«Огненный лес» Солнца: учёный ЮФУ построил хромосферный телескоп и завоевал высшую награду AstroBin

Фото: пресс-служба ЮФУ

Это вторая победа на AstroBin старшего научного сотрудника НИИ многопроцессорных вычислительных систем им. академика А.В. Каляева ЮФУ Максима Хисамутдинова: в 2024 году он уже становился победителем со снимком МКС.

Учёный прошёл путь от самостоятельной сборки хромосферного телескопа до победы на международной астрономической площадке AstroBin. Его работа «Бушующий огненный лес» показывает протуберанцы у края солнечного диска — детали, которые обычно доступны лишь крупным обсерваториям. А началось всё несколько лет назад — с транзита Международной космической станции по диску Солнца. Максим увидел это зрелище и понял, что хочет снять его сам. Так появился первый солнечный телескоп, первые кадры, первые ошибки. Постепенно съёмка Солнца превратилась в полноценное техническое хобби: от простой фотографии он пришёл к анимациям хромосферных процессов, собственному софту и многочасовым сериям наблюдений.

Сложность этого снимка в том, что хромосфера — это внешняя оболочка Солнца, которую невозможно увидеть невооружённым глазом: её затмевает яркий свет самой солнечной поверхности. Разглядеть её можно только через очень узкий фильтр, пропускающий свет единственной линии водорода (линия H-альфа). К тому же атмосфера Земли постоянно искажает изображение, поэтому чёткий снимок удаётся получить лишь на мгновение. Раньше такие кадры могли делать только крупные обсерватории.

Чтобы увидеть невидимое, он в одиночку собрал телескоп: от оптической схемы до последнего винтика. Внутри — два согласованных эталона Фабри–Перо, система фильтров и скоростная камера. Такая конструкция даёт фантастическую детализацию — достаточно, чтобы разглядеть отдельные струйки плазмы, из которых состоит хромосфера.

Но самое сложное началось после сборки. Два эталона должны пропускать свет строго одной длины волны — как два узких окошка, которые обязаны совпасть с точностью до сотых долей ангстрема (ангстрем — одна десятимиллиардная доля метра, в одном миллиметре их десять миллионов). Зазор между пластинами регулируется вручную, и малейшее изменение сдвигает «окошко» пропускания. Проще говоря, это как настроить два радиоприёмника на одну волну — только точность в тысячи раз выше, а вместо звука — свет. Перед каждой съёмкой механизм выверяется по водородной лампе: её линия на 656,28 нм служит камертоном, по которому оба эталона настраиваются друг под друга.

«Эталон — сердце хромосферного телескопа. У нас механическая подстройка: через фторопластовые прокладки поджимаем переднюю пластину, меняем зазор и попадаем в линию. Перед съёмочной сессией мы выверяем механизм по водородной лампе, как по метроному: её линия — эталон, и оба эталона должны звучать с ней в унисон», — рассказал Максим Хисамутдинов.

Но даже идеально настроенный телескоп — это только половина дела. Атмосфера Земли постоянно "дышит": воздух дрожит, картинка плывёт, яркость скачет. А своя беда есть и у самой оптической схемы: на кадрах появляются мерцающие интерференционные полосы. В итоге вместо одного чёткого кадра получаются сотни искажённых — и вручную их не разобрать. Здесь нужна автоматизация. В связи с этим Максим Хисамутдинов разработал комплекс собственных программ на C++, которые делают всю «чёрную работу»: стабилизируют кадры с точностью до долей пикселя, выравнивают яркость, убирают мерцающие полосы и усиливают детали. По сути, это конвейер: вы загружаете серию снимков, а на выходе получаете не только чёткие фотографии, но и анимации — до ста минут жизни хромосферы в движении.

«Вручную обработать тысячу кадров серии невозможно — поэтому вся обработка у меня автоматизирована: программы стабилизируют, нормализуют и "очищают" кадры, а я отвечаю за художественную часть. Именно связка "железо плюс алгоритмы" и даёт картинку, которую замечает мировое сообщество», — пояснил Максим Хисамутдинов.

Итогом этой работы стал снимок «Бушующий огненный лес». На нём — плотные протуберанцы у края солнечного диска, которые действительно напоминают лес: живые, дышащие, гнущиеся под невидимым солнечным ветром. Это не просто фотография — это попытка передать характер Солнца, его энергию и движение. Название родилось из этого образа: плазма, вырывающаяся из атмосферы звезды, похожа на кроны деревьев, охваченные огнём, но не разрушающиеся, а живущие по своим законам.

Снимок получил высшую оценку жюри и пользователей AstroBin и удостоен титула «Изображение дня». Это вторая победа Максима на площадке — ранее, в 2024 году, он уже становился победителем со снимком МКС. Последующие анимации автора — «Танец огненного полумесяца» и «Два ронина у края бездны» — продолжили серию и уже привлекли внимание международного сообщества наблюдателей Солнца.

И это не просто красивые картинки, которые пришлись по вкусу мировому сообществу. За ними — уникальный подход, который вырос из инженерного мышления и навыков, полученных в ЮФУ: умения работать с оптикой, большими данными и кодом. Именно этот сплав и позволяет использовать телескоп Максима для мониторинга солнечной активности — отслеживать вспышки, выбросы вещества и эволюцию протуберанцев. А значит, его разработка может стать инструментом для гелиофизиков, изучающих космическую погоду и её влияние на Землю.

«Университет даёт техническую среду и инженерное мышление, без которых такой проект просто невозможен: понимание оптики, умение работать с большими массивами данных, навыки программирования — всё это навыки, которые я ежедневно применяю в работе и которые же позволяют мне развиваться в астрофотографии.

Формально астрофотография остаётся для меня увлечением, а не служебной задачей, но грань здесь тонкая: методы, которые я разрабатываю для своих солнечных снимков — субпиксельная стабилизация последовательностей, алгоритмы подавления атмосферных искажений, собственные конвейеры обработки изображений, — это те же задачи, с которыми сталкивается любой исследователь, работающий в области оптических измерений и обработки цифровых изображений. Так что по инструментарию — это прямая проекция профессиональных навыков», — говорит Максим.

В НИИ МВС им. академика А.В. Каляева ЮФУ проект продолжает развиваться — и наблюдательная часть, и автоматизированный конвейер обработки данных. Но потенциал шире: методика обработки, основанная на собственных C++-утилитах вместо готовых пакетов, интересна как исследовательский инструмент. Её можно адаптировать под конкретные задачи, калибровать под разные приёмники и встраивать в автоматизированные цепочки — например, для мониторинга солнечной активности в реальном времени. Помимо этого, на примере солнечной съёмки можно наглядно показывать студентам полный цикл работы с реальными данными: от наблюдений и настройки оборудования до обработки и финального результата. Это вписывается в современные практики проектного обучения и может стать частью университетских курсов по астрофизике, оптике или обработке изображений.