Что космос нам готовит?

В разговоре о Вселенной часто можно услышать фразу, что о Мировом океане мы знаем меньше, чем о космосе. Тем не менее, мы говорим об океане на одной планете, тогда как планет и звезд во Вселенной сотни миллиардов. Чтобы увидеть некоторые из них недостаточно просто посмотреть на небо. Нужно создавать космические обсерватории, которые покажут звезды и планеты в других галактиках. Прямо сейчас космическая обсерватория "Спектр-РГ" (вторая в программе "Спектр") изучает отдаленные уголки Вселенной. А в 2025 году планируется запуск аппарата "Спектр-УФ". О космической повестке дня и многом другом наш разговор с профессором РАН Михаилом Сачковым.

- Чем сегодня занимается Институт астрономии РАН и ваш отдел экспериментальной астрономии?

- Институт астрономии занимается вопросами теоретической астрофизики и теоретической астрономии. Но мы, разумеется, уделяем внимание и экспериментальным исследованиям, что следует из названия отдела. Экспериментальные исследования ведутся в двух направлениях – космические исследования и наблюдения с помощью наземных телескопов. И, кроме того, Институт астрономии занимается развитием техники для этих наблюдений.

Институт астрономии РАН – головная научная организация космического проекта «Спектр-УФ» («Всемирная космическая обсерватория – Ультрафиолет»). Это один из главных проектов федеральной космической программы России в области астрофизики. Запуск космического аппарата запланирован на 2025 год. Сейчас в работу над проектом вовлечено много сотрудников института. Они готовят программу наблюдений, разрабатывают соответствующую аппаратуру и необходимую документацию, ведут научное курирование работ промышленности и пр.

- Какие задачи стоят перед проектом «Спектр-УФ»?

- «Спектр-УФ» − это третья миссия в серии «Спектр». В Академии наук успешно реализуется идея наблюдения Вселенной в различных длинах волн. Первый аппарат «Спектр-Р» («Радиоастрон») был запущен в 2011 году и успешно функционировал до 2019. Миссия была направлена на изучение Вселенной в радиодиапазоне электромагнитного спектра с помощью космического радиотелескопа. Далее в июле этого года к орбите отправился аппарат «Спектр-Рентген-Гамма». «Спектр-РГ» будет наблюдать за Вселенной в рентгеновском диапазоне. А следующая миссия в серии «Спектр» − как раз «Спектр-Ультрафиолет», который рассмотрит Вселенную в ультрафиолетовом диапазоне. Аппаратура наземных телескопов не может  регистрировать ультрафиолетовое излучение, так как атмосфера Земли поглощает всё излучение в длинах волн короче 300 нанометров. Соответственно, получить информацию о космических объектах в ультрафиолетовом диапазоне можно только с помощью космических обсерваторий.

Среди задач «Спектра-УФ» − поиск скрытого барионного вещества, исследование процессов в системах двойных звезд, то есть аккреции, когда вещество одной звезды перетекает на другую; и, конечно изучение объектов Солнечной системы. Последняя задача не так очевидна, поскольку мы часто слышим о полетах на Луну, о миссиях к Марсу. Тем не менее, изучение объектов Солнечной системы с помощью космических телескопов тоже значимо. В частности, изучение в ультрафиолете атмосфер планет-гигантов, а также исследование так называемых авроральных явлений – аналогов полярного сияния на нашей планете. Исследования в ультрафиолетовом диапазоне позволяют получать информацию о строении атмосферы планет-гигантов – Юпитера, Сатурна.

И конечно, одна из главных задач – изучение экзопланет, в том числе определение так называемых биомаркеров – сигналов потенциальных форм жизни на других планетах.

- Все-таки этот вопрос еще волнует людей?

- Вопрос есть ли жизнь на других планетах – он вечный. Например, Европейское космическое агентство (ESA) тратит много усилий на исследование экзопланет, не без давления научного сообщества, конечно. Многие даже называют его Exoplanet Space Agency (Экзопланетное космическое агентство – прим. НР). Так получилось, что в России на экзопланеты до недавнего времени практически не обращали внимания. Большую часть экзопланет мы знаем благодаря данным миссии «Кеплер», NASA. Три экзопланеты открыли российские астрономы, но в сравнении с 4 тыс. экзопланет «Кеплера», три – это почти ничего.

- Неизвестно, сможем ли мы когда-то оказаться рядом с ними, долететь до экзопаланет. Тогда в чем значимость в их поиске и изучении?

- Мне сложно представить, что мы когда-либо сможем долететь до экзопланет, потому что расстояния огромны – сотни световых лет. Но сам факт существования этих планет и, возможно, живых организмов всегда волновал человечество. В данном случае учеными движет любопытство.

- На каком этапе разработки находится миссия «Спектр-УФ»?

- Миссия по большей степени готова. Но, несмотря на то, что степень готовности мы оцениваем на 75%, на реализацию оставшихся 25% все равно требуется много времени. И здесь все определяет финансирование, особенно на завершающем этапе. Но все сложные технологические проблемы миссии, и как ни странно, сложные политические проблемы мы уже решили.

- Какие, например?

- Пресловутые санкции, с которыми нам также пришлось столкнуться. Существенная часть элементной базы закупается за рубежом. И приемники излучения – самое важное в космических миссиях – слабое место российского космоса. Конечно, космические аппараты мы создаем надежные, но приемники излучения вынуждены закупать. Это относится и к проекту «Спектр-УФ».

В 2013 году Роскосмос принял решение о закупке приемников излучения в британской компании Teledyne e2v. И закупка в данном случае это не просто заказ уже готовой продукции. Это сложная, многолетняя и дорогостоящая разработка, которая занимает значительную часть от стоимости всего проекта.

Тогда нам казалось, что всё хорошо. Были подписаны соглашения, и мы получили первые образцы. Дело в том, что при изготовлении деталей космического аппарата создаются несколько образцов, которые испытывают в условиях самых разных нагрузок – вакуумных, тепловых и т.д. И только потом, когда все испытания пройдены, создается финальный образец по готовой отработанной документации. Именно этот последний образец становится частью космического аппарата и летит в космос.

Так вот для первых макетов «Спектр-УФ» приемники излучения были поставлены из Англии. Они включали в себя так называемые ITAR-компоненты, то есть части двойного назначения, применимые для мирных и военных целей. И вдруг, несмотря на подписанные соглашения, мы получаем запрет на поставку остальных образцов. Но к счастью, нам удалось найти общий язык с компанией E2V, и компоненты двойного назначения были исключены  из состава приемников излучения. Их заменили промышленными образцами. Пришлось заново проводить сертификацию и дополнительные испытания.

- Почему разработка приемников излучения слабое место в отечественной космической отрасли? У нас не хватает специалистов или нужного оборудования?

- Конечно, производство приемников излучения очень дорогостоящая деятельность, пусть и востребованная. Например, все мы пользуемся мобильными телефонами, в состав которых входит специальная ПЗС-матрица (сокр. от «прибор с зарядовой связью» − специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов – прим. НР) на основе кремния. И наше старшее поколение также недоумевает – что ж мы не умеем с кремнием работать? Оказывается, действительно не умеем. Поскольку это требует больших исследовательских и промышленных затрат.

Но, тем не менее, если задаться целью развивать эту отрасль, то можно добиться определенных результатов. Но за деньги одной миссии это сделать невозможно. У нас были предложения от отечественных исполнителей в Санкт-Петербурге поработать над этим. Но запрос был примерно таким: «давайте мы сделаем, а что это»? Должна быть большая государственная программа, которая станет двигателем для развития этой отрасли.

Успешный пример показали китайские коллеги. Когда они столкнулись с аналогичным запретом Соединенных Штатов Америки, то увидели в этом позитивный момент. С 2013 года они подняли свое производство приемников излучения, а также производство ПЗС-матриц. То есть китайские коллеги уже могут покупать свое, отечественное. Для нас это пока недостижимо. России нужна специальная федеральная программа по развитию приемников излучения. Поскольку потребность научного сообщества не может покрыть затраты на развитие отрасли, требуются государственные вливания.

- К вам приходят молодые ребята после институтов и университетов? Есть ли рост интереса молодежи к науке?

- Интерес большой, но возможности  института ограничены. Дело в том, что сегодня все научные организации, вузы и однозначно все институты Академии наук проводят оптимизацию штата сотрудников. Времена рыночные, необходимо выполнять серьезные государственные задания. А что является основой продукции научных институтов? Научные статьи. Поэтому сотрудники, которые не могут их писать, становятся невостребованными. А статей приходится писать много, причем, в высокорейтинговых журналах. Поэтому у институтов нет возможности набирать множество сотрудников, чтобы впоследствии кто-то один вырос и стал тем самым великим ученым.

Мы набираем ребят в аспирантуру, и по конкурсу мы видим, что интерес у молодежи есть. И, конечно, мы стараемся принимать на работу тех, кто реально хочет заниматься наукой.

- Где здесь место для науки, когда приходится писать статьи?

- Написание статей – это и есть научная работа. Ведь в статье вы представляете результаты вашего исследования. В этом и состоит суть работы ученого. Он проводит исследование, представляет результаты на конференциях, получает критику от коллег, обменивается опытом, дорабатывает материал и пишет научную статью, в которой развивает новые идеи. То есть это не просто беллетристика. Смысл в том, что нужны передовые исследования, которые невозможны без финансирования.

- Вернемся к космосу. Какой из объектов Вселенной вы лично считаете интересным и в какой-то степени странным?

- Я сам звездник. То есть астрофизик, который занимается изучением звезд. Область моих исследований связана с пульсирующими звездами. Это звезды, которые раздуваются или сжимаются вследствие разных причин и нестабильностей. Я много изучал классические цефеиды – маяки Вселенной, по которым можно определять расстояния между космическими объектами.

На самом деле со шкалой расстояний во Вселенной не все так ясно. Скажем, каково расстояние от Солнца до центра нашей галактики? Единого мнения нет, поскольку различные методы дают разные результаты, отличающиеся на 20%. Это значит, что наша Вселенная либо на 20% больше, либо на 20% меньше. А от этого напрямую зависят результаты наших исследований.

Занимаясь цефеидами, я постепенно перешел к другим типам пульсирующих звезд – химически пекулярным звездам, которые совершенно не похожи по химическому составу на другие звезды (от английского слова peculiar — необычный, особенный – прим. НР). Эдакие уродцы, в химическом составе которых представлены в большом количестве редкоземельные элементы.

Для объяснения спектров этих объектов возникла гипотеза о строении атмосфер звезд в виде слоеного пирога из химических элементов. То есть химические элементы в этих звездах сконцентрированы в разных слоях. Научное сообщество оказалось не готово принять эти идеи, ведь известно, что в атмосферах действует конвекция, то есть перемешивание элементов в атмосфере. И вот этими загадочными быстро осциллирующими химически пекулярными звездами спектрального класса А я занимался очень долго. Одна из моих любимых звезд – это гамма Малого коня в одноименном созвездии. На нее я потратил добрый десяток лет своей жизни.

Лучевую скорость звезды мы определяем по эффекту Доплера. В полученном спектре есть линии. Если объект движется к нам, то линии сдвигаются в синюю область, если от нас, то в красную. По сдвигу линий мы определяем скорость. Если звезда пульсирует, то линии сдвигаются то в синюю, то в красную область. И, как правило, звезда меняет лучевую скорость цельно, то есть все линии сдвигаются на одну и ту же величину, соответственно скорости. А в спектрах химически пекулярных звезд разные линии меняли свою скорость по-разному. Когда были представлены первые результаты, никто в них не поверил.

- Какие главные задачи стоят сегодня перед астрофизикой и астрономией?

- В первую очередь необходимо продолжать поиск и изучение экзопланет. Кстати сказать, анализируя историю развития аппаратуры, приходишь к выводу, что открытие экзопланет могло состояться на четверть века раньше. Аппаратура 70-х годов позволяла обнаружить планеты такого рода, но мы их не искали. Почему? Просто потому что мы экстраполировали знания на нашу Солнечную систему. Изучали планеты типа Юпитера, которые расположены на далеком расстоянии от звезды. Но когда произошел бум поиска экзопланет, оказалось, что у нас уже была нужная аппаратура, только нужно было искать не обычный Юпитер на далеком расстоянии от звезды, а так называемый горячий Юпитер – массивную планету рядом со звездой.

Поэтому сейчас перед астрономами стоит задача экзопланетных исследований. Мы уже не удовлетворяемся просто самим фактом их обнаружения. Мы идем дальше, пытаясь понять состав их атмосфер.

Также на повестке дня остаются классические задачи астрономии, в том числе точное определение расстояний во Вселенной.