- Троицкий вариант — Наука - https://trv-science.ru -

Радиационное начало космической эры и спутники МГУ

Михаил Панасюк

Миха­ил Пана­сюк

На вопро­сы ТрВ-Нау­ка отве­ча­ет Миха­ил Иго­ре­вич Пана­сюк — докт. физ.-мат. наук, дирек­тор Науч­но-иссле­до­ва­тель­ско­го инсти­ту­та ядер­ной физи­ки име­ни Д. В. Ско­бель­цы­на Мос­ков­ско­го госу­дар­ствен­но­го уни­вер­си­те­та им. М. В. Ломо­но­со­ва (НИИЯФ МГУ), зав. отде­лом кос­ми­че­ских наук НИИЯФ МГУ, зав. кафед­рой физи­ки кос­мо­са физи­че­ско­го факуль­те­та МГУ. Вопро­сы зада­вал Мак­сим Бори­сов.

— 4 октяб­ря испол­ня­ет­ся 60 лет с момен­та запус­ка пер­во­го искус­ствен­но­го спут­ни­ка Зем­ли и нача­ла кос­ми­че­ской эры. Сей­час нель­зя пред­ста­вить нашу жизнь без спут­ни­ков, кото­рые ретранс­ли­ру­ют теле­ком­му­ни­ка­ци­он­ные сиг­на­лы, сле­дят за состо­я­ни­ем атмо­сфе­ры и обес­пе­чи­ва­ют рабо­ту систе­мы гло­баль­но­го пози­ци­о­ни­ро­ва­ния. А что дали запус­ки пер­вых спут­ни­ков нау­ке?

— Если гово­рить об Инсти­ту­те ядер­ной физи­ки в МГУ, то и до запус­ка пер­вых искус­ствен­ных спут­ни­ков Зем­ли мы очень актив­но изу­ча­ли кос­ми­че­ские лучи, но про­ве­де­ние экс­пе­ри­мен­тов с помо­щью кос­ми­че­ских аппа­ра­тов для нас ста­ло, конеч­но, новой фено­ме­наль­ной воз­мож­но­стью, кото­рая пред­ста­ви­лась в 1957 году. Груп­пе Сер­гея Нико­ла­е­ви­ча Вер­но­ва из НИИ­Я­Фа (тогда он был чле­ном-кор­ре­спон­ден­том, позд­нее стал ака­де­ми­ком) уда­лось уста­но­вить при­бор для изу­че­ния физи­че­ских явле­ний в кос­ми­че­ском про­стран­стве на вто­рой искус­ствен­ный спут­ник Зем­ли — и это было сде­ла­но впер­вые в мире! В резуль­та­те этих пер­вых экс­пе­ри­мен­тов наря­ду с аме­ри­кан­ски­ми уда­лось открыть ради­а­ци­он­ные поя­са Зем­ли. Это осно­во­по­ла­га­ю­щий факт. С этих экс­пе­ри­мен­тов на вто­ром совет­ском спут­ни­ке и на пер­вых аме­ри­кан­ских (Explorer I и др.) нача­лась кос­ми­че­ская физи­ка — изу­че­ние физи­че­ских явле­ний в око­ло­зем­ном кос­ми­че­ском про­стран­стве, в меж­пла­нет­ном про­стран­стве, сол­неч­но-зем­ная физи­ка, физи­ка око­ло­пла­нет­ных про­странств Сол­неч­ной систе­мы и т. д. Это всё нача­лось с экс­пе­ри­мен­тов на вто­ром искус­ствен­ном спут­ни­ке Зем­ли.

— Там была какая-то дра­ма­тич­ная исто­рия, в резуль­та­те кото­рой совет­ские спе­ци­а­ли­сты не суме­ли пра­виль­но интер­пре­ти­ро­вать дан­ные и лав­ры пер­во­от­кры­ва­те­лей доста­лись аме­ри­кан­цем, они до сих пор назы­ва­ют ради­а­ци­он­ные поя­са «поя­са­ми Ван Алле­на»?

— Не совсем так. Одна­ко исто­рия откры­тия ради­а­ци­он­ных поя­сов Зем­ли, т. е. захва­чен­ных в гео­маг­нит­ное поле энер­гич­ных частиц, дей­стви­тель­но, не лише­на дра­ма­тиз­ма. Вер-нов и сотруд­ни­ки Мос­ков­ско­го уни­вер­си­те­та, осу­ще­ствив­шие пер­вый экс­пе­ри­мент на спут­ни­ке, пер­вы­ми полу­чи­ли инфор­ма­цию из кос­мо­са о части­цах, кото­рые реги­стри­ро­вал газо­раз­ряд­ный детек­тор — счет­чик Гей­ге­ра — Мюл­ле­ра, уста­нов­лен­ный на вто­ром спут­ни­ке. Это были уди­ви­тель­ные дан­ные, про­ти­во­ре­ча­щие ожи­да­е­мым изме­не­ни­ям пото­ков частиц в око­ло­зем­ном про­стран­стве. Сра­зу пред­ло­жить пра­виль­ную интер­пре­та­цию этих пер­вых экс­пе­ри­мен­тов не уда­лось.

В тот момент на Солн­це про­изо­шла сол­неч­ная вспыш­ка — это было 3 нояб­ря 1957 года, — и, сопо­став­ляя дан­ные сво­их при­бо­ров, Вер­нов и его сотруд­ни­ки свя­за­ли всплес­ки пото­ков ради­а­ции, т. е. широт­ную зави­си­мость коли­че­ства кос­ми­че­ских частиц, с сол­неч­ны­ми части­ца­ми, при­шед­ши­ми от той вспыш­ки. И это было непра­виль­но.

Аме­ри­кан­ский уче­ный Джеймс Ван Ален на пер­вом аме­ри­кан­ском спут­ни­ке Explorer I с помо­щью тако­го же детек­то­ра кос­ми­че­ских излу­че­ний (счет­чи­ка Гей­ге­ра — Мюл­ле­ра) так же, как и Вер­нов, заре­ги­стри­ро­вал ано­маль­но высо­кую ско­рость сче­та сво­е­го детек­то­ра. И его пер­вая интер­пре­та­ция тоже была непра­виль­ной. Он утвер­ждал, что эти части­цы, созда­ю­щие допол­ни­тель­ную, боль­шую ско­рость сче­та детек­то­ров, свя­за­ны с авро­раль­ной ради­а­ци­ей. Авро­раль­ная ради­а­ция — это та ради­а­ция, те пото­ки частиц, что вызы­ва­ют поляр­ные сия­ния. Их энер­гия мала — до 30 кэВ. Может быть, здесь свою роль сыг­ра­ло то, что Ван Аллен всю жизнь до запус­ка пер­во­го аме­ри­кан­ско­го спут­ни­ка зани­мал­ся имен­но поляр­ны­ми сия­ни­я­ми, может быть, он в силу таких вот сво­их заня­тий в первую оче­редь и поду­мал об этом. И это тоже было ошиб­кой.

И Вер­нов, и Ван Аллен в каче­стве пер­вых интер­пре­та­ций того, что они уви­де­ли соот­вет­ствен­но на вто­ром совет­ском спут­ни­ке и на пер­вом аме­ри­кан­ском, при­шли к непра­виль­ным выво­дам. Одна­ко вско­ре, уже бук­валь­но через два-три меся­ца, обе сто­ро­ны неза­ви­си­мо друг от дру­га поня­ли, что име­ют дело с новым при­род­ным фено­ме­ном — энер­гич­ны­ми части­ца­ми с энер­ги­я­ми в мега­элек­трон­вольт и выше, захва­чен­ны­ми в ради­а­ци­он­ные поя­са Зем­ли. Потом аме­ри­кан­цы запу­сти­ли еще тре­тий и чет­вер­тый Explorer, потом мы запу­сти­ли тре­тий искус­ствен­ный спут­ник в мае 1958 года с боль­шим набо­ром аппа­ра­ту­ры… В общем, уже где-то к маю всем ста­ло ясно, что это новое при­род­ное явле­ние, а не те кос­ми­че­ские лучи, что изу­ча­лись до кос­ми­че­ской эры с Зем­ли на аэро­ста­тах и само­ле­тах. Речь шла уже про захват частиц из кос­ми­че­ско­го про­стран­ства. Они там содер­жат­ся, как, напри­мер, плаз­ма в тер­мо­ядер­ном реак­то­ре, и живут по сво­им зако­нам. То есть это новое физи­че­ское явле­ние.

Инте­рес­но то, что пер­вая физи­че­ская интер­пре­та­ция, то есть физи­че­ский меха­низм обра­зо­ва­ния частиц в ради­а­ци­он­ных поя­сах, была пред­ло­же­на совет­ски­ми уче­ны­ми. Это про­изо­шло в июле 1958 года. Ее пред­ло­жи­ли про­фес­сор МГУ Алек­сандр Игна­тье­вич Лебе­дин­ский и Вер­нов — соб­ствен­но, руко­во­ди­тель экс­пе­ри­мен­та на вто­ром искус­ствен­ном спут­ни­ке. Они свя­за­ли этот меха­низм с рас­па­дом частиц кос­ми­че­ских лучей в атмо­сфе­ре Зем­ли, с выле­том вто­рич­ных частиц в маг­нит­ное поле Зем­ли и их после­ду­ю­щим захва­том. Это так назы­ва­е­мый меха­низм ней­тро­нов аль­бе­до. Он при­знан с тех пор, но, опять-таки, может быть, инте­рес и дра­ма­тич­ность этой исто­рии заклю­ча­ет­ся том, что все­го лишь две неде­ли спу­стя после того, как Вер­нов и Лебе­дин­ский объ­яви­ли об этом, появи­лась пуб­ли­ка­ция аме­ри­кан­ца Фре­да Зин­ге­ра, кото­рый абсо­лют­но неза­ви­си­мо от Вер­но­ва и Лебе­дин­ско­го пред­ло­жил ана­ло­гич­ный меха­низм. То есть эти­ми дву­мя при­ме­ра­ми я хочу пока­зать, что и совет­ские, и аме­ри­кан­ские уче­ные шли парал­лель­но, неза­ви­си­мо друг от дру­га в силу сек­рет­но­сти в то вре­мя, но в кон­це кон­цов они при­шли к одним и тем же выво­дам. Это про­изо­шло в сере­дине 1958 года где-то. Вот такая исто­рия нача­ла кос­ми­че­ской физи­ки, на мой взгляд.

— Но Нобе­лев­ская пре­мия за это ведь не вру­ча­лась?

— Не вру­ча­лась, нет. Но я думаю, что это был нобе­лев­ский резуль­тат, конеч­но. Пода­ва­ли ли Ван Алле­на на Нобе­лев­скую пре­мию, я не знаю. Но то, что Вер­но­ва не пода­ва­ли, это совер­шен­но точ­но. По цело­му ряду при­чин.

— Пере­хо­дя к нынеш­не­му уни­вер­си­тет­ско­му спут­ни­ку «Ломо­но­сов». Что с ним про­ис­хо­ди­ло послед­ний год, какие за это вре­мя слу­чи­лись новые дости­же­ния, новые важ­ные пуб­ли­ка­ции? И в чем его новиз­на?

— «Ломо­но­сов» — это совре­мен­ная аст­ро­фи­зи­че­ская лабо­ра­то­рия, уни­вер­си­тет­ский спут­ник. Мы поста­ви­ли перед этой лета­ю­щей лабо­ра­то­ри­ей те зада­чи, с кото­ры­ми уче­ные Мос­ков­ско­го уни­вер­си­те­та зна­ко­мы, с кото­ры­ми рабо­та­ли и рань­ше. На бор­ту «Ломо­но­со­ва» мы эти иссле­до­ва­ния хоте­ли про­дол­жить. То есть это всё не на пустом месте. И пер­вая зада­ча, кото­рую мы поста­ви­ли, — это попыт­ка реги­стра­ции кос­ми­че­ских лучей пре­дель­но высо­ких энер­гий — т. е. самых высо­ких энер­гий, кото­рые суще­ству­ют во Все­лен­ной. Это самое глав­ное для «Ломо­но­со­ва». Мы зна­ем по назем­ным экс­пе­ри­мен­там, что пре­дель­ная энер­гия нахо­дит­ся где-то в рай­оне 1021 эВ. Это боль­ше, чем 10 Дж, это огром­ная мак­ро­ско­пи­че­ская энер­гия, такие части­цы реги­стри­ро­ва­лись на назем­ных уста­нов­ках. Все они — вне­га­лак­ти­че­ско­го про­ис­хож­де­ния. Про­бле­ма назем­ных уста­но­вок заклю­ча­ет­ся в том, что они наби­ра­ют, как мы гово­рим, недо­ста­точ­ную ста­ти­сти­ку реги­стра­ции этих частиц для того, что­бы сде­лать одно­знач­ные выво­ды. Какие выво­ды? Нам нуж­но знать энер­ге­ти­че­ское рас­пре­де­ле­ние этих частиц. Нам нуж­но знать их хими­че­ский состав.

Я не хочу ска­зать, что все назем­ные экс­пе­ри­мен­ты бес­по­лез­ны. Они, в прин­ци­пе, дают очень мно­го инте­рес­ных резуль­та­тов, но к насто­я­ще­му вре­ме­ни воз­мож­но­сти назем­ных уста­но­вок огра­ни­че­ны. Поче­му? Мы не можем занять на Зем­ле гигант­ские пло­ща­ди, тре­бу­е­мые для этих уста­но­вок. Ведь пото­ки этих частиц энер­гий 1020-1021 эВ крайне малы, там одна части­ца при­хо­дит­ся на 100 км2 в год или даже мень­ше. Этих частиц прак­ти­че­ски нет, а их нуж­но заре­ги­стри­ро­вать. Поэто­му в 1960 году аме­ри­кан­ские уче­ные пред­ло­жи­ли метод иссле­до­ва­ния таких частиц из кос­мо­са.

Мы исполь­зу­ем атмо­сфе­ру как гигант­ский детек­тор этих частиц, реги­стри­руя их с помо­щью уль­тра­фи­о­ле­то­во­го теле­ско­па. Поче­му имен­но уль­тра­фи­о­лет? Пото­му что эти части­цы, попа­дая в атмо­сфе­ру, гене­ри­ру­ют вспыш­ки уль­тра­фи­о­ле­то­во­го излу­че­ния. Такие тре­ки мы можем заре­ги­стри­ро­вать с помо­щью теле­ско­па на огром­ных пло­ща­дях атмо­сфе­ры, кото­рая обо­зре­ва­ет­ся нашим теле­ско­пом на спут­ни­ке, тем самым уве­ли­чи­вая ста­ти­сти­ку. Оцен­ки пока­зы­ва­ют, что даже с не очень высо­ких орбит мож­но охва­тить огром­ные пло­ща­ди зем­ной атмо­сфе­ры. Так вот на «Ломо­но­со­ве» был осу­ществ­лен (и сей­час еще про­дол­жа­ет­ся) пер­вый в мире кос­ми­че­ский экс­пе­ри­мент, направ­лен­ный на реги­стра­цию этих частиц.

Я могу сей­час похва­лить­ся — это уже опуб­ли­ко­ва­но и еще допол­ни­тель­ная пуб­ли­ка­ция гото­вит­ся — мы достиг­ли опре­де­лен­но­го успе­ха, у нас уже выде­ле­ны собы­тия-кан­ди­да­ты, кото­рые мож­но интер­пре­ти­ро­вать как реги­стра­цию кос­ми­че­ских лучей пре­дель­но высо­ких энер­гий. Никто до нас в ходе кос­ми­че­ских экс­пе­ри­мен­тов эти части­цы не реги­стри­ро­вал. Про­бле­ма заклю­ча­ет­ся в том, что эти части­цы нуж­но выде­лить на уровне фона. А фон, как ока­за­лось (и этот резуль­тат — тоже часть наше­го экс­пе­ри­мен­та), чрез­вы­чай­но мно­го­об­ра­зен. Зем­ная атмо­сфе­ра све­тит­ся в ультрафиолете.Там мно­го самых раз­лич­ных физи­че­ских явле­ний. Напри­мер, мол­нии так­же дают уль­тра­фи­о­ле­то­вые вспыш­ки. Любой теле­скоп, уста­нов­лен­ный на спут­ни­ке, и наш на «Ломо­но­со­ве» в том чис­ле (кото­рый назы­ва­ет­ся ТУС — Тре­ко­вая УСта­нов­ка), будет реги­стри­ро­вать эти мол­нии. Зна­чит, надо при­ду­мать спо­соб, как изба­вить­ся от это­го фона. Кро­ме мол­ний нам меша­ют тран­зи­ент­ные све­то­вые явле­ния. Это очень корот­кие вспыш­ки уль­тра­фи­о­ле­то­во­го излу­че­ния на высо­те десят­ков кило­мет­ров. Они тоже созда­ют фон, из кото­ро­го нуж­но выде­лить тре­ки кос­ми­че­ских лучей пре­дель­но высо­ких энер­гий. Вот это всё было нами сде­ла­но. Мы выде­ли­ли кан­ди­да­тов, мы дока­за­ли прин­ци­пи­аль­ную воз­мож­ность реги­стра­ции этих частиц с помо­щью кос­ми­че­ских детек­то­ров. Повто­ряю, никто до нас это не делал.

— Пуб­ли­ка­ции по дан­ным «Ломо­но­со­ва» уже появи­лись в высо­ко­им­пакт­ных зару­беж­ных жур­на­лах?

— О резуль­та­тах летом было доло­же­но на важ­ней­шей Меж­ду­на­род­ной кон­фе­рен­ции по кос­ми­че­ским лучам (International Cosmic Ray Conference – ICRC2017), кото­рая про­хо­ди­ла с 12 по 20 июля в Южной Корее (г. Пусан). Там побы­ва­ла наша боль­шая деле­га­ция от МГУ, от НИИ­Я­Фа, и по мате­ри­а­лам «Ломо­но­со­ва» было сде­ла­но несколь­ко докла­дов, в том чис­ле пле­нар­ный. То есть часть кон­фе­рен­ции была посвя­ще­на «Ломо­но­со­ву». Без­услов­но, это заслу­га наше­го уни­вер­си­тет­ско­го кол­лек­ти­ва, кото­рая была отме­че­на миро­вой обще­ствен­но­стью. Резуль­та­ты опуб­ли­ко­ва­ны на сего­дняш­ний день в виде несколь­ких ста­тей. К чис­лу самых высо­ко­рей­тин­го­вых жур­на­лов в нашей обла­сти при­над­ле­жит аме­ри­кан­ский жур­нал Space Science Reviews. Это самый высо­ко­рей­тин­го­вый жур­нал в обла­сти кос­ми­че­ской физи­ки. Так вот, выхо­дит номер, кото­рый прак­ти­че­ски пол­но­стью будет посвя­щен «Ломо­но­со­ву», цели­ком о «Ломо­но­со­ве», не толь­ко об этом экс­пе­ри­мен­те. Там будет, по-мое­му, восемь ста­тей, посвя­щен­ных раз­лич­ным экс­пе­ри­мен­там на «Ломо­но­со­ве» и пер­вым резуль­та­там. От редак­ции уже есть сооб­ще­ние, что это всё при­ня­то в печать.

Недав­но вышла ста­тья в дру­гом жур­на­ле очень высо­ко­рей­тин­го­вом — Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP). Она посвя­ще­на резуль­та­там ТУС — кос­ми­че­ским лучам пре­дель­но высо­ких энер­гий на «Ломо­но­со­ве».

Это что каса­ет­ся пер­во­го экс­пе­ри­мен­та. А теперь о дру­гом экс­пе­ри­мен­те на «Ломо­но­со­ве». Мы целый набор инстру­мен­тов на бор­ту спут­ни­ка посвя­ти­ли изу­че­нию гам­ма-всплес­ков. Это самое мощ­ное по сво­ей энер­гии явле­ние во Все­лен­ной, при­чем дале­кой, т. е. ста­рой Все­лен­ной, близ­ко по вре­ме­ни отсто­я­щей от эпо­хи Боль­шо­го взры­ва. Гам­ма-всплес­ки рож­да­ют­ся где-то там, на окра­ине нашей Все­лен­ной. Мы поста­ви­ли перед тре­мя при­бо­ра­ми на бор­ту «Ломо­но­со­ва» зада­чи по их изу­че­нию в раз­ных диа­па­зо­нах длин волн — в уль­тра­фи­о­ле­те, в гам­ма-лучах и в опти­че­ском диа­па­зоне, полу­чи­ли очень инте­рес­ные резуль­та­ты по гам­ма-всплес­кам и сей­час их обра­ба­ты­ва­ем.

Гам­ма-всплес­ки теперь реги­стри­ру­ют мно­гие кос­ми­че­ские аппа­ра­ты; суще­ству­ет даже спе­ци­аль­ная откры­тая база дан­ных по гам­ма-всплес­кам, что­бы уче­ные раз­ных команд, рабо­та­ю­щие на раз­ных спут­ни­ках, мог­ли срав­ни­вать резуль­та­ты друг дру­га. Мы там тоже при­сут­ству­ем. Наше отли­чие, изю­мин­ка мож­но ска­зать, в том, что мы раз­ра­бо­та­ли очень хоро­шую быст­рую элек­тро­ни­ку, кото­рая поз­во­ля­ет изу­чать собы­тия на малых отрез­ках вре­ме­ни. Мы уме­ем изме­рять всё это с пре­крас­ным вре­мен­ным раз­ре­ше­ни­ем — поряд­ка мик­ро­се­кун­ды и даже луч­ше. Это отли­чие наше­го экс­пе­ри­мен­та, кото­рое обе­ща­ет новую физи­ку, новые явле­ния, новое пони­ма­ние при­ро­ды.

— Я так пони­маю, что самая боль­шая про­бле­ма — то, что эти собы­тия в гам­ма-диа­па­зоне чрез­вы­чай­но крат­ко­вре­мен­ные, и все­гда пред­при­ни­ма­лись попыт­ки сопо­ста­вить гам­ма-всплеск с каки­ми-то наблю­де­ни­я­ми в дру­гих диа­па­зо­нах, в том чис­ле в опти­ке? Зна­ме­ни­тый аме­ри­кан­ский Swift ста­рал­ся как мож­но быст­рее пере­дать новые дан­ные на Зем­лю, что­бы назем­ные теле­ско­пы успе­ли уви­деть после­све­че­ние в иско­мом месте. А у вас, как я пони­маю, спут­ник рабо­та­ет в несколь­ких диа­па­зо­нах и в этом одно из основ­ных его пре­иму­ществ?

— Да, имен­но в этом идея экс­пе­ри­мен­та, что­бы в раз­ных диа­па­зо­нах длин волн попы­тать­ся заре­ги­стри­ро­вать одно и то же физи­че­ское явле­ние, — у нас сто­ит даже не один, а два уль­тра­фи­о­ле­то­вых при­бо­ра, кро­ме того, гам­ма-детек­то­ры и опти­че­ские теле­ско­пы. К тому же мы под­со­еди­ни­ли сюда назем­ную сеть МАСТЕР (Мобиль­ную Аст­ро­но­ми­че­скую Систе­му Теле­ско­пов-Робо­тов), кото­рая тоже реа­ги­ру­ет очень быст­ро. Прав­да, у нас пока не полу­чи­лось сопо­ста­вить наши опти­че­ские наблю­де­ния на спут­ни­ке с гам­ма-изме­ре­ни­я­ми на нем же. Не пой­ма­ли про­сто в поле зре­ния наше­го теле­ско­па какие-либо опти­че­ские явле­ния, опти­че­ские всплес­ки, кото­рые мог­ли бы быть сопо­став­ле­ны реаль­но с гам­ма-всплес­ка­ми. Но мы пой­ма­ли одно такое собы­тие, когда у нас сра­бо­та­ла назем­ная сеть МАСТЕР. Мы уви­де­ли это явле­ние в опти­ке на Зем­ле и уви­де­ли гам­ма-всплеск на спут­ни­ке.

— А насколь­ко часто сей­час реги­стри­ру­ют гам­ма-всплес­ки? Это ред­кость?

— Ну, раз в неде­лю быва­ют. Сей­час рабо­та­ют четы­ре-пять спут­ни­ков в посто­ян­ном режи­ме. Сле­дят, кро­ме того, и назем­ные теле­ско­пы, в част­но­сти наш МАСТЕР, ну и зару­беж­ные, конеч­но. Поэто­му сей­час база дан­ных по гам­ма-всплес­кам уже солид­ная.

— А какая сей­час стан­дарт­ная тео­рия гам­ма-всплес­ков? Это взры­вы самых мощ­ных сверх­но­вых, гипер­но­вые?

— Есть мас­са моде­лей, но ни одна из них не может быть при­зна­на сей­час в каче­стве стан­дарт­ной. Это могут быть сли­я­ния ней­трон­ных звезд, это могут быть сверх­но­вые, может быть, что-то еще. Это очень дале­кие объ­ек­ты, чрез­вы­чай­но ста­рые, на заре рож­де­ния Все­лен­ной. Они рас­по­ло­же­ны на «окра­ине Все­лен­ной». Это самые энер­го­ем­кие про­цес­сы — самое боль­шое энер­го­вы­де­ле­ние, кото­рое извест­но сей­час аст­ро­фи­зи­кам, — свы­ше 1052 эрг.

Нуж­но отме­тить, что опти­че­ские инстру­мен­ты для наблю­де­ния гам­ма-всплес­ков, раз­ме­щен­ные на «Ломо­но­со­ве», откры­ли нам путь еще в одном направ­ле­нии — к пер­вым экс­пе­ри­мен­там по созда­нию кос­ми­че­ско­го сег­мен­та мони­то­рин­га опас­ных тех­но­ген­ных и при­род­ных объ­ек­тов в око­ло­зем­ном про­стран­стве. Мы это тоже пла­ни­ро­ва­ли — это не было пол­ной неожи­дан­но­стью. Вооб­ще, я не знаю ана­ло­гов подоб­но­го… Наши два теле­ско­па, раз­ра­бо­тан­ные здесь, в ГАИ­Ше МГУ, поз­во­ля­ют отсле­жи­вать сра­зу мно­же­ство объ­ек­тов. Эти теле­ско­пы широ­ко­поль­ные, т.е. име­ют боль­шой угол зре­ния, отсле­жи­ва­ют боль­шие объ­е­мы око­ло­зем­но­го про­стран­ства, и мы видим очень мно­го объ­ек­тов тех­но­ген­но­го и при­род­но­го про­ис­хож­де­ния, опас­ных с точ­ки зре­ния их после­ду­ю­ще­го столк­но­ве­ния со спут­ни­ка­ми. Мы видим нера­бо­та­ю­щие спут­ни­ки. И мы не про­сто их наблю­да­ем, мы можем фик­си­ро­вать их коор­ди­на­ты, пере­да­вать на Зем­лю. Это непро­стая зада­ча, пото­му что, конеч­но, с точ­ки зре­ния пре­ду­пре­жде­ния об опас­но­сти важ­но полу­чать всё это во вре­ме­ни, близ­ком к реаль­но­му.

Речь идет про кос­ми­че­ский мусор, остат­ки замол­чав­ших в резуль­та­те каких-либо повре­жде­ний (или взрыв­ных про­цес­сов) кос­ми­че­ских аппа­ра­тов, про­сто отслу­жив­ших свой срок, еще не сго­рев­ших в атмо­сфе­ре. То, что оста­ет­ся на орби­те и может столк­нуть­ся с ныне живу­щи­ми кос­ми­че­ски­ми аппа­ра­та­ми. Это десят­ки тысяч отно­си­тель­но круп­ных объ­ек­тов. Сре­ди всех этих объ­ек­тов — 92% мусо­ра (это то, что отсле­ди­ли по назем­ным изме­ре­ни­ям, с помо­щью опти­ки назем­ной), т. е. это про­бле­ма кос­ми­че­ско­го мусо­ра, загряз­не­ния око­ло­зем­но­го про­стран­ства, сей­час она очень акту­аль­на. Поми­мо это­го, конеч­но, суще­ству­ет и про­бле­ма асте­ро­ид­ной опас­но­сти, что пока­за­ло паде­ние челя­бин­ско­го метео­ри­та.

— Вы это тоже как-то може­те отсле­жи­вать?

«Ломоносов» повернут в горизонтальное положение для сопряжения с обтекателем полезной нагрузки ракеты-носителя «Союз» перед запуском. Фото: Роскосмос

«Ломо­но­сов» повер­нут в гори­зон­таль­ное поло­же­ние для сопря­же­ния с обте­ка­те­лем полез­ной нагруз­ки раке­ты-носи­те­ля «Союз» перед запус­ком. Фото: Рос­кос­мос

— Конеч­но, с помо­щью опти­че­ско­го мони­то­рин­га, кото­рый мы опро­бо­ва­ли на «Ломо­но­со­ве», мы всё это уме­ем делать. При­чем это дела­ет­ся в авто­ма­ти­че­ском режи­ме. Вот что я еще хочу под­черк­нуть: кос­ми­че­ский сег­мент это­го мони­то­рин­га у нас рабо­та­ет сов­мест­но с робо­ти­зи­ро­ван­ным назем­ным сег­мен­том МАСТЕР, т. е. у нас сто­ят в раз­ных точ­ках зем­но­го шара, не толь­ко в нашей стране, в дру­гих стра­нах тоже, наши робо­ты-теле­ско­пы, так­же сде­лан­ные наши­ми кол­ле­га­ми из ГАИ­Ша, и эти теле­ско­пы в авто­ма­ти­че­ском режи­ме отсле­жи­ва­ют объ­ек­ты в кос­мо­се. Ну, у них не толь­ко такая при­клад­ная направ­лен­ность, есть и фун­да­мен­таль­ная зада­ча — наблю­де­ние за теми же самы­ми гам­ма-всплес­ка­ми, а вот эта, побоч­ная как бы, — кос­ми­че­ский мусор, объ­ек­ты в кос­мо­се — тоже вхо­дит в чис­ло их задач сей­час. Повто­ряю, мы испы­та­ли реаль­ный орби­таль­ный сег­мент мони­то­рин­га кос­ми­че­ско­го мусо­ра и при­род­ных опас­ных объ­ек­тов.

Нако­нец, чет­вер­тый по важ­но­сти экс­пе­ри­мент на бор­ту «Ломо­но­со­ва» — это ради­а­ция, излюб­лен­ная тема­ти­ка наше­го инсти­ту­та и МГУ тоже. То , с чего, соб­ствен­но, и нача­лась кос­ми­че­ская эра, откры­тие ради­а­ци­он­ных поя­сов. Мы не очень дале­ко сей­час про­дви­ну­лись в плане изу­че­ния ради­а­ции, но есть уже резуль­та­ты, они тоже частич­но опуб­ли­ко­ва­ны. Есть один про­ект в рам­ках ради­а­ци­он­ной тема­ти­ки, за кото­рый мы ухва­ти­лись. Это сов­мест­ное изу­че­ние очень быст­рых высы­па­ний энер­гич­ных частиц из ради­а­ци­он­ных поя­сов Зем­ли. В обла­сти авро­раль­ных широт зем­но­го шара про­ис­хо­дит одно­вре­мен­ная реги­стра­ция их на «Ломо­но­со­ве» и в назем­ных экс­пе­ри­мен­тах наших зару­беж­ных кол­лег, запус­ка­ю­щих аэро­ста­ты из Шве­ции, из рай­о­на само­го север­но­го горо­да этой стра­ны, Киру­ны. Это была целая кам­па­ния BARREL в авгу­сте про­шло­го года, когда наши кол­ле­ги осу­ществ­ля­ли запус­ки аппа­ра­ту­ры на аэро­ста­тах в авро­раль­ной зоне в попыт­ке понять, к каким эффек­там в атмо­сфе­ре при­во­дят такие очень мощ­ные по энер­ге­ти­ке и быст­рые по вре­ме­ни явле­ния — высы­па­ния частиц. Части­цы, захва­чен­ные маг­нит­ным полем, под дей­стви­ем не до кон­ца понят­ных физи­че­ских меха­низ­мов начи­на­ют выхо­дить из устой­чи­вой зоны захва­та — мы это и назы­ва­ем высы­па­ни­ем. То есть части­цы про­ни­ка­ют с боль­ших высот на малые, вплоть до малых высот в атмо­сфе­ре. И здесь они вызы­ва­ют раз­ные эффек­ты, напри­мер гене­ра­цию рент­ге­нов­ско­го излу­че­ния, све­че­ния, авро­раль­ные явле­ния. Поляр­ное сия­ние — это один из таких меха­низ­мов, но то, о чем я сей­час гово­рю, — это несколь­ко дру­гое, это не отно­сит­ся к поляр­ным сия­ни­ям. Это высы­па­ние реля­ти­вист­ских элек­тро­нов из ради­а­ци­он­ных поя­сов Зем­ли. Физи­че­ский меха­низм таких явле­ний до кон­ца не понят, и в этом наш основ­ной инте­рес и заклю­ча­ет­ся. Мы подо­зре­ва­ем, что это свя­за­но с вол­но­вой актив­но­стью в гео­маг­нит­ном поле, кото­рая раз­ви­ва­ет­ся во вре­мя маг­нит­ных воз­му­ще­ний. Про­ле­тая на Киру­ной, мы сопо­став­ля­ли наши дан­ные с аэро­стат­ны­ми экс­пе­ри­мен­та­ми. Полу­че­ны, я могу ска­зать, очень инте­рес­ные резуль­та­ты, кото­рые будут опуб­ли­ко­ва­ны.

На самом деле не толь­ко «Ломо­но­сов» участ­во­вал в этом экс­пе­ри­мен­те. У нас же есть при­бо­ры, кото­рые созда­ны в нашем инсти­ту­те, при­бо­ры для изу­че­ния ради­а­ции, уста­нов­лен­ные на дру­гих спут­ни­ках. Наши при­бо­ры сто­ят на «Метео­рах», на гео­ста­ци­о­нар­ных спут­ни­ках «Элек­тро-Л». И вот все эти дан­ные мы сей­час сопо­став­ля­ем — не толь­ко от дат­чи­ков, реги­стри­ру­ю­щих энер­гич­ные части­цы, напри­мер реля­ти­вист­ские элек­тро­ны, но и от при­бо­ров, кото­рые поз­во­ля­ют изу­чать плаз­му, а плаз­ма для нас очень важ­на с точ­ки зре­ния тако­го исчер­пы­ва­ю­ще­го изу­че­ния физи­че­ских меха­низ­мов. По-мое­му, это очень инте­рес­но, такой про­ект в рам­ках в том чис­ле и наше­го «Ломо­но­со­ва», кото­рый сей­час осу­ществ­ля­ет­ся. Это вот чет­вер­тое направ­ле­ние иссле­до­ва­ний.

— А как «Ломо­но­сов» пере­жил недав­ние вспыш­ки и коро­наль­ные выбро­сы на Солн­це? И насколь­ко вели­ки были эти угро­зы?

— Сей­час уже под­ве­де­ны все ито­ги. Мы столк­ну­лись с уни­каль­ным собы­ти­ем. Начи­ная с 2005 года мы ниче­го подоб­но­го не наблю­да­ли. Солн­це было в отно­си­тель­но спо­кой­ном состо­я­нии, и вот совер­шен­но неожи­дан­но 9 сен­тяб­ря к Зем­ле про­рвал­ся поток очень высо­ко­энер­гич­ных про­то­нов с энер­ги­ей до гига­элек­трон­воль­та. Они очень быст­ро рас­про­стра­ня­лись в меж­пла­нет­ной сре­де и нако­нец достиг­ли нашей пла­не­ты. Это про­изо­шло на фоне преды­ду­щей вспы­шеч­ной актив­но­сти на Солн­це, когда Солн­це не смог­ло сге­не­ри­ро­вать поток очень высо­ко­энер­гич­ных частиц. А вот на фоне уже зату­ха­ю­щей преды­ду­щей вспыш­ки неожи­дан­но воз­ник­ла новая вспыш­ка, кото­рая при­ве­ла к гене­ра­ции очень энер­гич­ных частиц. И в этом ее уни­каль­ность, ее неожи­дан­ность.

Там в нача­ле сен­тяб­ря наблю­да­лось два эта­па раз­ви­тия актив­но­сти на Солн­це. Пер­вый этап — это с 3 по 9 сен­тяб­ря. На Солн­це про­изо­шла вспыш­ка, но энер­гич­ных кос­ми­че­ских лучей не было. Одна­ко маг­нит­ная буря была, и доволь­но при­лич­ная маг­нит­ная буря. И вдруг, когда уже всё затих­ло на Солн­це, 9 сен­тяб­ря к Зем­ле при­ле­та­ет огром­ное коли­че­ство (боль­шая интен­сив­ность) очень высо­ко энер­гич­ных частиц. В дру­гой актив­ной обла­сти про­изо­шла мощ­ная вспыш­ка на Солн­це в «удоб­ном» месте, отку­да части­цы смог­ли достичь Зем­ли.

В этом наш инте­рес — изу­чить, поче­му так про­изо­шло, какие на Солн­це, в меж­пла­нет­ной сре­де разыг­ра­лись про­цес­сы, кото­рые при­ве­ли к такой уни­каль­ной вспы­шеч­ной актив­но­сти.

Суще­ству­ют раз­но­об­раз­ные эффек­ты, свя­зан­ные с сол­неч­ной вспыш­кой… Жур­на­ли­сты обыч­но тут пута­ют­ся. Когда про­ис­хо­дит выброс энер­гии на Солн­це, про­те­ка­ют раз­ные явле­ния, кото­рые раз­ви­ва­ют­ся, в общем-то, по раз­ным физи­че­ским зако­нам, хотя эти зако­ны могут быть свя­за­ны друг с дру­гом. Сре­ди них пер­вое явле­ние — это коро­наль­ный выброс мас­сы. На самом деле — выброс плаз­мы. Это не энер­гич­ные части­цы, это части­цы отно­си­тель­но низ­кой энер­гии плаз­мы. Но они при­во­дят к маг­нит­ным бурям на Зем­ле.

— Они ведь долж­ны быть направ­ле­ны непо­сред­ствен­но на Зем­лю, что­бы эффект ощу­щал­ся?

— Нет, они идут вдоль маг­нит­ных сило­вых линий, кото­рые искрив­ле­ны. Это как раз про­бле­ма: пред­ска­зать, попа­дут они на Зем­лю или нет. Но, в общем, эти коро­наль­ные выбро­сы мас­сы плаз­мы и вызы­ва­ют маг­нит­ные бури. А дру­гой эффект — это гене­ра­ция энер­гич­ных частиц. И по вре­ме­ни, и по месту это может быть раз­не­се­но. Выброс энер­гич­ных частиц не при­во­дит к маг­нит­ной буре.

9 сен­тяб­ря огром­ное коли­че­ство частиц при­шло к Зем­ле. Они созда­ли ради­а­ци­он­ную опас­ность око­ло Зем­ли. Не на Зем­ле, а око­ло Зем­ли. Для само­ле­тов в том чис­ле, кото­рые лета­ют
через поляр­ную область. Но маг­нит­ной бури не было. А вот преды­ду­щая вспыш­ка не при­ве­ла к гене­ра­ции таких частиц, но маг­нит­ная буря была, пото­му что плаз­ма достиг­ла Зем­ли. Вот такая здесь нау­ка.

Теперь о «Ломо­но­со­ве». Что с ним слу­чи­лось, чего не слу­чи­лось. Науч­ная аппа­ра­ту­ра на «Ломо­но­со­ве», к сча­стью, нака­нуне была выклю­че­на, когда мы еще не зна­ли о вспы­шеч­ной актив­но­сти. Мы как раз про­во­ди­ли про­фи­лак­ти­че­ские рабо­ты с нашим уль­тра­фи­о­ле­то­вым теле­ско­пом, пере­за­ли­ва­ли его софт, про­грам­мы. Когда раз­ра­зи­лась вспыш­ка, про­сто дали коман­ду, что­бы всю аппа­ра­ту­ру на бор­ту «Ломо­но­со­ва» не вклю­ча­ли вновь.

— То есть опас­ность была, и очень серьез­ная?

— Мы счи­та­ли, что да. Луч­ше пере­ждать несколь­ко дней — и всё прой­дет. Мы дали коман­ду не вклю­чать ее. Но слу­жеб­ная плат­фор­ма «Ломо­но­со­ва», все бор­то­вые систе­мы, кото­рые управ­ля­ют ори­ен­та­ци­ей спут­ни­ка, свя­зью с Зем­лей, — они рабо­та­ли. И выклю­чить слу­жеб­ную плат­фор­му мы не мог­ли. Не мы, а наши кол­ле­ги из кор­по­ра­ции ВНИИЭМ, мы рабо­та­ем вме­сте, это Рос­кос­мос. Как предо­хра­нить­ся от ради­а­ции? Надо обес­то­чить важ­ней­шие слу­жеб­ные узлы спут­ни­ка, что­бы он в «мол­ча­щем режи­ме» про­дол­жал летать. А когда опас­ность мину­ет, мож­но сно­ва вклю­чить. Мы же выклю­чить не мог­ли, пото­му что у нас осо­бый спут­ник, мы рис­ку­ем поте­рять его ори­ен­та­цию и допу­стить попа­да­ние сол­неч­но­го све­та туда, куда он не дол­жен попа­дать. Ска­жем, мы под­дер­жи­ва­ем ори­ен­та­цию наше­го теле­ско­па так, что­бы он был всё вре­мя в тени. К сча­стью, с плат­фор­мой ниче­го дур­но­го не про­изо­шло, как нам ска­за­ли во ВНИ­И­ЭМе, ника­ких ано­ма­лий в рабо­те не было.

Вооб­ще, плат­фор­ма эта слу­жеб­ная, «Кано­пус», кото­рая сто­ит на спут­ни­ке «Ломо­но­сов», сде­ла­на доволь­но надеж­но. По-мое­му, сей­час три спут­ни­ка лета­ют в кос­мо­се на око­ло­зем­ных орби­тах, сде­лан­ные на базе плат­фор­мы «Кано­пус» во ВНИ­И­ЭМе. Надеж­но сде­ла­ли, хоро­шо.

— А с точ­ки зре­ния полу­че­ния каких-то новых науч­ных дан­ных: так как при­бо­ры были в основ­ном выклю­че­ны, то ниче­го не полу­че­но?

— На «Ломо­но­со­ве» зада­ча изу­че­ния таких сол­неч­ных собы­тий, свя­зан­ных с гене­ра­ци­ей высо­ко­энер­гич­ных частиц, как раз не счи­та­ет­ся глав­ной. Хотя она мог­ла бы решать­ся. Но у нас для это­го есть дру­гие спут­ни­ки. Вот я назвал «Метео­ры», гео­ста­ци­о­нар­ный спут­ник «Элек­тра-Л». Там уста­нов­ле­на спе­ци­аль­ная аппа­ра­ту­ра для изу­че­ния сол­неч­ных собы­тий.

«Спутник-2» на испытательном полигоне Капустин Яр

«Спут­ник-2» на испы­та­тель­ном поли­гоне Капу­стин Яр

— У меня еще вопрос по пово­ду срав­не­ния с пред­ше­ствен­ни­ка­ми «Ломо­но­со­ва» — «Татья­ной-1» и «Татья­ной-2». Это всё было клас­сом пони­же? И плат­фор­ма там дру­гая, насколь­ко я пони­маю? Это была лишь «про­ба пера»?

— Без­услов­но, «Ломо­но­сов» родил­ся не на пустом месте. Есте­ствен­но, мы исполь­зо­ва­ли весь опыт, кото­рый мы нако­пи­ли на «Татьяне-1» и «Татьяне-2». На самом деле мы выпус­ка­ли еще спут­ник «Вер­нов» в этом про­ме­жут­ке вре­ме­ни, он создан в рам­ках про­грам­мы «Малые кос­ми­че­ские аппа­ра­ты для фун­да­мен­таль­ных кос­ми­че­ских иссле­до­ва­ний». И рабо­та всех этих спут­ни­ков была направ­ле­на на изу­че­ние ради­а­ци­он­ных про­цес­сов, аст­ро­фи­зи­че­ских явле­ний, и, конеч­но, мы этот опыт исполь­зо­ва­ли. Это с одной сто­ро­ны. Но, с дру­гой сто­ро­ны, «Ломо­но­сов» — это прин­ци­пи­аль­но дру­гая плат­фор­ма. Общий вес спут­ни­ка вме­сте с науч­ной аппа­ра­ту­рой — 600 кг. Это боль­шая аст­ро­фи­зи­че­ская лабо­ра­то­рия, совер­шен­но дру­гой класс. То были малые кос­ми­че­ские аппа­ра­ты, а это уже нор­маль­ный спут­ник, кото­рый сде­лан как раз спе­ци­аль­но для тех экс­пе­ри­мен­тов, кото­рые мы запла­ни­ро­ва­ли, о них я рас­ска­зал. И мень­ше плат­фор­му исполь­зо­вать было нель­зя.

— А в каких еще про­ек­тах со спут­ни­ка­ми НИИЯФ сей­час участ­ву­ет?

— Кро­ме всем извест­но­го «Радио­астро­на» в кос­мо­се из рос­сий­ско­го науч­но­го есть еще «Нук­лон». Это дру­гой важ­ный экс­пе­ри­мент Мос­ков­ско­го уни­вер­си­те­та, направ­лен­ный на изу­че­ние кос­ми­че­ских лучей тоже очень высо­ких энер­гий, но уже галак­ти­че­ско­го про­ис­хож­де­ния. На «Ломо­но­со­ве», о кото­ром шла речь, мы изу­ча­ем кос­ми­че­ские лучи вне­га­лак­ти­че­ско­го про­ис­хож­де­ния (пре­дель­но высо­ких энер­гий) — и мы даже тол­ком не зна­ем, какие аст­ро­фи­зи­че­ские объ­ек­ты ответ­ствен­ны за их гене­ра­цию. А на «Нук­лоне» мы изу­ча­ем уже галак­ти­че­ские кос­ми­че­ские лучи. Нам нуж­но узнать их хими­че­ский состав, что­бы понять, какие физи­че­ские меха­низ­мы ответ­ствен­ны за их гене­ра­цию. Стан­дарт­ная модель, кото­рая суще­ству­ет на сего­дняш­ний день, — это взры­вы сверх­но­вых, кото­рые порож­да­ют и уско­ря­ют эти части­цы. Это чрез­вы­чай­но акту­аль­ная тема. Пред­став­ля­е­те, мы запу­сти­ли «Нук­лон» в 2014 году на бор­ту спут­ни­ка дистан­ци­он­но­го зон­ди­ро­ва­ния «Ресурс-П» № 2 (это плат­фор­ма самар­ско­го ракет­но-кос­ми­че­ско­го цен­тра), поста­ви­ли там наш боль­шой 350-кило­грам­мо­вый при­бор для изу­че­ния кос­ми­че­ских лучей. Вот он рабо­та­ет сей­час, всё пре­крас­но. Так вот, пред­став­ля­е­те, в тече­ние послед­них двух с неболь­шим лет были запу­ще­ны еще три спут­ни­ка с точ­но такой же науч­ной целью. Это китай­цы, даль­ше япон­цы — меж­ду­на­род­ная кол­ла­бо­ра­ция, — и вот аме­ри­кан­цы в кон­це авгу­ста поста­ви­ли на борт кос­ми­че­ской стан­ции при­бор весом несколь­ко сот кило­грамм. Это очень серьез­ные такие при­бо­ры. И все они наце­ле­ны лишь на изу­че­ние хим­со­ста­ва галак­ти­че­ских кос­ми­че­ских лучей. Но мы были пер­вы­ми и сей­час торо­пим­ся опуб­ли­ко­вать рабо­ту. На послед­ней миро­вой кон­фе­рен­ции в Южной Корее летом был еще один пле­нар­ный доклад от Рос­сии по «Нук­ло­ну». У нас было, таким обра­зом, сра­зу два пле­нар­ных докла­да…

Миха­ил Пана­сюк
Бесе­до­вал Мак­сим Бори­сов

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи