«Есть люди, у которых интерес к физике пропорционален расстоянию от Земли. Наше Солнце — да что там искать, скучно! А чем дальше, тем больше неизвестного — галактики, черные дыры, Большой взрыв…» — говорит один молодой ученый другому. — «А есть те, кто вообще не понимает, зачем нужна астрономия!» «Один великий астрофизик говорил, что человек тем и отличается от свиньи, что иногда смотрит на небо», — говорит, услышав разговор, убеленный сединами коллега. Хотя убеждать в нужности своей науки тут никого не надо. В конце мая в троицком ИЗМИРАНе подходила к концу пятидневная школа-конференция КАСП-20251.
КАСП расшифровывается как «Космос, Астрофизика, Солнце и Планеты», а темы ее охватывают все масштабы пространства и времени — от того, что происходит с нашим светилом сейчас, до событий, касающихся далеких расстояний и времен зарождения Вселенной. Основные слушатели и докладчики здесь — молодые ученые, собравшиеся с разных уголков страны. Собирая программу, организаторы волновались, удастся ли собрать достаточно участников, ведь май — период сессий… Собрали, и даже больше, так что с 10:00, как планировалось, начало выступлений перенесли на 9:30. Участники сделали 64 коротких — по 15 минут — доклада, а еще 12 больших научно-популярных лекций прочитали ведущие ученые в своих областях. Таким образом, научная конференция приобрела еще и образовательный характер. Есть у нее и третья составляющая — социальная: коллеги рассказывают друг другу о своих делах, делятся опытом, идеями, да и просто общаются, играют на гитарах… в один из дней (четверг, если точно) после праздничного фуршета последние гости уходили из института уже затемно.
Звезды не вечны
В числе таких «хедлайнеров» — астрофизик и популяризатор науки, зав. отделом ИНАСАН Дмитрий Вибе с лекцией про образование звезд и планетных систем. До него был доклад коллеги по ИНАСАН Людмилы Машонкиной, посвященный эволюции нашей галактики. «Людмила Ивановна несколько миллиардов лет изложила за 50 минут, у меня будет немножко меньший временной отрезок», — улыбаясь, начал рассказ Дмитрий. Интересна эволюция не только звезд, но и человеческих взглядов на нее. Сама мысль о том, что звезды не существуют вечно, а рождаются и умирают, появилась относительно недавно — во времена Ньютона. Сам он считал, что процесс звездообразования нам не понять, но уже в XVIII веке, когда начались массовые наблюдения комет и туманностей, ученые (а именно — Гершель) пришли к мысли, что кроме звезд в космосе существует какое-то вещество, которое может стать основой для их формирования. Эти по большому счету умозрительные рассуждения перешли к более обоснованным выкладкам в середине XIX века, когда был сформулирован закон сохранения энергии и стало понятно, что звезды не могут существовать вечно — они излучают энергию, значит, должны гаснуть, а раз так, то должны появляться и новые. Физику зарождения звезд из туманностей благодаря силам гравитации описал в 1902 году Джеймс Джинс, он дал и формулу для предельной массы, выше которой газопылевое облако будет коллапсировать. Правда, тогда источником энергии звезд считался просто разогрев при сжатии. В такой модели Солнце должно было остыть примерно через 30 млн лет, что казалось приемлемым до тех пор, пока Альфред Вегенер не выдвинул теорию дрейфа материков, оценив этот процесс в 300 млн лет, а данные радиоуглеродного анализа давали возраст пород в сотни миллионов и миллиарды лет. Получается, Земля старше Солнца? Тут на помощь приходят термоядерные реакции — разогревшись от сжатия, протозвезда «зажигается» благодаря водородно-гелиевому циклу. В 1960-х появились и численные модели, правда, не всё сходилось — звезды образовывались медленнее расчетного. А после того, как учли магнитное поле, препятствующее сжатию, — напротив, слишком быстро. На смену магнитной модели пришла гравотурбулентная — по которой звезды образуются в местах схождения турбулентных течений, а молекулярные облака — это просто временные уплотнения этих течений. Истина же, как говорится, где-то посередине, т. е. надо учитывать и турбулентность, и магнитное поле.
Планеты — мигранты?
Что же касается планет, исторически первой была достаточно курьезная приливная гипотеза: мол, пролетавшая рядом другая звезда вырвала из нашей кусок вещества, из которого затем и образовались планеты. Ее сторонником был даже Джинс. А вот Кант (1755) и Лаплас (1796) придерживались привычной нам небулярной гипотезы. Из внутренней части диска, где жарче, образуются каменные планеты, состоящие только из тугоплавких материалов, и астероиды, а снаружи — газово-ледяные гиганты и кометы. Еще в позапрошлом веке была открыта Т Тельца, зарождающаяся звезда, окруженная протопланетным диском. Астрофизики изучили такие системы во множестве и в деталях. И если в целом всё понятно, то вот в деталях — много вопросов. Например, с массой: типичные размеры протопланетных дисков похожи на солнечный, а вот по массе сильно ему уступают. «Это наводит на неприятные мысли, что наша солнечная туманность была не очень типичной», — замечает Дмитрий Вибе. Или со временем образования планет: по теории — это десятки миллионов лет, наблюдения молодых звездных скоплений показывают, что это 5–10 млн лет, не больше. Значит, есть некий дополнительный механизм, этот процесс ускоряющий.
Еще один повод для размышлений — существует ли «миграция планет». Почему мы наблюдаем так много «горячих юпитеров», то есть крупных газовых планет, которые вращаются примерно на орбите Меркурия? Мог ли и наш Юпитер сформироваться ближе к Солнцу, а потом «отойти» на нынешнюю орбиту? Прямо рядом со звездой — вряд ли, иначе и нас с Землей тут не было, а вот чуть-чуть ближе — вполне возможно, и это может объяснить, почему Марс получился таким маленьким — миграция Юпитера остановила его формирование.
Времени для вопросов, как всегда, мало, а вопросов предостаточно. Может ли появиться планета без звезды? Может, но тогда мы не сможем называть ее планетой. Придумывают отдельные названия типа «планетара», но пока они не очень приживаются. Какие они, только газовые или и каменные тоже? Скорее первые, но ничто не мешает быть и вторым. «Природа не обещала нам, что она будет только использовать какой-то один путь!» — замечает лектор.
Сейчас направление на подъеме — появляются и более мощные вычислительные ресурсы, и возможности для наблюдений. Если раньше астрономы часто занимались «поиском под фонарем», изучали давно открытые и удобные для наблюдения объекты (если говорить о формировании звезд, это, например, темная туманность Барнард 68, открытая в 1919 году, в 500 световых годах от нас), то сейчас можно изучать большие участки неба, получать больше информации, набирать статистику. Словом, это интересно! Это подтверждают и выступления молодых ученых, азарт у них в глазах…
«К сожалению, не мог присутствовать на всех докладах, но те, которые застал, слушал с интересом, — прокомментировал Дмитрий Вибе. — Видно, что докладчики — с большим опытом. Я это могу оценить, потому что понимаю, о чём они говорят. Когда делает доклад студент, даже матерый студент, он детально расписывает частности, а понять общий контекст задачи зачастую невозможно. А тут соблюдается разумный баланс, понятно и что сделано, и зачем сделано».
В кругу идей
Среди таких «глубоко копающих» людей — Роман Кислов, ст. науч. сотр. отдела физики Солнца и солнечно-земных связей ИЗМИРАНа. В институте он с 2018 года, до прошлого года работал также в ИКИ. Чтобы приехать в институт к началу конференции, в 9:30, он вставал в пять утра и ехал через всю Москву. А потом — задавал вопросы практически к каждому докладу в каждый из дней! Собственный же доклад Романа Кислова набрал максимальное число баллов у оргкомитета.
«Я рассказывал про токовые слои на экзопланетах, — рассказывает он. — Промоделировал, как распределено магнитное поле и концентрация токов. Вообще токовыми слоями много кто занимается, но обычно в таких моделях сначала делают какое-то первое приближение и на нем уже строят модель, а это первое приближение обычно без гравитации, соответственно, если добавить гравитацию, токовые слои будут как минимум искаженными. И чтобы эти модели были более правильные, нужно, чтобы и первое приближение было более адекватно реальности». Речь не о компьютерных расчетах, а об аналитической модели, которая может быть применена, например, для солнечной короны, для наведенной магнитосферы Меркурия, для спутников Юпитера.
«Все доклады по-своему интересны и полезны, — говорит Роман. — Здесь много астрофизиков, тех, кто занимается звездообразованием, галактиками. А я — солнечным ветром и Солнцем. Это скорее физика плазмы, чем астрономия, многие, кто этим занимается, астрономию могли даже никогда и не изучать. Получается, участвуют в конференции люди очень разного типа. Но, соприкасаясь друг с другом, они взаимообогащаются, потому что физика — она едина. Идеи, которые есть в одной области, но нет в другой, можно сопоставить, и это может помочь нам натолкнуться на какую-то новые подходы».
От торнадо до пылинки
Всё интересное, конечно, не перечислишь. Вот, например, солнечные торнадо (доклад Ильи Никитина, ИЗМИРАН) — гигантские вихревые структуры масштабом в несколько диаметров Земли и сроком жизни от минут до дней, которые могут быть инструментом переноса энергии от внутренних слоев Солнца к короне. В институте исследуют физику процесса и строят нейросетевые модели для анализа…
И Роман Кислов, и оргкомитет отмечают доклад Анастасии Топчиевой (ИНАСАН) «Влияние вспышек светимости на состав льдов в протопланетных дисках». Это не единственный доклад Топчиевой — еще она представляла онлайн-платформу «Астрочат»2. С 2022 года каждую третью пятницу месяца под эгидой Астрономического общества3 проходят онлайн-семинары научной молодежи. А в этой работе основной объект исследования — пыль! «Каждая женщина должна заниматься пылью дома, а я — в космосе», — обычно шутит, объясняя свой выбор темы, Анастасия. Сначала она изучала межзвездную пыль, а теперь — ту, что послужила основой формирования планет и уже успела слипнуться в достаточно крупные структуры миллиметровых масштабов. По-английски ее называют pebble, в переводе — «галька», но Анастасия это слово не очень любит — звучит несерьезно. На «пылинку» осаждается лед (вода, метан, СО2, СО), а при вспышках зарождающейся звезды она испаряется и потом формируется вновь, а фрагменты пыли становятся мельче. Всё это Анастасия и коллеги рассчитывают в гидродинамической модели на компьютере. «Где-то можно эту пыль взять, подержать в руках?» — спрашивают Анастасию. «Сейчас — нет! Опоздали, — улыбается она. — Это затравки для планеты Земля в будущем».
Три слона и миллионы астероидов
Предмет исследования Марины Щербиной (тоже ИНАСАН) — астероиды, их-то как раз подержать в руках можно (если говорить о фрагментах — метеоритах). Зачем изучают астероиды, объяснять не нужно: это и полезные ископаемые, до которых когда-нибудь доберется человечество, и знания о формировании Солнечной системы, и потенциальная опасность для Земли. «Вопрос даже не стоит, ударит астероид или нет, вопрос — когда, — замечает Марина. — А мы ждем, готовимся, наблюдаем». Важно не только знать массу и траекторию астероидов, но и их структуру и состав — скажем, более рыхлый будет не так опасен, его проще разрушить. Всего на сегодня известно почти 1,5 млн астероидов, а вот оценка состава есть лишь для двух тысяч. Очень мало! Как же измеряют их параметры с Земли? Для этого существует три основных метода, как говорит она, «три слона, на которых держится исследование»: фотометрия, спектрофотометрия и поляриметрия. Фотометрия — быстрая, простая и эффективная оценка светимости, периода, кривой блеска с помощью наблюдений через набор фильтров (УФ, синий, весь оптический диапазон, красный, ИК). Спектрофотометрия сложнее, но она дает более тонкий анализ химического состава. Сравнивая результаты со спектрами отражения минералов, металлов, а также метеоритов, можно делать выводы о составе объекта. Поляриметрия же уточняет свойства поверхности, используя поляризацию отраженного астероидом света. В работе участвуют несколько обсерваторий в России, а также Казахстане и Узбекистане. Для большого числа астероидов оценка была проведена впервые, в частности, благодаря работе российских ученых добавилось 29 околоземных астероидов к 26 уже изученным. А всего таких объектов — 38 тысяч! «Да, это капля, но всё равно кто-то должен это делать!» — говорит Марина Щербина.
Изучают в ИНАСАНе и астероиды главного пояса, и тоже узнают интересное. Оказывается, астероиды бывают активные — то есть с атмосферой или «хвостом», как у комет. «Вот, например, астероид 145 Адеона, — рассказывает Марина Щербина. — В 2012 году во время прохождения перигелия был обнаружен пик отражательной способности. Мы за него ухватились, начали наблюдать дальше — что это могло быть такое? Начали добавлять пусть тонкую, но все же экзосферу из разных веществ…»
Был и более любопытный эффект. «Три астероида в марте-апреле 2019 года проявляли признаки этой активности, однако 18 марта они исчезли, — продолжает ученый. — Всё проверили на ошибки и обнаружили, что чуть раньше были два значительных корональных выброса. Скорее всего, эта ударная волна как бы срывала атмосферу, и мы попали на момент, когда ее нет, а затем она снова восстановилась. Совпадение — но интересно!»
До встречи в 2027-м!
Итоги форума подвел директор ИЗМИРАНа Артём Абунин. Вот итоговые цифры: 103 человека из 13 городов, представлявшие 31 институт, больше всего участников было от ИНАСАН, ИКИ РАН, УрФУ, ГАИШ МГУ, ГАО РАН и, конечно, от хозяев площадки. «Суть школы-конференции была в том, чтобы охватить как можно больше направлений, чтобы расширить кругозор, — заметил Абунин. — Я прослушал практически все доклады, и могу сказать, что, хотя это школа именно молодых астрономов, уровень выше, чем на некоторых «взрослых» конференциях. Это здорово!»
«Ребята, я очень рад, что вы здесь! — сказал в завершение автор идеи КАСП-2025, один из корифеев физики Солнца Владимир Нухимович Обридко. — Cоздавалось ощущение, что молодежь в науку не идет, в астрономию — в особенности, и уж во всяком случае, если кто-то из молодых пришел в астрономию, он уйдет далеко-далеко в ранние стадии развития Вселенной. Я очень рад, что ошибся, и что вас, молодых, здесь оказалось так много, любящих и старающихся что-то сделать в астрономии, великой науке, без которой человечество вообще не могло бы существовать».
И это еще не всё — Артём Абунин повел молодежь на экскурсию по ИЗМИРАНу. Показал научный музей — мемориальный кабинет первого директора института Н. В. Пушкова, рассказал о нем как ученом и как человеке, спасшем многие жизни в годы репрессий, рассказал о первом эксперименте в космосе Якова Альперта и последующих космических проектах ИЗМИРАНа, показал Центр прогнозов космической погоды…
Известно, что конференция будет проходить раз в два года, так что следующая встреча — в 2027-м. И, возможно, некоторые из тех аспирантов и магистрантов, кто приезжал сейчас с докладами, уже будут в числе сотрудников ИЗМИРАНа — в этом еще одна цель таких научных форумов.
Владимир Миловидов
Фото автора
1 www.trv-science.ru/2025/05/kosmos-solncze-i-planety
2 t.me/AstroChat_2022, vk.com/clubastrochat
Загрузка...