Переживая период своего расцвета и существуя на грани с фантастикой, астрофизика всё ещё остаётся падчерицей физики. Об этом, а ещё о таинственных силах, которые заставляют людей изучать космос, и о том, какие открытия совершили наши учёные благодаря падению метеорита «Челябинск», мы поговорили с доцентом кафедры общей и теоретической физики физического факультета ЧелГУ астрофизиком Сергеем Замоздрой.
«Интерес к космосу у меня с детства: любимой игрушкой был луноход, – признаётся Сергей Николаевич. – В студенческие годы эта страсть дополнилась интересом к магнитным явлениям. Никогда не забуду, как профессор Александр Егорович Дудоров на правах научного руководителя предложил мне книгу «Магнитные поля галактик». После того как я прочитал её от корки до корки, моментально осознал, что это было самое увлекательное чтиво в моей жизни – настолько живо авторы изложили научный материал. Думаю, это событие во многом и определило мою дальнейшую судьбу в профессии. Именно с тех пор я изучаю магнитные поля молодых звёзд».
- Ощущаете ли вы сегодня всплеск интереса к астрофизике со стороны школьников и студентов?
- Этот интерес стабильно небольшой, но устойчивый. Радует, что он сохраняется, и всегда есть дети, чем-то похожие на меня самого в детстве. Заметил, что астрономией часто бывают увлечены младшеклассники. А потом родители начинают давить своими представлениями о том, в какие кружки ходить и какую специальность выбрать, чтобы быть успешным.
- Как сказалась на подготовке абитуриентов отмена преподавания астрономии в школах?
- Я этот факт оцениваю как диверсию. Долгое время шло целенаправленное разрушение системы образования нашей страны. Между тем, темпы развития науки и техники в советские годы свидетельствовали о том, что наша система образования – лучшая. Но кому-то было выгодно сделать из России отсталую страну. Сейчас стало ясно, что без астрономии мы потеряем будущее поколение ракетчиков, космонавтов, учёных, и астрономию вернули в школы, но, к сожалению, часов на преподавание этого предмета выделили немного. Астрономия остаётся падчерицей в доме у физики. Конечно, это сказывается на уровне школьных исследовательских работ. Преподаватели ЧелГУ давно работают со школьниками на разных площадках, поэтому мы можем достоверно судить о подготовке по той или иной дисциплине. Серьёзно астрономией в школах сейчас просто некому заниматься. К сожалению, это касается и в целом естественных наук, где так важна экспериментальная часть.
Но у нас в Челябинске ещё есть клуб астрономов «Апекс» во Дворце пионеров, да и в разных районах города работают энтузиасты, которые на базе школ продолжают готовить ребят по космической тематике. Мы в ЧелГУ со своей стороны всячески поддерживаем это движение, в первую очередь через проект «Малая академия», который позволяет связать школьников с университетом. Вот одна из участниц «Малой академии», Настя Литвинова, уже студентка 3 курса, специализируется именно на астрофизике.
- Говорят, современная астрономия – почти всегда именно астрофизика. Вы согласны?
- Не совсем. В современной науке есть место всему. Астрономия занимается преимущественно наблюдениями, а астрофизика – это, прежде всего, теория. Следовательно, астрофизика – часть астрономии, которая с точки зрения физики объясняет всё, что наблюдают астрономы. Наблюдатели и теоретики немыслимы друг без друга. Но есть экспериментальная астрофизика, где работают, к примеру, с детекторами, которые фиксируют частицы из космоса, и эта область астрофизики ближе к астрономии.
- Как бы вы охарактеризовали тот период, который переживает сейчас астрономия как наука?
- Расцвет! И связан он с развитием технологической базы – электроники, компьютерных методов обработки. Процессоры стали настолько мощными, что позволяют вытягивать данные даже из скудных наблюдений. Совершенствуются чувствительные элементы в рентгеновском и гаммадиапазонах. Увеличилось количество нейтринных обсерваторий, теперь их больше десяти. В общем, и данных стало больше, и обработка их улучшилась в разы. Но главное – появились новые каналы получения информации – нейтрино, гамма-кванты, рентген, гравитационные волны. Образно говоря, мы теперь смотрим на Вселенную большим числом разных глаз.
- В каких направлениях наиболее интенсивно развивается астрофизика?
- Самые топовые темы сегодня касаются космологии, темы происхождения Вселенной. Когда она начала расширяться и с какой скоростью? Когда возникли первые галактики? Учёные, отвечающие на эти вопросы, находятся на переднем крае науки. Именно в этой области сосредоточена наиболее дорогая техника. Современные телескопы позволяют заглянуть в прошлое Вселенной. Известно, что свет идёт со скоростью 300 000 км в сек., это происходит на фоне расширения Вселенной. Самые далёкие объекты, которые мы сейчас наблюдаем, испустили свой свет 13 млрд лет назад. Космология пытается узнать, что там, на краю. Это своеобразная машина времени.
- Изучая те галактики, которые от нас далеко, мы можем понять, какой была наша?
- Да, примерно. Чем глубже мы смотрим, тем дальше в прошлое продвигаемся. Видя маленькие далёкие галактики, понимаем, что и наша галактика, Млечный Путь, не всегда была такой огромной. Скорее всего, она образована путём слияния маленьких галактик. Сейчас стало ясно, что они постоянно поглощают друг друга. Этот процесс длится уже 13 миллиардов лет, и за это время было много подобных событий. Нас могут поглотить? Да, возможно, через пять миллиардов лет наша соседка – гигантская Туманность Андромеды – врежется в нашу, они сольются и образуют нового монстра. При этом народится много новых звёзд, они начнут взрываться и погубят те скудные остатки жизни, которые ещё остались…
- Звучит как синопсис фантастического романа.
- Астрофизика – это наука, которая существует на грани с фантастикой, но при этом позволяет делать очень далёкие прогнозы. Через 5 млрд лет Солнце тоже изменится – начнёт разбухать; Земля будет «поджариваться», да и другие планеты станут нагреваться сильнее. Когда Солнце сбросит оболочку, планеты будут уходить дальше.
- Вы упомянули о том, что развитие астрофизики тесно связано с развитием технологий. Но в ЧелГУ нет мощных телескопов. Вам это не мешает заниматься топовыми темами?
- Астрофизика – это прежде всего теория. Мы учим считать, решать сложные задачи. Пытаемся объяснить в своих исследованиях наблюдательные данные. Хорошая теория, которая согласуется с экспериментом, – это очень практичная вещь. Она позволяет объяснить явление и предсказать будущие процессы, например, рождение звёзд.
- В чём заключается лично ваш вклад в теорию звёздообразования?
- Я, как продолжатель направления, заданного профессором Александром Егоровичем Дудоровым, занимаюсь темой остаточного магнитного поля молодых звёзд. Моделирую на компьютере, как сжимается огромное облако, как постепенно меняется в нём магнитное поле, влияющее на активность звезды. Но не только. Магнитное поле звезды через вспышки воздействует и на космические аппараты; создаёт магнитные бури на Земле. Более того, существует связь магнитного поля Земли с жизнью на ближайших планетах. Моё исследование позволяет понять, почему у одних звёзд слабое магнитное поле, а у других сильное. Тема не такая фундаментальная, как космология, но мне нравится.
- Протозвёздные облака, протозвёзды – чем они интересны?
- Это как раз те объекты, из которых получаются звёзды и планеты. Нам же нужны запасные планеты недалеко от Солнца, на которые можно отправить колонистов! Вдруг в Землю врежется гигантский астероид, который мы не заметим? Ну хорошо, заметим, но остановить-то не сможем. Вот тут-то и пригодится запасная планета, а лучше несколько. Сейчас астрономы активно ищут экзопланеты, то есть планеты возле других звёзд. Изучение протозвёздных облаков помогает понять, возле каких звёзд образуются планеты, похожие на Землю. Теоретически в зоне жизни могут быть подходящие планеты, их надо просто хорошо поискать.
- Можете ли вы оценить текущее развитие астрофизики в России? Как?
- Как вялотлеющее. В Советском Союзе гораздо больше вкладывали в развитие астрофизики. Тот технологический скачок, о котором я говорил, связан с гигантскими затратами. Долгое время наша страна просто не могла их потянуть. Только сейчас мы начинаем вкладывать деньги в мегасайенс-проекты. Но в первую очередь это касается ядерной физики, ведь здесь и наша обороноспособность, и ядерная энергетика – то, что нужно для выживания государства.
А вот астрофизика остаётся на остаточном принципе финансирования. Один показательный пример. У нас есть хороший телескоп, мы умеем делать оптику, но существует проблема со светочувствительными матрицами. Мы закупали их в Великобритании. Сейчас их нам не продали из-за санкций. Теперь этот телескоп для наблюдения за астероидами, который находится в Сибири, работает на 10 % своей мощности. И мы получаем в десять раз меньше данных, чем могли бы.
- Сможет ли когда-нибудь астрофизика ответить на сакраментальный вопрос о том, одиноки ли земляне во Вселенной?
- Это вопрос астрономии, наблюдения. Если допустить, что существует не сильно развитая цивилизация, то её заметить при настоящем уровне развития оптики очень сложно. Нужно поближе подлететь. И есть проекты поиска внеземных цивилизаций, которые финансируются энтузиастами, частными инвесторами, которые тратят свои деньги не на яхты и бриллианты, а на телескопы. Они ловят сигналы, которые похожи на искусственные. Так что поиски идут, хотя контактов с внеземными цивилизациями как не было, так и нет. Но лично я верю, что когда-нибудь мы найдём разумную жизнь в космосе, потому что по теории вероятности цивилизаций только в нашей галактике может быть несколько миллионов.
- Относительно недавно, в 2021 году, на Землю упал очередной метеорит, в котором нашли некие органические вещества, которые якобы косвенно подтверждают существование жизни за пределами Земли.
- Ну и что? Метеориты – это остатки астероидов, гигантских глыб, которые летают среди планет. А астероиды сформировались из пылинок, которые впитали в себя очень многое. Они вбирают в себя все молекулы из газа. В космосе есть практически все земные органические соединения. В некоторых местах возникают условия для образования сложных молекул. Это часто наблюдается в межпланетной, межзвёздной среде. Неудивительно, что в метеорите нашли органику. В метеорите «Челябинск» также есть мелкие органические вкрапления.
- Для того чтобы найти жизнь на других планетах, требуется новый технологический скачок?
- Прежде всего, нужны экспедиции роботов, которые будут бороздить просторы галактики и передавать нам то, что увидели. И такие проекты есть. Особые детекторы можно разогнать до 1/10 скорости света, и через несколько сотен лет они достигнут Альфа Центавры или Проксима Центавры. А уже оттуда они передадут нашим потомкам то, что увидели. Но если звездолёты научатся достигать хотя бы 90 % скорости света, то уже за жизнь одного поколения можно будет получить данные с ближайших областей нашей галактики. А пока всё упирается в гигантские расстояния. Но если мы сделаем туннели в пространстве или иные способы сверхсветовых перемещений, то…
- Вы, как челябинский астрофизик, «проснулись знаменитым» вскоре после 15 февраля 2013 года. Какой самый странный вопрос вам задали о Челябинском метеорите за 10 лет?
- Меня делегировал на общение с прессой мой шеф Александр Егорович Дудоров, которому быстро надоело отбиваться от журналистов. Конечно, вопросы были разные. Чаще всего спрашивали: «А что, если бы метеорит упал на Челябинск?». Кстати, если продолжить траекторию, метеорит летел прямиком в Государственный ракетный центр имени академика В. П. Макеева, то есть туда, где умеют бороться с такими угрозами. Но, чтобы туда попасть, ему нужно было бы быть железным. А наш метеорит был из хрупкого камня и по дороге рассыпался. Будь он попрочнее, упал бы на Миасс. А вот самые нелепые вопросы обычно были связаны с нашими войсками ПВО. Например: «А вы докажите, что метеорит не ракетой сбили!». Дело в том, что масса и размер этого тела, примерно как у многоэтажного дома. Сбить ракетой такую махину нереально. И осколков ракеты не найдено. Так что эта гипотеза никакой критики не выдерживает.
- Насколько сильно падение метеорита «Челябинск» смогло изменить вектор астрофизических исследований в ЧелГУ?
- Да, тема нам в одночасье свалилась на голову. Пришлось резко погружаться в неё, становиться искателями метеоритов, во многом досконально разбираться. Как ни удивительно, нам всё удалось. За год мы так поднаторели в этом, что опубликовали работы хорошего уровня. Всё потому, что у нас была база: мы и раньше занимались сложными вопросами. Исторически школа Александра Егоровича Дудорова была связана с исследованиями магнитной газодинамики процесса звёздообразования. Напрямую эта тема с метеоритом не связана, но у нас был опыт расчёта течений газа. Мы хорошо понимали природу процессов нагрева и охлаждения, эволюции космических пылинок. Кроме того, у нас в ЧелГУ сильные физики. В частности, команда Александра Майера занимается вопросами прочности. Объединение знаний о газодинамике и о прочности позволило хорошо рассчитать процесс разрушения метеороида. Очень кстати оказались и специалисты по магнитным материалам, это школа Василия Дмитриевича Бучельникова, продолжатель которой, в частности, наш ректор Сергей Валерьевич Таскаев. Учёные этого направления и занялись вопросами магнетизма метеорита «Челябинск».
В итоге наших компетенций оказалось достаточно, чтобы за год погрузиться в тему и провести исследования на достойном уровне. Мы получили признание наших московских коллег, которые этой проблематикой занимались всю жизнь. Конечно, нам далеко до их очень сложных моделей, но какие-то моменты мы схватили. Теперь они даже на нас ссылаются. Так что метеорит попал на подготовленную научную почву.
- Изучение метеорита лежало в плоскости экспериментальной науки?
- Теория и практика тесно объединились. Мы, будучи кабинетными учёными, теоретиками, ходили по снегу и собирали образцы. Да, пришлось погружаться в тонкости экспериментальной науки. Но, как говорит наш профессор Александр Владимирович Лаппа, хороший экспериментатор прежде всего должен быть хорошим теоретиком. И наша теоретическая база помогла быстро освоить экспериментальную часть. На несколько лет тема метеорита стала одной из основных в деятельности физиков ЧелГУ. Сейчас интерес к ней немного снизился, как и в целом в мире. Но это закономерно, ведь основные результаты получены. Тем не менее до сих пор наши студенты занимаются метеоритной темой.
- Метеорит уже почти «выжали» с научной точки зрения?
- До конца эту тему ещё долго не исчерпать. Собрано много фрагментов, и в каждом можно найти интересные минералы, вкрапления. Материала нескольким поколениям студентов и аспирантов хватит ещё на несколько десятков лет.
- Если говорить о вкладе в изучение метеорита «Челябинск» учёных ЧелГУ, российских учёных из других вузов, зарубежных астрофизиков, каковы эти доли примерно?
- Вклад учёных ЧелГУ – процентов десять. И это очень много в мировом масштабе. Большая удача, что как раз в это время наш профессор Николай Горькавый работал в аналитической группе спутника «Суоми» (NASA). Ему поступали данные о состоянии верхних слоёв атмосферы, и он с первых же минут следил за всеми сообщениями про Челябинский метеорит. После получения виз к нам прилетели американские учёные, и среди них – самый известный «ловец метеоритов» Питер Дженнискенс. Наш Сергей Хайбрахманов объехал с ним половину области, проводя опросы населения. Но раньше всех приехали москвичи, за ними чехи. Так что уже в первую неделю мы стали общаться очно со специалистами мирового уровня. А заочно, по интернету, общение завязалось с первых минут. Неудивительно, что в качестве соавторов наши учёные вошли в самые топовые публикации по метеориту, в том числе в журналах Science, Nature.
- А насколько метеорит «Челябинск» позволил уменьшить долю непознанного в астрономии вообще и о метеоритах в частности?
- Может быть, на одну миллионную процента.
- Настолько мало мы знаем о космосе?
- Конечно! Да, метеоритная тематика исследована лучше, чем кротовые норы или чёрные дыры. Но мы стали свидетелями лишь одного события. Тела размером с легковой автомобиль падают несколько раз в год. Чаще всего они вспыхивают над малонаселённым районом или над океаном. Находят метеориты, особенно их крупные фрагменты, довольно редко. Несколько метеоритов в год находят из свежеупавших, десятки – из тех, что прилетели давно. Есть международная база данных по метеоритам, она медленно, но неуклонно пополняется. Там уже десятки тысяч кусочков. На Землю ежегодно падает около десяти тысяч тонн метеоритного вещества. В основном в виде мелких песчинок. Из них мы находим лишь сотни килограммов. Наш метеорит относится к обыкновенным хондритам. Похожие метеориты уже были известны науке. В этом плане сенсаций не было. Но случились и открытия.
- Какие?
- Первое связано с огромными пылевыми шлейфами, которые разносятся воздушными течениями. Течения есть не только в океанах, но и в верхних слоях атмосферы. Гигантские потоки окутывают всю Землю. Это связано с циркуляцией тепла. Совокупность солнечного нагрева и вращения Земли приводит к глобальной циркуляции. Об этом, конечно, было известно, но мы не знали, что шлейфы метеоров разносятся по всей планете. Было непонятно, насколько масштабно это явление. Оказалось, что за четыре дня пыль от Челябинского метеорита окутала всю планету. Гигантское аэрозольное кольцо измерили с помощью спутников. Первое открытие заключалось в том, что мы можем обнаруживать следы крупных тел по их пылевым шлейфам. Второе открытие нам подарила метеоритная пыль, представляющая собой микроскопические останки космического тела. Мы заинтересовались тем, что эти пылинки связаны друг с другом тонкими стеклянными нитями. Раньше, находя пылинки со стеклянными хвостиками, учёные думали, что эта особенность связана со взрывом. Но в нашем случае удара о Землю не было, тело разрушилось в атмосфере. Значит, в атмосфере вещество плавилось, вытягиваясь потоками воздуха. Мы установили, что при падении космических тел производится что-то вроде минеральной ваты.
- Правда ли, что Челябинский метеорит, по сути, не представляет собой ничего уникального, кроме того, что это первый случай в истории, когда космическое тело упало в густонаселённой местности и событие было зафиксировано на множество видео- и фотокамер?
- Да. У людей было много видеорегистраторов, которые засняли падение. Активно работали в это время космические аппараты, а также инфразвуковые датчики, которые следят за прекращением ядерных испытаний, фотодатчики, а также спутники, которые ведут контроль за всеми вспышками. Всё это сослужило добрую службу учёным. Все видеоролики теперь хранятся на серверах. Изучать их можно ещё долго.
Да, такого уровня падения были и раньше. Взять хотя бы Тунгусское явление. Но оно случилось не в густонаселённом районе и в то время, когда не было таких объективных средств контроля, как в наше время. В 1908 году были лишь сейсмические самописцы, которые следили за землетрясениями. Они и засекли колебания. А Челябинский метеорит упал, когда человечество было готово его изучать.
В 2020 году случилось падение крупного тела массой около десяти тонн в горах на территории Китая. Вспышка длилась секунд 15-20, что говорит о пологой траектории. Но пока фрагментов этого космического пришельца не нашли. Были и послабее события. «Легковые автомобили» на Землю падали, фрагменты находили.
- Можно ли предсказать, когда следующий большой метеорит упадёт на Землю?
- Объекты такого размера, как Челябинский, 19-20 метров, в огромном количестве летают по Солнечной системе. Несколько миллионов из них потенциально опасны. Какие-то из них обязательно столкнутся с Землёй. Это и происходит с периодичностью два-три раза за 100 лет. Мы имеем все шансы ещё раз пережить падение метеорита. Предсказать, где и когда это произойдёт, мы, увы, не можем, ведь эти тела относительно маленькие. 20 метров для космоса – это не размер! В зоне видимости они появляются, когда подлетают к Земле, и то не со стороны Солнца, как Челябинский. Но засечь их можно, если вынести в космос специальные телескопы. Такие проекты есть, но всё упирается в финансирование. И этом случае мы сможем за несколько суток до подлёта обнаружить такие тела, рассчитать их траекторию, предупредить население об опасности. Такие телескопы должны находиться в точках Лагранжа – там космический аппарат может десятки лет висеть почти без затрат топлива. На уровне МЧС всё готово, и мы, по сути, понимаем, как вести себя при метеоритной угрозе. Теперь надо решить, куда именно запустить телескопы и главное – где на это взять деньги.
- Теоретически человечество может обнаружить космическую угрозу?
- Обнаружить – да. Но как её предотвратить – это отдельная тема. Тут нужны ракеты с ядерными боеголовками, но есть запрет на испытание ядерного оружия в космосе. Тем не менее проекты такие есть. И, повторюсь, мы охотнее тратим средства на вооружение, чем на защиту от метеоритов. Метеорит – это самая явная космическая угроза, которая повторялась уже неоднократно. Челябинское событие ярко показало, что даже 20-метровые тела могут быть опасны. Раньше ошибочно думали, что опасны только тела более ста метров. К слову, 20-метровый метеорит можно обезвредить с помощью тактического ядерного оружия, поэтому, думаю, в будущем государствам предстоит договариваться на эту тему.
Автор материала Наталия ЧАНОВА,
фото: Станислав Кикосов, пресс-служба ЧелГУ, открытые источники.