Иван Александрович Шмаков, инженер-лаборант кафедры радиофизики и теоретической физики ФТФ и аспирант ФТФ Сергей Владимирович Солдаткин в феврале 2019 года дежурили на астрофизическом комплексе TAIGA, одной из крупнейших в мире гамма-астрономических установок, расположенных в Тункинской долине в Бурятии. Что это за обсерватория TAIGA, каких «космических пришельцев» ловит эта современная гибридная детекторная система?
– Расскажите о вашей поездке в Тункинскую долину, где располагается гамма-астрономический комплекс TAIGA.
– Мы прошли отбор и стали участниками уникального проекта: неделю дежурили на полигоне крупнейшего в мире астрономического комплекса TAIGA. Прибыли на полигон 15 февраля, наше дежурство началось с отъезда предыдущей группы во главе с руководителем проекта TAIGA профессором МГУ Л.А. Кузьмичевым и завершилось 22 февраля, когда приехала новая группа ученых-дежурных. Астрофизическая обсерватория TAIGA представляет собой автоматизированный комплекс регистрирующего оборудования, почти не требующий вмешательства человека при штатной работе. Разумеется, именно это «почти» означает, что на протяжении всего периода наблюдений на обсерватории необходим дежурный персонал. В обязанности дежурных входит, например, перезапуск процесса сбора данных один раз в сутки – после 00:00 UTC (08:00 местного). На TAIGA я не первый раз, в прошлом году во время дежурства пришлось даже перезапускать установку после перебоев с электроснабжением и греть плату регистрирующей аппаратуры термофеном, чтобы поддержать рабочую температуру. В этом году возникла обратная проблема – оборудование на некоторых станциях перегрелось, и мы занимались его охлаждением. Ближе к концу дежурства была потеряна связь с двумя станциями. Одну станцию удалось перезапустить дистанционно, для перезапуска другой — потребовалось кратковременное отключение питания. Так что ситуации бывают разные, и ученые на установке всегда должны быть начеку.
– Расскажите, что такое гамма-обсерватория TAIGA?
– Аббревиатура TAIGA (расшифровывается как Tunka Advanced Instrument for cosmic ray physics and Gamma Astronomy, буквально – Тункинская передовая установка для физики космических лучей и гамма-астрономии) – это один из крупнейших в мире экспериментальных комплексов для изучения ядер атомов и гамма-квантов космического происхождения, которые порождаются источниками далеко во Вселенной, получают колоссально высокие энергии, гораздо выше, чем могут получить частицы в условиях земных лабораторий. Некоторые из этих частиц затем достигают нашей планеты. Попадая в атмосферу, они рождают целый каскад (ливень) заряженных частиц, который и наблюдают различные детекторы установки TAIGA. Таким образом, мы можем узнать, откуда к нам прилетели космические лучи, определить их химический состав, а в случае гамма-квантов, не имеющих заряда, - и направление на источник. Это очень интересная и важная фундаментальная задача.
Стоит сказать, что комплекс TAIGA фактически состоит из нескольких установок, использующих различные технологии регистрации. Поэтому его часто называют гибридным. Регистрируются фотоны черенковского света (он испускается, когда заряженная частица движется в атмосфере быстрее, чем свет, такое действительно бывает), заряженные вторичные частицы, радиоизлучение ливня и другие.
– Вообще, как вам удалось попасть на гамма-астрономический комплекс TAIGA?
– С 2017 года наш опорный университет работает в составе международной астрофизической коллаборации TAIGA, в которую входят университеты и научные институты России, Германии, Италии, Румынии. Кстати, в прошлом году на базе АГУ прошел 26-й Европейский симпозиум по космическим лучам с участием ключевых мировых специалистов в этой области. Так что наш университет знают, а наших ученых приглашают для совместных исследований.
– Расскажите, где вы жили?
– Помимо мастерской и «комнаты управления», в «лаборатории» имеется спальня для дежурных и кухня. Кроме того, на территории центра коллективного пользования есть несколько гостевых домиков, отдельное здание, в котором выполняется сборка и ремонт оборудования, лаборатория ИСЗФ и роботелескоп «Тунка-Мастер».
– Удалось ли познакомиться с интересными людьми, окрестностями?
– Гамма-астрономический комплекс TAIGA специально строился в особом месте, подальше от населенных пунктов. Телескопу необходимо отсутствие лишнего света, и тогда он точнее сможет уловить гамма-излучения из космоса. Так что людей здесь было минимум, а вот природа действительно впечатляющая – бескрайняя, как море, Тункинская долина с красивыми природными ландшафтами…
Что такое «космические лучи»?
Космические лучи открыли в 1912 году. Это потоки протонов, ядер других элементов, электронов, фотонов. Эти частицы рождаются во Вселенной, в том числе и за пределами нашей Галактики. Энергии у них очень большие – на восемь порядков больше, чем человек сегодня может произвести даже на LHC (Большом андронном коллайдере. Прим. «ЗН»). Механизм ускорения частиц до таких энергий достоверно не установлен, их источники и характер их распространения в Галактике тоже пока до конца не понятны. И вот эти загадочные частицы, попадая в атмосферу, рождают ливень – огромное количество других вторичных частиц. Этот поток падает на Землю, и единственный метод, который позволяет понять, что это прилетело, какая энергия – измерить характеристики вторичных частиц и потоки порождаемых ими ионизационного и черенковского излучений. Измерения проводятся на поверхности Земли или в горах с использованием разнесенных по большой площади детекторов. Другого пути пока нет, спутники здесь не помогают. Частицы сверхвысоких энергий прилетают редко. В среднем в год на квадратный километр приходит одна частица с энергией 10 в 19-й степени электронвольт. Но чтобы регистрировать такие частицы, нужны установки, площадь которых превышает тысячу квадратных километров. Это очень сложные эксперименты, но без знания характеристик этих частиц (что? когда? откуда? как?) наука не может двигаться вперед, это ключевая загадка сегодня всей физики, астрофизики, да и вообще нашего бытия.