Купол C: История исследований и аварий в Антарктиде

Введение

Купол С, также известный как Купол Цирцея, Купол Чарли или Купол Конкордия, расположенный в Антарктиде на высоте над уровнем моря, является одним из нескольких пиков или "куполов" Антарктического ледяного щита. Купол С находится на Антарктическом плато, в глубине континента от французской исследовательской станции Дюмон-Д’Урвиль, в глубине континента от австралийской станции Кейси и в глубине континента от итальянской станции Зуккелли в заливе Терра-Нова. Российская станция Восток находится на расстоянии. На Куполе С расположена исследовательская станция Конкордия, совместно управляемая Францией и Италией.

История

В 1970-х годах Купол С был местом бурения ледяных кернов полевыми командами нескольких стран. Он был назван Dome Charlie (код НАТО для буквы C) Военно-морскими силами США в Антарктике и его эскадрильей VXE 6, которая обеспечивала логистическую поддержку полевым командам. В январе и ноябре 1975 года три самолета LC 130 Hercules получили серьезные повреждения во время попыток взлета с Dome Charlie. В ноябре 1975 и ноябре 1976 года ВМС США создали полевые лагеря на Куполе Чарли для восстановления самолетов. После капитального ремонта конструкции и замены двигателей непосредственно на месте, три LC 130 были доставлены на станцию МакМёрдо 26 декабря 1975 года, 14 января 1976 года и 25 декабря (в День Рождества) 1976 года. С ноября 1977 года по март 1978 года французская группа из 13 человек обосновалась в существующем лагере, оставленном спасателями самолетов. Они привезли несколько тонн оборудования – благодаря самолетам VXE 6 – и успешно провели запланированную кампанию по бурению ледяных кернов на глубину 980 м, извлекая на поверхность, а затем доставляя в свои лаборатории для изучения образцы льда возрастом от 45 000 до 50 000 лет. Летом 1979 года лагерь был вновь занят американцами и французами под эгидой Программы антарктических исследований США, финансируемой Национальным научным фондом. Проводились работы по глубокому бурению ледяных кернов, метеорологические и сейсмические исследования. Лагерем, максимальная численность которого в летний период составляла 18 человек, управляли и обслуживали четыре сотрудника ITT Antarctic Services и один медицинский работник ВМС США. Когда лагерь был закрыт на сезон примерно в январе 1980 года, он остался в основном нетронутым, с работающей дистанционной метеостанцией, питаемой от радиоизотопного источника энергии. В 1992 году Франция приняла решение о строительстве новой станции на Антарктическом плато. Позже к программе присоединилась Италия. В 1996 году франко-итальянская команда развернула летний лагерь на Куполе С. Двумя основными задачами лагеря являлись обеспечение логистической поддержки Европейского проекта по бурению ледяных кернов в Антарктиде (EPICA) и строительство постоянной исследовательской станции. Новый круглогодичный комплекс, станция Конкордия, начал функционировать в 2005 году. Консультативный комитет по антарктическим названиям (US ACAN) считает название "Купол Чарли" более предпочтительным, чем неофициальное название "Купол С", и признает его приоритетным по отношению к "Куполу Цирцея" – названию, предложенному в 1982 году членами группы аэрорадиозондирования SPRI, отсылающему к Цирцее, очаровательной королеве острова Ээя, дочери солнечного бога Гелиоса и океаниды Персы, которая с помощью магии превращала людей в животных. Позднее он был назван "Купол Конкордии" в честь той же франко-итальянской научной базы.

In the 1970s, Dome C was the site of ice core drilling by field teams of several nations. It was called Dome Charlie (NATO Phonetic Alphabet code for the letter C) by the U. S. Naval Support Force, Antarctica, and its Squadron VXE 6, which provided logistical support to the field teams. In January and November 1975, three LC 130 Hercules aircraft suffered severe damage during attempted takeoffs from Dome Charlie. In November 1975 and November 1976, the U. S. Navy established field camps on Dome Charlie to recover the aircraft. Following major structural repairs and replacement of engines in the field, the three LC 130s were flown to McMurdo Station on December 26, 1975, January 14, 1976, and December 25 (Christmas Day), 1976. From November 1977 to March 1978 a French party of 13 settled down in the existing camp left by the aircraft rescuers. They brought several tons of equipment—thanks to the VXE 6 airplanes—and achieved the planned ice coring campaign down to 980 m bringing to surface, and later on in their labs for study, ice samples 45,000 to 50,000 years old. During the Antarctic summer of 1979, the camp was re occupied by Americans and French, under the auspices of the US Antarctic Research Program, sponsored by the National Science Foundation. Deep ice core drilling, meteorology and seismic studies were conducted. The camp, with a maximum summer population of 18, was operated and maintained by four employees of ITT Antarctic Services and one US Navy medical corpsman. When the camp was shut down for the season in about January, 1980, it was left mostly intact, with a radio isotope powered remote weather station operational. In 1992, France decided to build a new station on the Antarctic Plateau. The program was later joined by Italy. In 1996, a French Italian team established a summer camp at Dome C. The two main objectives of the camp were the provision of logistical support for the European Project for Ice Coring in Antarctica (EPICA) and the construction of a permanent research station. The new all year facility, Concordia Station, became operational in 2005. The Advisory Committee on Antarctic Names (US ACAN) considers "Dome Charlie" to be superior to the informal name, "Dome C," and that it has precedence over "Dome Circe", a name suggested from Greek mythology after Circe, the bewitching queen of Aeaea island, one of the children of solar god Helios and the Oceanid nymph Perse, who changed men into animals by magic, by members of the SPRI airborne radio echo sounding team in 1982. Later, it was named "Dome Concordia" after that same French/Italian scientific base.

Климат

Купол С – одно из самых холодных мест на Земле. Температура летом едва ли поднимается выше -60°C, а зимой может опускаться ниже -80°C. Среднегодовая температура воздуха составляет около -58°C. Влажность низкая, и воздух очень сухой, с очень небольшим количеством осадков или их полным отсутствием в течение года. Купол С не подвержен катабатическим ветрам, характерным для прибрежных районов Антарктиды, из-за своего высокого расположения и относительной удаленности от краев Антарктического плато. Типичная скорость ветра зимой составляет 2,8 м/с (6 миль/ч). Купол С расположен на вершине Антарктического Полярного плато – крупнейшей в мире замерзшей пустыни. Ни животные, ни растения не обитают на расстоянии более нескольких сотен метров от Южного океана. Однако над станцией наблюдались южные полярные поморники, пролетающие вдали от ближайших источников пищи. Предполагается, что эти морские птицы научились пересекать замерзший белый континент, вместо того чтобы огибать его.

Астрономическая обсерватория

Купол С примечателен своим потенциалом как исключительно хорошего места для астрономических наблюдений; прозрачность антарктической атмосферы позволяет наблюдать звезды даже при максимальном угле возвышения Солнца в 38°. Хорошая видимость обусловлена очень низким инфракрасным излучением, крайне низкой влажностью, высоким процентом безоблачного времени, низким содержанием атмосферных аэрозолей и пыли, а также отсутствием светового загрязнения и фонового света, за исключением полярных сияний и лунного света. Это место было серьезным кандидатом для проекта E-ELT ESO. Однако, охват неба здесь меньше, чем в местах, расположенных на более низких широтах, поскольку объекты северного небесного полушария либо не восходят, либо находятся слишком низко над горизонтом. В «Трудах Астрономического общества Тихого океана» обсуждается пригодность этого места для астрономии с точки зрения качества изображения. Было установлено, что медианное качество изображения (измеренное с помощью дифференциального монитора движения изображения, установленного на вершине башни) составляет 1,3 ± 0,8 угловых секунд. Это значительно хуже, чем в большинстве крупных обсерваторий, но сопоставимо с другими обсерваториями в Антарктиде. Однако, исследования с использованием воздушных шаров показали, что 87% турбулентности находится ниже 36 метров. Телескоп, установленный на башне, может подняться над этим «пограничным слоем» и достичь отличного качества изображения. Высота пограничного слоя на Южном полюсе может быть такой же низкой, как на Куполе А. В более ранней работе это место было рассмотрено, и было заключено, что «Купол С – лучшее наземное место для строительства новой астрономической обсерватории». В ней показано измеренное превосходное качество изображения в 0,27 угловых секунд, что вдвое меньше, чем в обсерватории Мауна-Кеа. Эта цифра была получена с помощью прибора, нечувствительного к турбулентности вблизи поверхности, и поэтому сопоставима с 0,35 угловыми секундами, измеренными Agabi et al. для «свободного атмосферного качества изображения». Эксперименты 2004 года по измерению астрономических условий на этом месте проводились в автоматическом режиме, под управлением компьютерной системы, которая должна была контролировать выработку собственного электричества с помощью двигателя Стирлинга, работающего на авиационном топливе. Компьютер, работающий под управлением Linux, связывался с внешним миром через телефон Iridium.

Dome C is notable for its potential to be an extremely good astronomical observation site; the transparency of the Antarctic atmosphere allows stars to be observed, even when the Sun is at its highest possible elevation angle of 38°. The good viewing is due to very low infrared sky emission, extremely low humidity, a high percentage of cloud free time, low atmospheric aerosol and dust content, and freedom from light pollution and background light other than auroras and moonlight. This location was a serious candidate for the ESO's E ELT project. However, sky coverage is less than at lower latitude locations as northern celestial hemisphere objects never rise or are too low above the horizon. The Proceedings of the Astronomical Society of the Pacific discuss the suitability of the site for astronomy in terms of the seeing. They determined the median seeing (measured with a Differential Image Motion Monitor placed on top of an tower) to be 1.3±0.8 arcseconds. This is significantly worse than most major observatory sites, but similar to other observatories in Antarctica. However, they found (using balloons) that 87% of turbulence was below 36 meters. A telescope built on a tower could rise above this "boundary layer" and achieve excellent seeing. The boundary layer is at the South Pole and may be as low as at Dome A. An earlier paper considered the site and concluded that "Dome C is the best ground based site to develop a new astronomical observatory". This shows a measured superior seeing of 0.27 arcseconds, half as large as at Mauna Kea Observatory. This figure was taken with an instrument insensitive to near ground turbulence and so it is comparable to the 0.35 arcseconds Agabi et al. measured for "free atmospheric seeing". The 2004 experiments to measure the astronomical conditions at the site were unattended, controlled by a computer system that had to supervise the generation of its own electricity using a jet fuel powered Stirling engine. The computer, running Linux, communicated with the outside world using an Iridium phone.

Исследования ESA

Поскольку станция Конкордия является важным аналогом космических миссий, Европейское космическое агентство проводит там биомедицинские исследования в сотрудничестве с французскими (IPEV) и итальянскими (ENEA/PNRA) антарктическими программами. Условия жизни на Куполе С имитируют те, с которыми сталкиваются астронавты во время длительных космических полетов. Среди общих проблем, с которыми сталкиваются экипаж станции Конкордия и астронавты, можно назвать изоляцию и замкнутое пространство, различные условия атмосферного давления, ненормальный цикл дня и ночи, а также различные эффекты, влияющие на повседневную жизнь, такие как трудности со сном. Очевидно, что эти параметры влияют не только на физиологию, но и на психологию. Европейское космическое агентство (ЕКА) ежегодно отправляет врача на зимовку на станцию Конкордия для проведения биомедицинских экспериментов с экипажем. Эти эксперименты отбираются из множества предложенных европейскими университетами, а участие остальных членов экипажа является добровольным (и очень ценится). Важно отметить, что эти исследования направлены не только на улучшение условий жизни астронавтов в будущей пилотируемой миссии на Марс, но и на практическое применение результатов в обществе – они помогают врачам разрабатывать методы лечения пациентов с аналогичными проблемами в Европе и других странах.