Космос начинается на Земле
Как менялись космические скафандры, кто первым предложил искать гравитационные волны с помощью лазерных интерферометров, что увидел университетский спутник «Ломоносов» и как исследователи озера «Восток» доберутся до него от побережья Антарктики – обо всём этом и о многом другом можно было узнать на конференции «Дни космической науки» в Институте космических исследований (ИКИ) РАН.
Гостей конференции, посвященной годовщине запуска первого искусственного спутника Земли, по обыкновению, встречала выставка. Её изюминкой на сей раз стали элементы систем жизнеобеспечения космонавтов: скафандры, внутренние корабельные костюмы, медицинские датчики. Здесь можно было увидеть знаменитые скафандры «Пингвин», «Ястреб» (для выхода в открытый космос), разные модели «Соколов» и амортизационное кресло «Казбек», использовавшиеся при взлете-посадке.
Была здесь и одна из последних разработок – «Орлан-М», скафандр для работ в открытом космосе, вариант 2015 года. «Всего существует шесть модификаций. Если первая была снабжена лишь радиостанцией и системой управления охлаждением, то последняя снабжена настоящим компьютером, рассчитана примерно на 15 выходов в открытое пространство и не требует промежуточного технического обслуживания, в отличие от американских «одноразовых» разработок», – рассказывает Аркадий Степанов, сотрудник Центрального Дома авиации и космонавтики.
После вступительного слова директора ИКИ РАН академика Льва Зелёного началась научная сессия, которую открыл доклад академика РАН Владислава Пустовойта, соавтора (вместе с М.Е. Герцштейном) статьи 1962 года о возможности использования лазерной интерферометрии для регистрации гравитационных волн. Их существование предсказывал ещё Эйнштейн в 1916 году в рамках своей общей теории относительности. Огромный вклад в понимание природы гравитационных волн внесли Ландау, Лифшиц, Зельдович, Гинзбург.
Первые попытки их зарегистрировать предпринял Джозеф Вебер из Мэрилендского университета (США) – он использовал созданный им резонансный приемник, основной недостаток которого, однако, был в том, что он работал в узком диапазоне частот. Лазерные гравитационно-волновые интерферометры начали строить в начале 1990-х годов: в США – LIGO, или Лазерная интерферометрическая обсерватория гравитационных волн, с двумя детекторами в штатах Вашингтон и Луизиана, и в Италии под Пизой – VIRGO, французско-итальянский интерферометр. (Сегодня их создают в Японии, Индии и совместно в США и Европе.) 11 февраля нынешнего года исследователи LIGO сообщили об открытии гравитационных волн – и сделано это эпохальное открытие было как раз с помощью метода, о котором в 1962 году писали Пустовойт и Герцштейн.
Владислав Пустовойт напомнил собравшимся, что гравитационные волны образуются в результате коллапса двойных черных дыр и слияния нейтронных звезд, а также черной дыры и нейтронной звезды. Частота таких слияний составляет, по словам академика, «три – сто событий в год для масс чёрных дыр, до ста событий для солнечных масс».
Пять месяцев назад в космос был запущен университетский спутник «Ломоносов» – о первых результатах его работы рассказал Михаил Панасюк, директор НИИ ядерной физики (НИЯФ) им. Д.В. Скобельцына. С помощью этого космического аппарата исследователи надеются побольше узнать об экстремальных явлениях в нашей Вселенной – в их числе заряженные частицы, обладающие самыми высокими энергиями из существующих в природе, гамма-всплески, связанные с земной атмосферой, воздействие высокоэнергетических частиц на земную атмосферу, экстремальные процессы в магнитосфере. К настоящему времени закончены все лётные испытания и начались собственно исследования.
«Мы обнаружили любопытную вещь, – сказал Михаил Панасюк, – верхняя атмосфера Земли «светит» с частотой 50 Гц, кроме областей над США, где она светит с частотой 60 Гц». Что же касается космических лучей предельно высоких энергий, то таких частиц попадается менее одной на 1 кв. км в год, так что фиксировать их весьма непросто. Что это за частицы? Здесь нужно подождать исследований «Ломоносова», на котором для их наблюдения установлен УФ-телескоп. Подобные эксперименты проводятся в мире впервые.
Доктор технических наук, заместитель директора ИКИ РАН Евгений Лупян отметил, что главная проблема многих космических проектов – обработка данных. То есть информации в единицу времени мы получаем настолько много, что её анализ требует огромных ресурсов и времени. Та же проблема существует и с данными дистанционного зондирования Земли. В ИКИ РАН, по словам докладчика, разработаны технологии, которые позволяют создавать информационные сервисы для работы со сверхбольшими распределенными ресурсами.
С их помощью исследователь, используя только веб-браузер, может в любом месте и в любое время заходить в архивы данных и пользоваться инструментами для их обработки. В числе таких систем – Центр коллективного пользования «ИКИ-Мониторинг», который сегодня используется в десятках научных проектов.
Другой пример – спутниковый сервис «Вета-Сайенс», первоначально предназначавшийся для изучения растительного покрова, сейчас он содержит данные с 2000 года, покрывающие пятую часть земной суши и с разрешением от 1 км до нескольких метров. На основе информации из «Вета-Сайенс» созданы ежегодно обновляемые карты растительности и используемых земель – по обновлениям можно понять, например, как они менялись, то есть строить временны´е ряды.
«Из полученных данных видно, что мы потеряли около 10% темнохвойных лесов с 2000 года», – отметил Е. Лупян. По его словам, система «Вета-Сайенс» по инструментальным возможностям обработки данных делит первое-второе место в мире с Google Earth Engine. Сейчас «Вета-Сайенс» используют тридцать научных организаций. Но и это еще не все. В арсенале разработок ИКИ РАН спутниковый сервис See the Sea (STS), с помощью которого анализируют радиолокационных данных, и система мониторинга вулканов Камчатки и Курил; в планах же – создание систем для работы с данными различных планетных миссий.
О том, как ищут жизнь в подледниковом антарктическом озере Восток, рассказал Сергей Булат, руководитель лаборатории молекулярной и радиационной биофизики Петербургского института ядерной физики (ПИЯФ). Он напомнил, что опыт изучения необычных жизненных форм в условиях Антарктиды может быть очень полезен для поиска внеземной жизни.
Сергей Булат рассказал о прошлых биологических исследованиях воды из о. Восток, о том, как в 2013 году в одной из проб нашли неизвестный микроорганизм, который, однако, в других пробах не определялся. Достоверность этих данных многие ученые ставят под сомнение из-за возможного загрязнения проб воды керосином, попадающим туда при бурении. Астробиологи уже разработали новый, чистый способ отбора воды из древнего озера, но в сезоне 2015–2016 года экспедицию провести не удалось из-за банального отсутствия средств.
Есть планы совершить-таки экспедицию в предстоящем сезоне. Получится ли? Пока сказать трудно. По словам Сергея Булата, из-за недофинансирования ученым дают лишь два самолёта вместо требуемых шести и потому от побережья Антарктики до станции «Восток» им придется добираться тысячи километров по земле, на вездеходах. «Если дойдем, то пробы воды получим», – шутит руководитель лаборатории.
