«Голливуд приучил, что всё просто»: астрофизик Роман Райкин о черных дырах, астероидах и НЛО в спецпроекте amic.ru

11 января 2022 Ред. сайта
Почему необходимо тратить миллиарды рублей на изучение Вселенной? Есть ли разумная жизнь на других планетах? Грозит ли нашей планете столкновение с астероидом? Чем опасны чёрные дыры? Астрофизик, проректор по развитию международной деятельности Алтайского государственного университета Роман Райкин  ответил на вопросы журналиста и любителя научной фантастики Вячеслава Кондакова в спецпроекте информационного агентства «АМИТЕЛ».
Научная школа в области астрофизики и физики космоса в АлтГУ появилась ещё в 70-е, когда в Барнаул приехали молодые талантливые исследователи из Томска и начали заниматься физикой космических лучей. Сейчас круг решаемых специалистами университета задач существенно расширился. К теоретической астрофизике добавились оперативный мониторинг атмосферы и поверхности Земли из космоса, климатическое моделирование и др. Под руководством д.ф.-м.н., профессора Анатолия Алексеевича Лагутина в АлтГУ работают коллективы кафедры радиофизики и теоретической физики, лаборатории космического мониторинга и вычислительных технологий совместно с Федеральным исследовательским центром информационных и вычислительных технологий в Новосибирске и Центром космического мониторинга совместного с Управлением по обеспечению мероприятий в области гражданской обороны, чрезвычайных ситуаций и пожарной безопасности в Алтайском крае. Лаборатория и Центр занимаются, в частности, мониторингом и прогнозированием природных чрезвычайных ситуаций на территории Алтайского края, Сибири и сопредельных регионов. В эти коллективы входят молодые учёные с высокой репутацией в мировом научном сообществе. Кроме того, АлтГУ является участником международной коллаборации TAIGA, развивающей одну из крупнейших в мире гамма-астрономических обсерваторий.

– Когда мы говорим о космосе и Алтайском крае, то сразу вспоминаем космонавта Германа Титова. Со стороны кажется, что мы до сих пор живём на его наследии и никаких успехов в области астронавтики и астрофизики за это время в крае не произошло. Или это не так?

– Помимо того, что Алтай – родина очень талантливых, смелых и героических людей, оставивших свой след в том числе и в освоении околоземного космического пространства, у нас в регионе работают сильные научные школы, занимающиеся астрофизикой как наукой.

Нужно отметить, что территория Алтая интересна для учёных благодаря хорошему астроклимату. Не случайно именно у нас, в Змеиногорском районе, построен мощный центр оптических наблюдений искусственных спутников земли – Алтайский оптико-лазерный центр имени Германа Титова. Для наблюдений в оптическом диапазоне очень важны чистота и прозрачность атмосферы, отсутствие облачности, антропогенной засветки. На Алтае – как в Алтайском крае, так и в Республике Алтай – есть районы с уникальными, одними из лучших в России и даже в мире, астроклиматическими условиями. Кстати, в рамках проекта по развитию обсерватории TAIGA мы в последние годы изучаем астроклиматические условия регионов Большого Алтая с целью поиска места, где лучше всего разместить новую полномасштабную обсерваторию класса мегасайенс. По нашим данным, полученным в результате обработки информации с космических приборов, одной из лучших площадок для реализации проекта является конкретная территория в Горном Алтае. Помимо характеристик атмосферы, для гамма-астрономии важную роль играет высота над уровнем моря, и здесь горные плато Алтая подходят идеально. Мы очень надеемся, что наш с коллегами совместный проект получит поддержку в рамках федеральной программы строительства мегасайенс-установок на территории России.

– А сколько нужно денег, чтобы построить эту установку?

– К сожалению, очень много. Как минимум несколько миллиардов рублей. Но такая установка на территории России позволит получить новые прорывные результаты в области гамма-астрономии, астрофизики космических лучей и смежных областях – физике атмосферы, геофизике, а также развивать инженерно-конструкторские направления и даже новые производства, нацеленные на создание уникального научного оборудования, детекторов частиц, телекоммуникационных систем. Эти направления гораздо быстрее, чем фундаментальная наука, находят выход в прикладные сферы. Кроме того, такой научный центр позволил бы готовить в Сибири специалистов экстра-класса в области электроники, математического моделирования и программирования, анализа больших данных, машинного обучения и искусственного интеллекта. А это сегодня – национальная задача самого приоритетного уровня.

– Ваш центр занимается ещё и прогнозированием погоды. Алтайскому краю грозит глобальное потепление?

– Начнём с того, что климат и погода – это совсем разные вещи. В Центре, основываясь на оперативных данных космического мониторинга, формируют краткосрочные прогнозы опасных гидрометеорологических явлений: сильных ветров, мощных осадков, аномально жаркой погоды. Эти данные используются территориальными органами для принятия решений по предотвращению возможного ущерба экономике региона и опасности для жизни людей в случае возникновения чрезвычайных ситуаций. Что касается климатических исследований, сегодня хорошо известно, что глобальные климатические изменения действительно происходят, причём в Сибири и Арктике скорость роста средней температуры значительно превосходит среднемировую. Одной из научных тем Центра является моделирование регионального климата. Используя суперкомпьютерные ресурсы нашего партнёра – Института вычислительных технологий, а также данные космического мониторинга, специалисты Центра выполняют расчёты сценариев динамики климата региона. К сожалению, точные оценки в этой области невозможны, как и затруднены прогнозы конкретных последствий по влиянию на экосистемы и экономику. Однако в целом ясно, что быстрые изменения климата несут за собой множество негативных моментов, и усилия мирового сообщества по смягчению глобального потепления за счёт снижения выбросов парниковых газов имеют под собой научные основания.

– В советское время денег на исследование космоса не жалели. А как сейчас с финансированием?

– В годы, когда исследования космоса были напрямую увязаны с решением задач обороноспособности государства и победы в "холодной войне", с реализацией исследовательских проектов с точки зрения финансирования действительно было несколько проще. Хотя сейчас существует достаточно много крупных дорогостоящих международных проектов, где участвует наша страна. Так, например, министр науки и высшего образования Валерий Фальков в 2021 году открыл крупнейший в Северном полушарии подводный нейтринный телескоп на озере Байкал. Его детекторы на основе фотоэлектронных умножителей занимают половину кубического километра с перспективой достичь вдвое большего объёма, а идеально прозрачная байкальская вода позволяет очень точно регистрировать проходящие через неё частицы. Буквально несколько недель назад пришло сообщение о первом одновременном детектировании астрофизических нейтрино, предположительно, из одного источника, двумя крупнейшими мировыми установками – IceCube на Южном полюсе и Байкальским нейтринным телескопом. Это вполне ожидаемый, но очень важный результат.

Можно вновь упомянуть и обсерваторию TAIGA, и проект "Радиоастрон", и многие другие эксперименты в области астрофизики, где наша страна является ведущим участником.

Поэтому нельзя сказать, что сейчас исследования космоса не финансируются, но учёным всегда мало. Есть известное изречение, что учёный — это человек, который за счёт государства удовлетворяет своё любопытство. И конечно, постоянно звучит вопрос: зачем нужна фундаментальная наука, когда денег так не хватает на социальные проекты, непосредственно направленные на улучшение качества жизни людей. Существует немало конкретных примеров перехода фундаментальных результатов в область технологий. Один из типичных – системы глобального позиционирования, которые сегодня используются повсеместно и практически незаменимы в быту. Они работают благодаря тому, что спутники сами ориентируется по квазарам — далёким ярчайшим астрономическим объектам, ядрам активных галактик. Огромное число научных открытий, плоды которых сегодня используются, скажем, в высокотехнологичной медицине, было сделано физиками-ядерщиками и астрофизиками. И конечно, работа на переднем крае фундаментальной науки – это бесценный опыт для студентов и аспирантов, которые в дальнейшем оказываются лучшими разработчиками новых решений уже для рынка продуктов и технологий.

– Почему мы так медленно исследуем космическое пространство вокруг себя? Мне кажется, американцы сильно ушли вперёд в плане освоения космоса, хотя в советское время был паритет.

– Это не совсем так. В области астрономии, астрофизики, космологии как СССР, так и в дальнейшем Россия всегда занимали лидирующие в мире позиции. Но конкуренция с другими странами здесь скорее бесполезна и даже вредна: практически все крупные исследовательские проекты сегодня являются международными и интегрируют как интеллектуальные, так и финансовые и технологические ресурсы всего мирового сообщества.

Что же касается ярких успехов российской космонавтики, я, как и вы, пожалуй, хотел бы, чтобы они не уступали широко освещаемым в СМИ запускам многочисленных новых миссий космическими агентствами разных стран (кстати, далеко не только США) и частными компаниями. Но если трезво смотреть на вещи, новизна, технологическая и научная значимость проекта далеко не всегда могут быть оценены по телевизионной картинке. Так что тот факт, что Россия не вывела на гелиоцентрическую орбиту красный кабриолет, не стоит рассматривать как однозначное свидетельство нашего безнадёжного отставания в области освоения космоса.

– Но ведь Илон Маск хочет колонизировать Марс и возить туда туристов уже в ближайшее десятилетие. Как развитие негосударственных космических инициатив повлияет на астрофизику?

– Думаю, частная предпринимательская инициатива, конечно, должна двигать вперёд космические программы, в том числе и в России. Я как учёный это только приветствую, так как участие частного бизнеса способствует удешевлению космических проектов, в том числе делает более доступными исследовательские космические платформы. Сегодня собственные спутники могут разрабатывать университеты, есть уже примеры таких запусков. Мы тоже всерьёз думаем о подобном проекте, есть на этот счёт идеи и предложения о сотрудничестве, кстати, от российской частной космической компании "Спутникс".

Ну а по поводу колонизации Марса, мне всё же кажется, что это гораздо более отдалённая перспектива, чем об этом говорит Илон Маск. Хотя сам пилотируемый перелёт к Красной планете не выглядит сегодня чем-то неосуществимым, поддержка постоянной колонии – это всё же очень дорогое удовольствие.

– В 60-е годы все думали, что в начале XXI века мы уже колонизируем Марс и, как в романах Артура Кларка, будем летать к 2001 году к Юпитеру. Настолько стремительно развивалась наука. Сейчас мы уже даже не летаем на Луну и такое ощущение, что исследование космоса вокруг нас прекратилось. Это так?

– Всё как раз наоборот: мы просто стали более прагматичными. Роботы летают везде. Аппараты, построенные ещё в 60-е и 70-е, уже вылетели за пределы Солнечной системы и продолжают снабжать учёных научными данными. Новые, гораздо более продвинутые межпланетные зонды исследуют планеты, их спутники и малые тела Солнечной системы. Например, аппарат Юнона находится на орбите Юпитера прямо сейчас. Другой вопрос, что мы перестали тратить колоссальные ресурсы, чтобы отправлять в дальние избыточно рискованные космические путешествия человека. И это, конечно, обидно с обывательской точки зрения, но специалисты не видят в этом практического смысла.

По поводу фантастических сюжетов, которые могут стать реальностью, тоже не всё так плохо. Если во времена выхода первых фильмов "Звёздных войн" учёные скептически относились к существованию жизни на других планетах, то сейчас специалисты в этом уже практически не сомневаются. Другое дело, сможем ли мы когда-нибудь пересечься во времени и пространстве с высокоорганизованными живыми существами с других планет. На этот вопрос пока нет однозначного ответа. Зато в 2021 году был запущен космический аппарат под названием DART, целью которого является столкновение с астероидом для изменения его траектории. Таким образом, человечество уже на практике отрабатывает технологию защиты от опасных космических тел, почти как в фильме "Армагеддон".

– Есть знаменитый парадокс Энрико Ферми, что пока мы со скоростью света долетим до планеты, где есть жизнь, пройдут миллионы лет и за это время цивилизация может исчезнуть.

– Суть парадокса Ферми в том, что мы должны видеть следы деятельности развитых цивилизаций внеземного происхождения, например, принимать радиосигналы от них, но почему-то их не наблюдаем. Существует множество различных объяснений этого парадокса, и вы правы, скорость света (примерно 300 тысяч километров в секунду) является теоретическим пределом для скорости распространения физических сигналов в нашем мире, тем более её не может превысить космический корабль. Экзотические теории о возможности путешествий в космосе на дальние расстояния с использованием эффектов новой физики пока не подтверждены. Даже до ближайших к нам галактик лететь миллионы лет, а значит, шансы обменяться с инопланетянами рукопожатиями, вероятнее всего, ничтожны.

– Получается, вы всё-таки верите в существование инопланетян?

– Первую планету внесолнечной системы, или экзопланету, обнаружили ещё в конце прошлого века. На сегодняшний момент их открыто более четырёх тысяч, и среди них уже достаточно кандидатов на существование жизни земного типа. Так что если отвечать на этот вопрос коротко и конкретно, исследователи убеждены, что внеземная жизнь существует. Вот насчёт высокоразвитых существ, способных обнаружить себя, вступить с нами в контакт и тем более прилететь и высадиться на Земле, пока ничего определённого сказать нельзя.

– Другим важным открытием последних десятилетий является ускоренное расширение Вселенной. Что это означает для человечества?

– Действительно, за открытие ускоренного расширения Вселенной американскому учёному Солу Перлмуттеру, австралийцу Брайану Шмидту и американцу Адаму Рису была присуждена Нобелевская премия по физике в 2011 году. Открытие было сделано в 1998-м посредством изучения оценок расстояний до сверхновых звёзд. Оказалось, что в энергетическом балансе Вселенной почти три четвёртых составляет загадочная тёмная энергия, которая и заставляет нашу Вселенную раздуваться с ускорением. Но и в оставшейся четверти обычная материя, успехами в изучении которой физики так гордятся, составляет лишь небольшую долю, уступая тёмной материи, природа которой тоже до сих порт неясна. В итоге учёные сегодня более-менее хорошо представляют себе устройство менее 5% нашего мира.

– У меня есть учебник по астрофизике, написанный ещё в конце 50-х. Там авторы уверяют, что никаких экзопланет не может существовать, а наша Вселенная не будет расширяться. Всего за полвека учёные опровергли эти гипотезы. Есть понимание того, какие открытия произойдут в астрофизике ещё через полвека?

– Астрофизика развивается очень быстрыми темпами. Блестящие учебники, написанные лучшими специалистами, устаревают в каких-то аспектах буквально за несколько лет. Но понимание, куда двигаться, и определённые прогнозы, конечно, есть. Учёные очень ждут в относительно близком будущем выяснения природы тёмной материи, а также подтверждения правильности инфляционной модели Вселенной, которая описывает, что происходило в первые мгновения после большого взрыва. Кстати, ключевой вклад в создание этой теории был сделан советскими физиками Андреем Линде, Алексеем Старобинским, Вячеславом Мухановым и другими. Есть много нерешённых вопросов и обоснованные надежды на продвижение по проблемам физики чёрных дыр и нейтронных звёзд. Развивается так называемая многоканальная астрономия – исследование свойств далёких космических объектов и процессов за счёт комплексной регистрации порождённых ими электромагнитных, гравитационных волн и элементарных частиц разными, но синхронизированными детекторами. Продолжается активное изучение экзопланет и поиски следов внеземной жизни. Буквально несколько дней назад запущен космический телескоп нового поколения "Джеймс Уэбб", который заменит знаменитый телескоп "Хаббл" и откроет новую эру в астрономических наблюдениях. Для нашей научной группы такой проблемой является установление происхождения космических частиц экстремально высоких энергий – так называемых космических лучей. Они были открыты более 100 лет назад, но до сих пор неясно, какие источники их производят.

– В чём ценность этих лучей?

– Эти частицы имеют колоссальную энергию. Гораздо больше, чем удалось достичь на Большом адронном коллайдере и вообще в земных условиях. Именно в экспериментах с космическими лучами удалось сделать целый ряд нобелевских открытий, например, впервые экспериментально обнаружить античастицу. С изучением космических лучей связан целый ряд интересных направлений, в том числе имеющих прикладной аспект, например, мюонная томография – метод, использующий космические мюоны для создания трёхмерных изображений структуры крупных или труднодоступных объектов. В 2021 году даже появилась работа, в которой мюонная томография обычно, несмотря на название, не имеющая медицинского применения, предлагается к использованию в качестве средства мониторинга состояния лёгких у больных COVID-19.

– Хватает ресурсов у университета, чтобы изучать эти частицы?

– Благодаря наличию в университете лабораторий совместных с институтами РАН, и научным консорциумам, созданным в рамках программы развития университета, мы имеем доступ к уникальному научному оборудованию и суперкомпьютерным мощностям, которых нет в распоряжении университета. Но серьёзные научные эксперименты в области астрофизики, как правило, вообще не способен построить и поддерживать один отдельный университет. Например, самая крупная в мире на настоящий момент установка по регистрации космических лучей ультравысоких энергий покрывает детекторами площадь 3 тысячи квадратных километров. Это Обсерватория имени Пьера Ожэ в Аргентине, бюджет на её строительство, модернизацию и эксплуатацию составляет многие десятки миллионов долларов. Кстати, в этой международной коллаборации сейчас работает выпускник АлтГУ Алексей Юшков. В декабре он провёл семинар для студентов нашего университета и ознакомил их с последними достижениями и перспективами в этой области исследований.

– Сейчас учёные активно изучают природу чёрных дыр. Есть замечательные исследования о гравитационных волнах американского физика Кипа Торна, за которые он получил Нобелевскую премию. Эти исследования, кстати, легли в основу картины "Интерстеллар" Кристофера Нолана. Объясните, почему чёрные дыры так интересуют учёных по всему миру?

– К чёрным дырам такой большой интерес, потому что они представляют собой очень экзотические объекты и их изучение может пролить свет на многие загадки астрофизики и космологии. Это области пространства-времени с такой сильной гравитацией, которую не могут преодолеть даже объекты, движущиеся со скоростью света. Очень широко по всему миру разошлась первая "фотография тени чёрной дыры", полученная глобальной сетью радиотелескопов – "Телескопом горизонта событий" – в 2019 году. Дыра расположена в галактике M87 в созвездии Девы на расстоянии более 50 миллионов световых лет.

Однако Нобелевская премия 2017 года, о которой вы говорите, была вручена не за исследование непосредственно природы чёрных дыр, а за открытие гравитационных волн от их слияния – фактически очередное блестящее подтверждение общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Это, кстати, очень редкий случай – Нобелевская премия была вручена сразу после открытия учёным, внёсшим определяющий вклад в экспериментальную регистрацию явления, предсказанного более 100 лет назад. В науке, в отличие от сфер бизнеса и технологий, обычно идея ценится гораздо больше, чем её реализация. Если предположить, что в момент регистрации гравитационных волн Эйнштейн был бы жив и не являлся бы уже лауреатом Нобелевской премии, то она, несомненно, досталась бы ему. Так произошло, например, с открытием на Большом адронном коллайдере бозона Хиггса. Нобелевская премия была присуждена Питеру Хиггсу, автору очень лаконичных публикаций в 1964 году, постулировавших основную идею о существовании этой частицы.

– Возможно, интерес к чёрным дырам связан с тем, что они представляют опасность для нас? Может чёрная дыра возникнуть рядом с Землёй или прилететь к нам из космоса и уничтожить нашу планету?

– Теоретически да. Но неизвестны разумные механизмы, которые делали бы вероятным образование макроскопических чёрных дыр рядом с Землёй. Определённые опасения высказывались перед строительством Большого адронного коллайдера. При эксперименте с такой колоссальной энергией нельзя исключать рождения микроскопических чёрных дыр или новых частиц с неизвестными свойствами. Но, во-первых, микроскопические чёрные дыры должны мгновенно испаряться за счёт излучения, предсказанного знаменитым физиком Стивеном Хокингом. А, во-вторых, как мы уже говорили, в космических лучах, которые постоянно взаимодействуют с атомами земной атмосферы, встречаются гораздо более высокие энергии, и никаких опасных, тем более катастрофических эффектов, мы не наблюдаем. Так что волноваться по этому поводу не стоит.

– Верите ли вы в теорию астрофизика Константина Батыгина, что в нашей Солнечной системе есть девятая планета?

– Это не вопрос веры. Работы Батыгина и его соавторов выполнены очень тщательно и нет поводов не доверять этим результатам.

– За миллиардную историю нашей планеты несколько раз на неё падали астероиды. 65 миллионов лет назад один из них уничтожил динозавров. Может ли это повториться и с человечеством? Или как в фильме "Армагеддон" планету будет спасать условный Брюс Уиллис?

– То, что когда-то в кино казалось фантастикой, сегодня уже применяют на практике. Недавно учёные НАСА и Европейского космического агентства (ЕКА) запустили специальный аппарат, который должен изменить траекторию полёта астероида, пролетающего на далёком расстоянии от Земли. Специалистам важно смоделировать ситуацию при возникновении опасной угрозы. Конечно, никто, как в фильме "Армагеддон", не будет взрывать ядерную бомбу на поверхности астероида. Космический аппарат просто врежется в него, а учёные поймут, насколько это эффективно. Неизбежно – рано или поздно – к нам прилетит из другой системы какой-нибудь метеорит, способный уничтожить всю жизнь на Земле. Периодически небольшие астероиды падают на Землю.

– Рано или поздно нужно будет переселяться в другие галактики. Солнце не вечное и через миллиарды лет потухнет.

– Относительно истории человечества, это произойдёт нескоро. Когда Солнце начнёт остывать — человек эволюционирует в нечто другое и не будет похож на себя нынешнего. Проблема с гибелью Солнца будет актуальной только через миллиарды-миллиарды лет, и человечество сумеет решить проблему с переселением в другую галактику.

– Как вы относитесь к людям, утверждающим, что Земля плоская?

– Увы, это происходит из-за того, что в популярных СМИ очень много антинаучных материалов, доступных широкой публике. Очень плохо, что качественных программ о науке мало на государственном телевидении. Есть большое количество надёжных источников в интернете, но требуется определённый навык, чтобы их фильтровать, а этим навыком обладают далеко не все пользователи. Хорошо, что астрономия как предмет недавно вернулась в школьную программу, но ещё очень мало учителей способны качественно преподавать астрономию школьникам на современном уровне.

– Что вы любите из научной фантастики в кино?

– Я люблю научную фантастику. Но не принимаю смешение научной фантастики с таким популярным сейчас фэнтези. Несмотря на большое количество погрешностей с точки зрения физики, я с удовольствием посмотрел фильмы "Гравитация", "Марсианин", "Аполлон 13". Раз в несколько лет с удовольствием пересматриваю фильм "Девять дней одного года".

– Некоторые фильмы, которые вы назвали, очень романтизируют полёты в космос. "Марсианин", например, – великолепная пропаганда НАСА и того, что власти правильно тратят миллиарды долларов в год на исследование космоса. Однако есть и другие типы фильмов, вроде "Гравитации", которые напоминают о том, что в космосе не место человеку, там ничего не способно выжить и нужно быстрее бежать оттуда на Землю. Вам какая позиция ближе?

– Я никогда не мечтал о полёте в космос. Мешают слишком высокий рост и, чего греха таить, робость. Но всё меняется. Вы наверняка знаете, что 2021 год стал очень урожайным на полёты непрофессиональных космонавтов. Уверен, что скоро полёты за пределы земной атмосферы станут обыденностью и с точки зрения туризма, и утилитарно для быстрых межконтинентальных перелётов. Тогда, пожалуй, и я куплю билет на космолёт.

Текст: Вячеслав Кондаков
Фото: Александр Соколов, Константин Причиненко, NASA
Верстка: Екатерина Смолихина

поделиться
Март 2024
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
        1 2 3
4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17
18 19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30 31
https://www.asu.ru/?v=sw0