдяки астрономам, які тут працюють, ми тепер точно знаємо, куди рухається Крим, що лежить на Євразійській тектонічній плиті. Він повільно, але неухильно дрейфує разом із усією Україною на північний схід зі швидкістю близько 32 міліметрів на рік. Знати це тим паче важливо, що лише на 300 кілометрів південніше Криму проходить межа Євразійської плити, яка відзначена Північно-Aнатолійським розламом. Це саме те місце, де відбувається прихована боротьба відразу трьох тектонічних плит: Євразійської, Африканської й Аравійської.

Відтак Анатолійський блок рухається уздовж розламу на захід, а Аравійська й Африканська плити штовхають його на північ. Під цим потужним впливом південна частина Євразійської плити зазнає деформації. У цілому вона дрейфує на північний схід, але в різних її місцях різняться і швидкість руху, і його напрямок. Приміром, відносно центру Євразійської плити, розміщеного поблизу Бонна, деякі райони Італії стоять на місці, а деякі рухаються у протилежний від загального руху бік, на південний захід.

Літосферні плити переміщуються не лише по горизонталі, а й по вертикалі, а також змінюють свій нахил. Так, деякі ділянки Євразійської плити поблизу Венеції опускаються, причому з порівняно великою швидкістю, а деякі північні області, приміром, територія Німеччини та Швеції, піднімаються. Україна, найімовірніше, також піднімається на кілька міліметрів на рік, принаймні щодо Криму вчені в цьому не сумніваються.

Хоча рух плит по вертикалі спричиняється комплексом різноманітних чинників, останніми роками в цей процес чималу лепту вносить глобальне потепління. Танення величезних масивів криги порушує сталий баланс між силами тиску криги на земну кору й силами, спрямованими з мантії Землі. Внаслідок цього ситуація в місцях стиків різних плит змінюється, провокуючи зміни клімату, гравітаційних характеристик планети, а також зростання тектонічної активності.

Телескоп, далекомір, GPS

— Олександре Євгеновичу, на роль космічних маяків підходять будь-які квазари й радіогалактики? — запитую керівника програми лабораторії радіоастрономії КрАО, кандидата фізико-математичних наук О.Вольвача.

— Ні, не всі. Годяться лише компактні космічні об’єкти зі стабільним сигналом, які мають такий малий власний рух, що для земного спостерігача можуть виступати як абсолютна математична точка. Тому ми досліджуємо різні квазари й радіогалактики і проводимо відбір їх на своєрідну профпридатність: ті, котрі володіють потрібними характеристиками, заносимо до спеціальних міжнародних каталогів.

— Як відбувається спостереження за рухом плит із допомогою мережі радіотелескопів?

— Наводимо дзеркало радіотелескопа на певне радіоджерело й записуємо сигнал від нього на магнітні стрічки. Протягом однієї 24-годинної сесії, які проводяться 10—12 разів на рік, ми спостерігаємо до 200 компактних джерел, більш-менш рівномірно розподілених по небу. І так працюємо з кожним із радіотелескопів, котрі входять у мережу. Потім стрічки всіх радіотелескопів, що брали участь у сесії, надсилаються до одного з кореляційних центрів — Інституту Макса Планка в Бонні, Хайстекської обсерваторії або Військово-морської обсерваторії США, де проводять їх технічне опрацювання. Дані передаються потім у центр аналізу, один із яких — у Головній астрономічній обсерваторії (ГАО) НАН України в Києві. Там отримані результати аналізують, передають у центр даних, після чого вони стають доступні для всіх користувачів Інтернету.

— Судячи з вашої розповіді, це складна, трудомістка й копітка праця.

— ...для виконання якої потрібні радіотелескоп із високою якістю дзеркала, сучасне оснащення й висококваліфікований персонал. Щоб розпочати спостереження за міжнародними геодинамічними програмами, десять років тому РТ-22 було модернізовано в рамках співробітництва між Україною (КрАО та ГАО) і США (NASA).

— У мережу входять 19 радіотелескопів, розміщених на поверхні земної кулі за принципом коли густо, а коли й пусто. Приміром, на території Росії немає жодного. Чи впливає ця ситуація на результати досліджень?

— Звісно, наявність даних про рух плит у тій або іншій точці земної кулі залежить від того, є там відповідні антени чи ні. Справді, у Росії нині немає антен, котрі працювали б за цією тематикою, їх введення в дію лише планується. І якщо можна сказати, що Крим рухається у бік Новоросійська, то куди рухається сама Росія — поки що невідомо.

— А чи можна використовувати замість дорогого й складного методу радіоінтерферометрії інші способи вимірів руху земної кори?

— Можна, але ці методи застосовуються не «замість», а «на додачу» — для моніторингу локальних ефектів руху земної кори й реєстрації стрибкоподібних відхилень. РТ-22 — на сьогодні єдиний високоточний інструмент для цих робіт як в Україні, так і країнах колишнього СРСР. Саме прив’язка до нього дає можливість використовувати інші, менш точні, але дешевші й простіші інструменти. Це лазерні далекоміри й GPS — система глобального позиціонування, яка використовує для визначення місцезнаходження штучні супутники Землі. Узбережжя Туреччини, приміром, добре оснащене приймачами GPS.

— А як справи у нас?

— У нас нині є РТ-22, дві лазерні станції й пост вимірювання рівня моря — все це, разом узяте, утворює геодинамічний полігон «Симеїз—Кацивелі». Про таку концентрацію вимірювальних інструментів мріють багато закордонних інститутів. В Україні розроблено програму «Регіональна система геодинамічного й екологічного моніторингу Криму» (науковий керівник академік НАН України Я.Яцків). Відповідно до неї, в Євпаторії, Сімферополі та ще в кількох місцях Криму заплановано ввести в дію GPS-станції. Після цього півострів буде однією з найбільш вивчених у цьому плані територій.

Проблема Криму в тому, що, хоч загалом він рухається на північний схід, не виключено, що різні його частини конфліктують між собою. Але з’ясувати це можна буде лише в результаті додаткових комплексних досліджень. Тоді ми наблизимося до можливості прогнозування на території півострова землетрусів та зсувів і вирішення питання про можливість побудови тут атомної електростанції.

* * *

Нині для побудови планетарної геодинамічної моделі руху літосферних плит даних бракує. Проте вчені не сумніваються, що згодом її буде створено. І тоді ми дізнаємося, коли й де очікувати вияву тектонічної діяльності Землі та як зміниться з часом вигляд її материків і океанів.