Человек идёт за солнцем
Что связывает судно «Академик Фёдоров» в Антарктике и село Торы в Бурятии, отчего полярное сияние вдруг возникает в средних широтах, почему знаменитый «солнечный крест» в урочище Бадары может превратиться в букву «Т»? «Иркутский репортёр» смотался 300 км туда и обратно, побывав в трёх обсерваториях Института солнечно-земной физики СО РАН. Сегодня рассказ о двух первых из них – геофизической обсерватории в Торах и радиоастрофизической в Бадарах.
«Мы излучаем, мы же и принимаем»
150 км от Иркутска. Посёлок Торы. Мы как будто на другой планете. Мачты, причудливо опутанные сетью проводов. «Тут такое небо! Антенны наши потрясающе красивы в мороз, когда заиндевелые да ещё на тёмном небе», – встречает нас научный сотрудник обсерватории Иван Брынько. К нам подбегает огромный пёс-кавказец.
– Сторож ваш?
– Во-первых, друг!
Место для станции выбирали очень трудно, этим занимался ещё первый директор, покойный Виктор Дмитриевич Кокоуров. «Объездили всё, – вспоминает Иван Брынько. – И в конечном счёте оказались в Бурятии. Красота здесь, летом ни комаров, ни паутов, а воздух такой, что, кажется, можно резать и мазать на хлеб». Здесь всё обустроено. Пасутся овцы – это хозяйство сторожей. На наблюдательной станции радиокомплекса жилые комнатки с кроватями, кухня с печью, бойлер. На территории – гараж, баня. Сейчас в Торах работают четыре лаборатории, в планах сделать ещё две, чтобы закрыть весь комплекс – от радиоизмерений до оптических и магнитных.
В аппаратном зале на стене – портрет мужчины. «Это отец всей нашей методики измерений, старейший сотрудник ИСЗФ Василий Емельянович Носов. Он был основателем и вдохновителем идей всего нашего комплекса», – говорит Иван Брынько. С 1967 года, когда тут начались работы, поколения учёных сменились. Из Иркутска периодически для контроля и отладки аппаратуры приезжают 4-5 инженеров, но на постоянном мониторинге станцию обслуживают трое сельских жителей. «Довольно-таки толковые люди, хотя только со средним образованием, молодые, никому ещё 30 лет нет», – даёт характеристику своим местным коллегам Иван Брынько. В Торах работы почти нет, люди живут подсобным хозяйством, скотом. Потому за зарплату в 15–17 тысяч сюда рвутся, и когда появляется вакансия, конкурс солидный.
Самое страшное, если ошибёшься. Могли и побить»
Иван Брынько подводит нас к застеклённому шкафу. За стеклом – экран монитора. «Это наш приёмный комплекс», – показывает он. Называется это всё сложно: «радиофизический приёмо-регистрирующий комплекс УКВ- и КВ-диапазонов». В недрах этого компьютера – восемь приёмников. «Сейчас у нас идёт модернизация, буквально две недели назад демонтировали старое аналоговое оборудование, переходим на цифровое», – поясняет учёный.
– А что изучаете?
– Изучаем реакцию ионосферы на наши же сигналы. Мы же излучаем, мы же и принимаем. Один из сигналов излучается в Торах, второй – в Усолье-Сибирском, третий принимаем с Кипра, в этом случае используем даже натовский передатчик в своих целях. Сигналы передаются из района Санкт-Петербурга. Периодически включаются Норильск, Хабаровск, Магадан. А есть ещё и общероссийская сеть. Тут с нами в кооперацию входят
ИЗМИР АН (Москва), Институт Арктики и Антарктики (Санкт-Петербург), Нижний Новгород. Мы перекрываем, по существу, всю Россию. Сейчас у нас ведутся работы с исследовательским судном «Академик Фёдоров», которое находится в районе Антарктиды.
Когда-то в самом начале наблюдений учёные решали задачи надёжности и достоверности радиосвязи. «Излучали сигнал во всём диапазоне, смотрели, какие частоты проходят на тех или иных трассах, и строили модель канала связи», – неторопливо говорит учёный. Увидев наши лица, не осенённые пониманием, Иван Брынько показывает на экран.
– Вот смотрите, так выглядит сигнал после обработки. – На экране размытая полоса, ничего нам, гуманитариям, не говорящая. Физик показывает в один её конец: – Если осуществлять связь в этом месте, в этом частотном диапазоне, то сигнал очень слабый. Нужен будет очень мощный передатчик. А вот тут, – он показывает на другой участок, – сигнал высокого уровня, значит, при минимальной мощности передатчика он будет наиболее достоверным. В конце 70-х мне удалось побывать в Антарктике, там раз в неделю устанавливали телефонную связь, чтобы полярники могли поговорить с родными. Так вот радисты к нам прибегали и спрашивали: «На каких частотах работать?» Самое страшное было, если ошибёшься – могли и побить. Шутка.
Сейчас задача у учёных расширилась. Они изучают, как влияют вспышки на Солнце и геомагнитные бури на радиосигналы, и по изменениям параметров принимаемых сигналов можно судить о геофизических процессах. «Пока что наш приёмный пункт в России, да и не только в России, является одним из наиболее мощных, – говорит Иван Брынько. – Мы до сих пор являемся одной из ведущих организаций в области ЛЧМ-сигналов (линейной частотной модуляции). Вы видели, наверное, перед домом стоят такие маленькие антенки, как стульчики? При их помощи мы решаем ещё одну задачу. Когда пролетает грузовой космический корабль «Прогресс», он, корректируя орбиту, включает передатчики. Мы смотрим, как влияет ионизационное облако, создаваемое работой двигателя, на радиосигнал, и переносим эти данные на «солнечный ветер», что позволяет нам скорректировать модель ионосферы».
Кадры, как и много лет назад, поставляет физфак ИГУ. «Мы ещё студентами ходили в СИБИЗМИР, – рассказывает кандидат физико-математических наук, специалист по гравитационным волнам Александр Сорокин. – Сразу после вуза в 1974-м я попал в Тикси. Мы там полночи не спали – такое было полярное сияние! Лежали, задрав носы в небо». Он занимается инфразвуком – одной из ветвей акустикогравитационных волн, которая отображает человеческую деятельность. Исследует взрывы, в том числе ядерные. Скоро пространственная сеть датчиков будет расширена, и тогда удастся настроить систему синхронно с другими наблюдениями. Правда, Сорокин опасается: передавать науку кому? Специалисты здесь получают 20–25 тысяч. «Молодым такая зарплата мало интересна», – говорят учёные.
Александр Белецкий, научный сотрудник лаборатории физики нижней и средней атмосферы, как раз тот, кому интересно. Он ведёт нас к оптикам. Здесь группа учёных с 80-х годов занимается «собственным свечением верхней атмосферы земли». График работы такой: ночь дежуришь, днём спишь. За одну ночь приборами записывается около 30 гигабайт данных. «У нас установлена аппаратура, регистрирующая излучение ночного неба в различных диапазонах спектра – от ультрафиолетового до инфракрасного, – рассказывает Александр Белецкий. – На высотах больше 80 километров наблюдается оптическое излучение, обусловленное хемилюминесценцией. Иногда, во время больших геомагнитных бурь, на широте Иркутска можно наблюдать среднеширотные сияния, во многом подобные полярным сияниям. В начале 20 века при наблюдении полярных сияний были выявлены основные эмиссионные линии атомарного кислорода: зелёная, с высотой высвечивания около 100 км, и красная с высотой около 250 км. Зачем наблюдать это? Чтобы изучить состояние атмосферы. Потому что она реагирует подчас на события, происходящие даже в глубинах земли.
– Мы, к примеру, видим предвестники землетрясений за 3–5 дней, – говорит учёный. – У нас были исследования, когда мы брали свершившееся землетрясение и смотрели наши данные за несколько дней до этого. И практически всегда были возмущения в верхней атмосфере на определённых периодах. Но как узнать, землетрясение ли было источником этих возмущений? Источниками внутренних гравитационных волн, которые распространяются по всему земному шару, могут быть тайфуны, тропосферные изменения, взрывы, солнечные затмения. Научиться их разделять – одна из самых важных задач.
Откуда на широтах Иркутска «полярное сияние»? Виноваты вспышки на Солнце. Когда выброшенное вещество достигает атмосферы земли, идёт мощная бомбардировка её верхних слоёв заряженными частицами. Так называемые «авроральные овалы» (овальные зоны-пояса, окружающие магнитные полюса Земли) расширяются иногда до наших широт. Оптики тоже следят за «Прогрессом». «В дальнейшем, если нам удастся отработать методику, мы сможем наблюдать факт включения двигателей космических кораблей», – замечает Александр Белецкий.
– Инопланетян? – оживились журналисты.
– Ну, инопланетяне, наверное, как-то по-другому летают, – смеётся он.
– Неопознанные объекты не отслеживаете?
– Специально – нет. Но когда что-то непонятное происходит, смотрим и удивляемся. Я лично один раз видел, а мой руководитель – несколько раз.
Они провожают нас вместе. Люди и огромный пёс-кавказец. В общем, не за деньги работают – за «полярное сияние». Пёс – за дружбу. Александр Сорокин на прощание говорит: «Передайте там привет Бадарам и Мондам! Я в Бадарах работал…»
Главные по «тарелочкам»
– Вот она, деревня Бадары, – с радостью вывалились мы из машины ближе к часу дня. От Иркутска уже 220 километров.
– А деревни никакой нет. Это урочище, – поправили нас. – Грибники приезжают, часто тут требуют деревню. Мы говорим: «Нет ничего», а они подозрительно так смотрят, думают, мы точно что-то скрываем.
Сибирский солнечный радиотелескоп. Две огромные полосы, 256 параболических антенн, «тарелок», как называют их здесь, крест накрест. 128 с севера на юг и 128 с запада на восток. «Слышите?» – останавливает нас сопровождающий. Идут щелчки. Это каждая из 2,5-метровых антенн поворачивается вслед за движением Солнца. Все – синхронно. Несколько тарелок выбиваются из ряда товарищей – они повёрнуты совсем в другую сторону. Случилась гроза, а разряд пришёл совсем рядышком, часть антенн «выбило», но скоро последние вернутся в строй. Наблюдения ведутся круглосуточно, телескоп требует энергии, и главную беду тут называют сразу – три рубля за киловатт-час, «Бурятэнерго». На самой обсерватории работают 15 исследователей посменно – это как раз то место, куда молодёжь рвётся, даже отбиваться приходится. Всё большое хозяйство обслуживают ещё около 30 человек. Рассказывают, что когда-то команда ГАО РАН (Пулковская обсерватория), создававшая легендарный РАТАН-600, входящий в состав САО РАН (станция Зеленчукская, Северный Кавказ), посетила Иркутск. Группа была на затмении на островах Кука, возвращались через Китай на родину, и тут-то сибиряки их «поймали». Идея построить Сибирский солнечный радиотелескоп в том виде, как он есть, родилась во время общения сибизмировцев и пулковчан.
Учёные накормили нас борщом и котлетами и только потом повели в центр наблюдения. В здание без бахил заходить нельзя. В зале – огромная пальма, бог весть с каких времён тут растущая, её ветви покрывают почти весь потолок, под ней в уголке – стол с компьютером. Вот сюда выводятся данные с телескопа.
– Вот тёмненький овальчик, вот светленький, и на нём пятнышки, – начинает сразу на понятном языке заведующий лабораторией мониторинга солнечной активности отдела радиоастрофизики, кандидат физико-математических наук Сергей Лесовой. – Это, в принципе, и есть то, что сейчас в реальном времени наблюдает телескоп. В исходном, «сыром» виде радиоизображение Солнца выглядит именно так.
– А почему пятна тёмные и светлые?
– Солнце – магнитная звезда. Когда в солнечном веществе появляется магнитное поле, частички из него «выталкиваются», оно становится легче и всплывает. Пятна тёмные оттого, что магнитное поле сдерживает перенос тепла, поэтому в областях, где есть магнитное поле, вещество холоднее. А вот в радиоизлучении светлые области появляются в основном над пятнами. В магнитном поле пятен собираются частицы, электроны. Они вращаются в магнитных полях и дают достаточно сильное свечение. Где вы видите более светлое пятно, оттуда радиоизлучение идёт мощнее. Сам солнечный диск излучает как тело, разогретое до 16 тысяч градусов. А в областях над пятнами– сотни тысяч и миллионы градусов.
В радиодиапазоне излучает не само Солнце, которое мы видим глазом, а то, что находится над фотосферой, – хромо-сфера и корона. Вот корона, окружающая Солнце на высотах выше 10 тысяч км, и является одной из главных загадок. «Само солнышко разогрето до температуры 5 или 6 тысяч градусов, – рассказывает Лесовой. – А корональные температуры достигают миллионов градусов. Почему – это большой вопрос. Так происходит не только на Солнце, но и на других звёздах». Пока существует две попытки объяснить этот феномен. Возможно, энергия от ослепительного «шарика» к короне передаётся как в волне, накатывающей на берег, разогревая корону. А возможно, на Солнце происходят постоянные маленькие вспышки. «Представьте себе, что из солнечных пятен, где есть магнитные поля, выходят пучки проводов, они все структурированы и очень тоненькие, – рисует нам странную картину Лесовой. – Они между собой немного переплетаются и искрят. Если искрят очень сильно и начинают сливаться, может получиться вспышка». Эта фундаментальная задача пока не может быть решена: не хватает экспериментальных данных, чтобы подтвердить ту или иную гипотезу.
– Нам интересны корональные магнитные поля, – говорит Сергей Лесовой. – Когда происходит вспышка, то идёт преобразование энергии магнитного поля в энергию частиц. А как это происходит – непонятно. Чтобы узнать это, необходимо измерить корональные магнитные поля, но пока нет инструментов для этого. Все существующие телескопы ещё не так совершенны.
Сибирский солнечный радиотелескоп наблюдает корону на частоте 5,7 ГГц. А астрономам нужна трёхмерная структура полей в короне, иначе нельзя понять, как они изменяются и изменяются ли вообще. Значит, нужен радиотелескоп, способный вести измерения на разных длинах волн. В мире таких нет, есть только проекты. Американцы пытались, но остановили попытку. А вот Китай через два года намерен запустить на полную мощность новый радиотелескоп.
А вот как будущее своего «креста» видят сибирские учёные, Сергей Лесовой рассказал, когда мы спустились в туннели, которые проходят под телескопом. Здесь находятся волноводы, соединяющие все антенны вместе, после чего данные отправляются на тот самый компьютер, который мы видели наверху. Проходим мимо тренажёрного зала, мимо сложенных одна на другую новых белых «тарелок» диаметром меньше нынешних. Десять из них уже собраны в макет на краях телескопа, на нём исследователи учатся работать. «Как бы мы ни представляли всё на бумажках, надо руками всё потрогать, – улыбается Сергей Лесовой. – Понимание уже есть, сейчас нам надо изготовить электронику». В будущем новая система позволит получать сигнал не раз в 2-3 минуты, а раз в секунду, и не на одной частоте, а в диапазоне частот 4–8 ГГц.
Мы на пересечении туннелей. Площадка с расходящимися в разные стороны ходами с надписями «юг», «север», «запад», «восток». Протяжённость одного туннеля – 622 метра, второго – 900 метров, его строили с резервом. Действительность немного напоминает фантастический фильм. И когда осознаёшь, что всем этим управляют, всё это чинят, за всем этим наблюдают люди, и не просто какие-то абстрактные люди, а вот и эти, которые стоят перед тобой, это большой поворот в сознании. «Исследователи делятся на тех, кто умеет выводить формулы, и тех, кто пользуется этими формулами. Так вот советская система готовила людей, которые формулы выводить умеют», – говорит Сергей Лесовой.
Учёные с неохотой говорят о «журавле в небе» – модернизации телескопа в рамках проекта Национального гелиофизического комплекса (13-миллиардный проект, который пытается пробить в правительстве РФ ИСЗФ). Модернизация может стоить от 50 до 100 млн. долларов. Если дадут деньги, исследователи хотели бы поставить около трёх сотен антенн, сделать в дополнение к существующим ещё две решётки, чтобы захватывать больший диапазон частот. И геометрически это должен быть уже не крест, а спираль. «Нужно перекрывать, так скажем, от 2 до 20 гигагерц, – говорит Сергей Лесовой. – То есть диапазон частот в 10 раз больше». Однако пока исследователи надеются на «синицу в руках» – наиболее реалистичный проект: поставить 96 антенн, представляющих собой букву «Т», и перекрывать диапазон в два раза. «Останется плечо, которое смотрит на юг, и восточное и западное, – говорит Сергей Лесовой. – Качество от этого не изменится, изображение можно получать раз в секунду, и главное – широкая полоса частот. По крайней мере, на этот проект деньги можно найти».
Мы не можем уехать. Фотограф просто не желает никуда от «тарелочек» и Саянских гор. «Ну всё, по коням, Монды ждут», – решительно заявляет наш водитель. До 17 часов вечера нам надо быть на пограничном пункте с Монголией, чтобы увидеть одно из «чудес России» – Саянскую солнечную обсерваторию в Мондах. Там, в горах, на высоте 2 тысячи метров, следят за спутниками, Солнцем и звёздами.
