«Каждая из наших задач имеет нобелевский уровень». Интервью с астрофизиком Алексеем Рудницким

Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева РАН — знаменитая организация, где работали такие выдающиеся ученые, как Николай Семенович Кардашев и Иосиф Самуилович Шкловский, легенды отечественной астрофизической науки. Их научное наследие живет и развивается. Об основных направлениях исследований рассказывает Алексей Георгиевич Рудницкий, заместитель руководителя Астрокосмического центра ФИАН, кандидат физико-математических наук.

— Чем сейчас занимается Астрокосмический центр?

— В настоящее время Астрокосмический центр активно работает над созданием космической обсерватории «Миллиметрон». Это самая передовая обсерватория в Российской Федерации, которая сейчас включена в федеральную программу «Космическая наука». Исторически концепция самой обсерватории, ставшей частью серии обсерваторий «Спектр», принадлежит Николаю Семеновичу Кардашеву. Напомню, что Астрокосмический центр был первым, создавшим аппарат из серии «Спектр». Это был «Спектр-Р» — обсерватория «Радиоастрон». Запуск состоялся в июле 2011 г.

— Значит, нынешним летом исполняется 15 лет этому событию. Хорошо помню время, когда к этому готовились, долго переносили, как Николай Семенович об этом мечтал… Это оказался очень успешный проект, как, наверное, и все проекты, которые были на его счету.

— Несомненно, удача ему сопутствовала. Стоит отметить еще тот факт, что «Радиоастрон» стал первой крупной астрофизической обсерваторией в новейшей истории нашей страны. После запуска он стал также рекордсменом по многим параметрам, например по угловому разрешению, которого удалось достигнуть во время выполнения научной программы обсерватории. В то же время «Радиоастрон» до сих пор считается самым крупным космическим радиотелескопом, который был запущен в околоземное пространство. Диаметр раскладываемой антенны составлял 10 м. Стоит отметить еще и принцип, по которому работал космический радиотелескоп. Дело в том, что Н.С. Кардашев стоял у истоков создания так называемого метода радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами. Проще говоря, суть в том, что на Земле существует множество радиотелескопов, находящихся в разных странах и расположенных друг от друга на большом расстоянии. Хотя эти радиотелескопы не связаны напрямую, они одновременно наблюдают один источник. Собранные и обработанные определенным образом данные формируют виртуальный телескоп, размер которого будет гораздо больше, чем отдельная антенна на Земле.

— Но ведь эта методика была успешно апробирована еще в середине ХХ в.?

— Совершенно верно, но хочется достичь новых вершин, используя этот метод. Его достоинство заключается в том, что, создавая такой большой виртуальный телескоп, мы получаем недостижимое ни в одной из других областей астрономии угловое разрешение. То есть эта методика позволяет нам получать и разглядывать очень мелкие объекты или детали каких-то объектов во Вселенной. Если стремиться к улучшению углового разрешения, то закономерно возникает мысль о том, что один из телескопов необходимо вынести в космос. Таким образом, мы практически не ограничены масштабом Земли и уже можем создавать виртуальные телескопы размерами в несколько сотен тысяч километров. Что, собственно, успешно подтвердил «Радиоастрон».

— Какие результаты работы «Радиоастрона» вы считаете самыми существенными?

— Здесь я бы выделил обнаружение субструктуры рассеяния радиоизлучения в межзвездной среде. Этот результат оказался важен тем, что способствовал получению в 2019 г. первого в истории астрономии изображения окрестностей сверхмассивной черной дыры.

— Да, это было эпохальное событие, после которого ни у кого не осталось сомнений в существовании этих удивительных объектов.

— Само изображение было получено с помощью метода интерферометрии со сверхдлинными базами. Однако наблюдение и получение изображений таких близких окрестностей сверхмассивной черной дыры требуют учета эффекта, который как раз и был обнаружен с помощью «Радиоастрона». Межзвездная среда, то есть вещество, заполняющее пространство между источником и наблюдателем, создает своего рода рябь на итоговом изображении, схожую с тем, что возникает на поверхности воды, когда мы бросаем туда камень. Благодаря «Радиоастрону» об этом эффекте удалось узнать и правильно его учесть для того, чтобы восстановить эти близкие окрестности сверхмассивной черной дыры, а именно исключить ошибочные детали, которые могли бы ввести ученых в заблуждение. Эта тема была подхвачена астрономами по всему миру и сейчас продолжает активно развиваться, потому что задачи исследования близких окрестностей сверхмассивных черных дыр еще далеко не исчерпаны, но, можно сказать, только начинают решаться.

— Хотя «Радиоастрон» — уже не действующий проект, тем не менее данные с него до сих пор продолжают обрабатываться. Это так?

— В первом приближении данные были обработаны, однако хочется упомянуть важную особенность обсерватории «Радиоастрон». Дело в том, что при создании обсерватории было принято решение хранить абсолютно все исходные необработанные данные в Астрокосмическом центре, собирать их не только с космического радиотелескопа, но и с наземных телескопов. Напомню, что вместе с «Радиоастроном» могли одновременно наблюдать порядка 40 наземных антенн. Это очень серьезная логистика по сбору данных. Сейчас они хранятся у нас, их можно в любой момент достать, переобработать и, возможно, открыть что-то новое, так как методы анализа и обработки данных сейчас очень серьезно шагнули вперед. Все активнее задействуются машинное обучение, искусственный интеллект. Мы с вами знаем, что информационные технологии движутся семимильными шагами.

— Логическое продолжение «Радиоастрона» — проект «Спектр-М», «Миллиметрон», еще одна «голубая мечта» Н.С. Кардашева. Как обстоят дела с ним?

— «Миллиметрон» схож с «Радиоастроном» с точки зрения того, что там также присутствует режим наблюдения, связанный с интерферометрией. Радикальное отличие заключается в диапазоне длин волн, в котором будут проводиться наблюдения. «Радиоастрон» — это радиоволны, где длина волны составляет порядка 1 см и больше. «Миллиметрон» работает в диапазоне длин волн порядка 0,1–10 мм. Николай Семенович Кардашев возглавлял этот проект в начале, после его ухода у руля встал Сергей Федорович Лихачев, ныне руководитель Астрокосмического центра. Подход к созданию обсерватории сейчас учитывает опыт, полученный в ходе проекта «Радиоастрон». Он охватывает как технические аспекты, так и формирование научных задач. Был выбран следующий подход: определить несколько ключевых, прорывных и наиболее актуальных научных задач и настроить инструмент таким образом, чтобы он выполнил в первую очередь именно их.

— Одна из таких прорывных задач, которая чрезвычайно интересовала Н.С. Кардашева, — открытие кротовых нор. Эта цель остается?

— Да, и она связана как раз с режимом интерферометра. Обсерватория «Миллиметрон» станет не просто десятиметровой антенной, которая будет наблюдать в миллиметрах. Здесь есть еще и множество новых, чрезвычайно интересных технических решений. Помимо режима интерферометра, будет доступен  режим одиночной антенны. В этом режиме «Миллиметрон» будет проводить высокочувствительные наблюдения, как это делают телескопы «Хаббл», «Джеймс Уэбб», «Спектр-РГ». В этом режиме не задействуется одновременное наблюдение с наземными антеннами. Для него требуется высокая чувствительность, поэтому аппарат отправляется в точку Лагранжа L2 системы Солнце — Земля. Это 1,5 млн км от Земли в противосолнечном направлении. Там сейчас как раз проводит успешное наблюдение аппарат серии «Спектр» — «Спектр-РГ» (рентген- и гамма-диапазоны), а также телескоп «Джеймс Уэбб». На таком расстоянии от Земли мы превзойдем по угловому разрешению абсолютно все астрономические инструменты в мире, в том числе и «Радиоастрон», который до сих пор остается в этом плане абсолютным рекордсменом. Мы создаем интерферометр с диаметром базы в 1,5 млн км.

— Зачем так много?

— Это необходимо для выявления признаков, указывающих на то, что наблюдаемый объект может быть не просто сверхмассивной черной дырой, а, например, кротовой норой.

— Как вы думаете, удастся найти кротовые норы? Ведь многие настроены скептически, в то время как, например, Игорь Дмитриевич Новиков, научный руководитель Астрокосмического центра, абсолютно уверен в их существовании. Он считает, что скоро мы будем путешествовать через них во времени...

— Само по себе обнаружение объекта еще не означает, что мгновенно появится возможность использования знаний, которые он нам даст, в каких-то бытовых целях, хотя было бы хорошо. Мне кажется, что шансы обнаружить кротовые норы есть, однако их необходимо оценивать трезво. То, что мы сможем исследовать сверхмассивную черную дыру в 100 раз лучше, чем это сделал телескоп горизонта событий в 2019 г., уже будет серьезным шагом вперед. Но даже если мы не обнаружим проявлений кротовых нор, во-первых, это не будет означать, что их нет, во-вторых, отрицательный результат — тоже результат. В этом случае получится установить для себя новые границы и цели: какая необходима чувствительность, какое угловое разрешение, чтобы понять, какой инструмент сможет в дальнейшем действительно их разглядеть. Ну а если мы сможем обнаружить что-то похожее на кротовую нору, конечно, это будет большая победа. Мы на это очень надеемся и с этой целью в настоящее время активно прорабатываем абсолютно все моменты, связанные с проведением таких экспериментов на будущей обсерватории.

— Аппаратура для «Миллиметрона» уже строится?

— Да. Как я уже упоминал, у нас присутствуют два режима работы обсерватории. Соответственно, есть условно два комплекта бортовой аппаратуры. Один комплект предназначен для наблюдения в режиме одиночного телескопа. В первую очередь, это спектрометр высокого разрешения. Там большое количество очень интересных задач, связанных преимущественно с нашей Галактикой. Это, в частности, спектральные наблюдения с целью изучения химического состава областей, где образуются звезды и планеты; это поздняя Вселенная с примесью поиска следов жизни. Одно из направлений исследований посвящено механизмам распространения воды и ее появлению в системах, похожих на Солнечную. Особое внимание уделяется процессам образования воды на планетах в тех количествах, которых теоретически достаточно для возникновения белковых форм жизни. В настоящее время этот инструмент разрабатывают в специализированных лабораториях Астрокосмического центра.

— А второй комплект?

— Второй комплект приемников связан с интерферометрическим режимом. Он включает в себя несколько диапазонов и приемных систем, объединенных в одну единую связку. Приемники высокочастотных диапазонов также разрабатывают в Астрокосмическом центре. Сейчас уже успешно достигнуты величины чувствительности таких приемников, соизмеримые с самыми лучшими приемными системами, которыми располагает телескоп ALMA («Атакамская большая антенная решетка миллиметрового диапазона») в Чили. Это самый передовой наземный инструмент для наблюдения в миллиметровом диапазоне. Часть приемников также создают в кооперации с АО «Конструкторское бюро радиотехники и электроники» и Институтом радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН.

Есть еще очень интересный момент, связанный с режимом интерферометрии. Дело в том, что мы очень давно и тесно дружим с Корейским институтом астрономии и космических наук (KASI). Около десяти лет назад стало очевидно, что технологии создания интерферометрических систем достигли нового уровня. Наши корейские коллеги первыми предложили использовать систему квазиоптики, позволяющую проводить наблюдения одновременно на нескольких частотах за счет одновременного использования нескольких приемников. Сейчас мы создаем с учетом опыта корейских коллег такую оптическую схему, которая позволит провести первые одновременные многочастотные наблюдения в космосе.

— Правильно ли я понимаю, что если этот проект будет успешным и выполнит все свои задачи, то мы получим совершенно другую астрофизику — увидим кротовые норы, через которые предположительно можно путешествовать в параллельные вселенные, найдем другую жизнь, может быть, даже разумную, и наконец-то состоится контакт?

— Безусловно, ставятся именно такие задачи. Как говорит руководитель проекта «Миллиметрон» С.Ф. Лихачев, каждая задача, которую мы определяем в проекте, должна иметь уровень Нобелевской премии.

— Вы сами занимаетесь баллистическим обеспечением космических проектов. Расскажите об этом.

— Я руковожу лабораторией баллистико-навигационного обеспечения космических проектов. Наша задача в первую очередь заключается в баллистической поддержке научных обсерваторий, которые создают в Астрокосмическом центре. Сейчас основная цель наших работ — «Миллиметрон». Нам предстоит подобрать оптимальную орбиту для обсерватории в окрестности точки Лагранжа L2 системы Солнце — Земля, чтобы максимально качественно выполнить всю научную программу, провести все наблюдения, которые закладываются в проект. В лаборатории есть несколько направлений. Одно из них — проектная баллистика, где решаются задачи, например, по поиску оптимальной траектории для вывода космической обсерватории. Другое важное направление охватывает обработку данных и планирование наблюдений. Поэтому наша деятельность разделена: часть коллег занимаются проектированием и оптимизацией орбит будущих обсерваторий, другие, включая меня, — оптимизацией расписания наблюдений с учетом всех технических ограничений и научных требований. В настоящее время мы разрабатываем систему, которая позволит в будущем выполнять планирование для абсолютно любой космической миссии, будь то коммерческие или научные спутники. Мы хотим создать универсальный инструмент, обеспечивающий быстрое, удобное и эффективное планирование задач для спутников. Еще одно направление работы — выдача информации для обработки данных. Это связано с необходимостью максимально точного определения положения аппарата во время наблюдений для режима интерферометра. Здесь мы также опираемся на опыт миссии «Радиоастрон». Как и в предыдущих направлениях, у нас задача сводится к тому, чтобы создать полностью отечественный программный продукт. И в целом одна из ключевых задач лаборатории — разработать программный комплекс для решения задач на протяжении всего жизненного цикла любого космического аппарата.

— Помню, когда «Радиоастрон» запускали на орбиту, он раскрывался, подобно зонтику. «Миллиметрон» будет работать так же?

— «Миллиметрон» также использует опыт раскрытия крупногабаритных конструкций. Там тоже присутствует зеркало параболической формы диаметром 10 м, которое будет раскрываться. Однако все сложнее и интереснее: «Миллиметрон» будет не просто телескопом — он станет самым холодным в мире телескопом. Приемники и научная аппаратура будут охлаждаться до 4 K, а самые чувствительные элементы в ней — даже до долей Кельвина. Зеркало необходимо охлаждать до 10 K.

— Зачем это нужно?

— Для того чтобы в режиме одиночного телескопа достичь максимальной чувствительности и разглядеть самые слабо излучающие области нашей Вселенной и нашей Галактики. Напомню, что телескоп «Джеймса Уэбб» — охлаждаемый, приемные системы в нем также охлаждаются, однако заявленная температура там, если я не ошибаюсь, достигает около 6 K для аппаратуры. У нас холоднее, но у нас другие задачи и другой диапазон, поэтому сравнивать впрямую эти два инструмента не следует.

— Сакраментальный вопрос: как вы думаете, каковы реальные сроки запуска?

— Я считаю, что запуск состоится в 2035 г., как это запланировано согласно Федеральной программе «Космическая наука». Важно отметить, что сам по себе «Миллиметрон» гораздо сложнее в техническом плане, чем «Радиоастрон», который для своих времен тоже был амбициозным проектом, а его успешный запуск продемонстрировал наш технологический суверенитет. Здесь мы идем по такому же пути. Основная цель, которая была поставлена нашим руководителем, заключается в том, что ключевые критические технологии должны создаваться в Астрокосмическом центре. Например, помимо приемных систем у нас создается лаборатория криогенных комплексов для того, чтобы обеспечить «Миллиметрон» тем холодом, который необходим для выполнения научных задач. Эта технология силами руководства в настоящее время восстанавливается с нуля. Есть определенные успехи, и я думаю, что придет время, когда мы о них расскажем.

— То есть в Астрокосмическом центре будет создана криогенная лаборатория?

— Эта лаборатория уже организована. Есть очень мощный коллектив, который сейчас занимается проектированием и разработкой криогенных машин замкнутого цикла для космического применения.

— Как будет выглядеть криогенная машина?

— По сути, это компактный холодильник, который позволит в космических условиях охлаждать до нужных температур определенные области, особо чувствительные элементы. Но в действительности одного морозильника недостаточно, это многоуровневая, достаточно сложная система.

— Насколько я знаю, «Миллиметрон» — не единственный ваш действующий проект?

— Совершенно верно. В рамках федерального проекта «Космическая наука» возобновились работы над проектом «Арка». Это инициатива Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, которая прорабатывалась до 2017 г. включительно, и только сейчас было принято решение вернуться к ней вновь. Астрокосмический центр взял на себя обязательство стать разработчиком проекта. Планируется, что руководить им буду я. Он направлен на изучение физики Солнца. С учетом того, что было сделано ранее, до 2017 г., сейчас мы дополняем концепцию в сторону более интересных научных задач и повышения научного и практического потенциала этой обсерватории.

Здесь присутствует множество задач, в том числе фундаментального характера, связанных с исследованием физических процессов в короне, в переходном слое Солнца. Безусловно, важно понять, какие процессы происходят в звезде, как она устроена. Солнце ближе всего к нам, его проще исследовать в плане наблюдений за физическими процессами, проходящих в звездах подобного спектрального класса.

— Кстати, у Н.С. Кардашева была градация развития космических цивилизаций по уровню энергопотребления, и следующий за нашим уровень развития — полное освоение энергии своего светила. Вы к этому стремитесь?

— Я считаю, что мы пока не находимся даже на первой стадии по шкале Кардашева. Это где-то, наверное, треть первой шкалы, а может быть одна десятая, потому что мы еще полностью не освоили даже энергетику своей планеты. Проект «Арка» направлен, во-первых, на изучение процессов, происходящих на Солнце, а во-вторых — на изучение процессов, связанных с тем, что мы называем «космическая погода». Это очень важная область исследований не только с практической, но и с научной точки зрения. После успешного завершения проекта «Арка» мы приступаем к созданию первой отечественной солнечной обсерватории, расположенной в точке Лагранжа L1. Важно отметить, что в настоящее время в точке L1 есть уже большое количество обсерваторий Европейского космического агентства, NASA, а недавно обсерваторию для изучения Солнца запустила Индия. Все страны стремятся иметь свой независимый источник данных о нашей звезде, и нам тут не надо отставать.

— В ФИАН есть лаборатория физики Солнца и космических лучей. Вы будете сотрудничать с ними?

— Безусловно, мы будем работать в тесной кооперации внутри института, привлекая все профилированные лаборатории, отделы и отделения ФИАН, потому что мы — одна организация. Компетенции каждого сотрудника, каждой лаборатории будут важны в работе над этим проектом.

— Когда проект будет запущен?

— Год уже определен — 2033-й. Более точная дата будет зависеть от окон старта для выведения аппарата на целевую орбиту.

— Приходится ли вам отвечать на вопрос, зачем нужны все эти сложные и дорогие космические проекты, если у нас еще так много работы на Земле?

— Да, это важный вопрос, который иногда приходится слышать. Если, например, говорить о такой обсерватории, как «Миллиметрон», то, помимо прорывных научных задач, тут есть еще одна важная практическая цель. Подобные обсерватории — источник большого количества уникальных технологий, которые затем можно внедрить в повседневную жизнь. На это хочется обращать внимание обычных граждан, чтобы они понимали, что это не впустую выброшенные деньги. Не менее важно вовлечь в этот процесс профильные министерства, а также холдинги, промышленные гиганты. Это возможность получать передовые технологии, которые позволят нам уже сейчас разрабатывать уникальные решения, способные улучшать качество жизни людей, не дожидаясь даже запуска обсерватории. В этой парадигме мы задействовали Пущинскую радиоастрономическую обсерваторию, которая также относится к Астрокосмическому центру. В планах — создать научно-технологический космический центр на базе Пущинской обсерватории. Уже сейчас там есть опытное производство, которое используется в том числе для создания бортовых приемных систем обсерватории «Миллиметрон», есть опытное производство и технологии изготовления высокоточных элементов антенны главного зеркала. Мы планируем создать уникальную испытательную базу, которая будет задействована для работ по обсерватории «Миллиметрон».

— Как вы думаете, почему практически каждого человека наполняют волнением темы поиска жизни во Вселенной?

— Проблематика существования разумной жизни за пределами нашей планеты очень давно и активно обыгрывается в медийном пространстве, в фантастических фильмах, литературных произведениях. Я всегда привожу в пример слова Карла Сагана о том, что люди стали об этом задумываться, когда осознали, что не должны быть одни в этом холодном бескрайнем мире.

— То есть нас угнетает чувство одиночества?

— С одной стороны, чувство одиночества, с другой — желание понять этот мир, убедиться, что он не настолько холоден и пуст. Есть внутри нас какая-то надежда, которая подогревает интерес найти то, что станет подтверждением существования жизни за пределами Земли. Очень хочется верить, что мы не одни.

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ