Ловец следов нейтрино 

В конце декабря научный совет по астрономии РАН подвёл итоги 2015 года. Все астрономические учреждения России, институты, астрономические обсерватории отправляли в совет свои научные результаты. В итоге совет выделил список из 23 лучших результатов в 17 секциях. Из них четыре в той или иной степени оказались связанными с Иркутском. Первый из них – это создание гигатонного водного детектора на Байкале, первый кластер которого был введён в 2015 году. 

– Проект касается новой, необычной области астрономии, так называемой нейтринной астрономии, – рассказал директор НИИ прикладной физики ИГУ, доктор физико-математических наук, профессор Николай Буднев. – Как человек может узнать об окружающем мире, Вселенной? Для этого он должен зарегистрировать на Земле какой-то носитель информации. Традиционно такими носителями являются свет, который человек видит глазом, электромагнитные волны, кванты с другими длинами волн, этим занимается радиоастрономия, гамма-астрономия. Но есть ещё один специфический носитель информации – нейтрино, эти элементарные частицы не имеют электрического заряда, способны проходить огромные толщи вещества, например, рождаясь в недрах Солнца, выходить оттуда и регистрироваться непосредственно на Земле. Именно эта способность нейтрино даёт нейтринной астрономии такие возможности, которые недоступны для обычной астрономии. Но для того, чтобы регистрировать нейтрино, нужно иметь гигантские установки размером порядка кубического километра и более. Такие установки невозможно построить на поверхности земли, и по предложению советского академика Моисея Александровича Маркова, которое он сформулировал ещё в 1960 году, была принята другая идея. Построить в прозрачной природной среде, к примеру, в мировом океане, озере Байкал, в антарктическом льду сеть чувствительных приборов, которые бы регистрировали результат взаимодействия нейтрино с веществом. 

Первая в мире такая установка была создана в 1998 году на Байкале, и имела она небольшие размеры. В последние годы на озере начато создание нейтринного телескопа размером один кубический километр. Установка называется «Гигатонный водный детектор». И в 2015 году введена в строй первая самостоятельная часть этой установки – кластер «Дубна». 

Нейтринный телескоп – гигантский проект, который не может быть реализован только одной организацией, строительство ведётся международной коллаборацией, в которую входят многочисленные российские и зарубежные институты, считает Николай Буднев

Нейтринный телескоп – гигантский проект, который не может быть реализован только одной организацией, строительство ведётся международной коллаборацией, в которую входят многочисленные российские и зарубежные институты. В первую очередь – Объединённый институт ядерных исследований в Дубне, Институт ядерных исследований РАН (Москва) и институт прикладной физики ИГУ. «Создание этого первого кластера является огромным достижением отечественной нейтринной астрономии», – считает Николай Буднев. Основной источник средств на этом этапе проекта даёт Объединённый институт ядерных исследований, это международная организация с соответствующими источниками финансирования. Принято решение о выделении на проект 6 млн долларов ежегодно. 90% комплектующих для проекта покупаются за валюту. «Это достаточно серьёзные деньги, которые могут дать нам возможность существенно продвинуться», – сказал Буднев. 

«Петли похожи чем-то на струны музыкального инструмента»

В 2015 году международный научный журнал Astronomy and Astrophysics опубликовал работу группы учёных – научного сотрудника  ИСЗФ, кандидата физико-математических наук Сергея Анфиногентова,  профессора, научного сотрудника главной астрономической обсерватории РАН Валерия Накарякова и Джузеппе Нистико, работающего в университете Уорика в Великобритании.

– Один из моих материалов называется «Незатухающие изгибные колебания корональных петель – повсеместные явления в короне Солнца», – рассказал Сергей Анфиногентов. – Конечно, здесь много непонятных слов. Какие такие корональные петли, какие изгибные колебания? Я попробую на понятном языке рассказать, о чём идёт речь. На Солнце есть так называемые «активные области», в которых, если смотреть на корону светила, видны вытянутые структуры, похожие на петли – это так называемые корональные петли. Эти петли представляют собой плазменные шнуры, поддерживаемые магнитным полем.  Они обладают какой-то массой, плотностью, сильное магнитное поле их натягивает, и они имеют упругость. Петли похожи чем-то на струны музыкального инструмента – гитары, скрипки, арфы. Если струну гитары оттянуть, она начинает колебаться и звучать. Примерно то же самое происходит с корональными петлями. Если солнечная вспышка, или выброс корональных масс, произойдёт рядом, корональная петля выходит из положения равновесия и начинает колебаться. Концы её закреплены в поверхности Солнца. Есть несколько разновидностей колебаний. Когда струна колеблется как целое, идёт основной тон, то есть это основная тональность, которую мы слышим в гитарной струне или струне скрипки. Есть и множество гармоник, обер­тонов – это звуки, которые мы ощущаем как тембр, разный окрас звука. Точно так же у корональных петель есть основной тон и некие обертоны, которые дают им аналог музыкального тембра. Тон звука струны зависит от того, из чего сделана струна, насколько она тяжёлая, плотная и насколько она натянута. Опытный музыкант, настраивая пианино или гитару, чувствует натяжение. Аналог натяжения на Солнце – магнитное поле. Наблюдая корональные петли, мы можем определить, насколько сильно они натянуты, насколько сильно влияет на них магнитное поле и насколько эти петли «тяжёлые», то есть можем определить плотность плазмы.

Прямым наблюдением эти параметры измерить нельзя. И это один из немногих способов измерить магнитное поле в короне Солнца, говорит учёный. Изучение  этих параметров очень важно, потому что в будущем это поможет предсказать какие-то явления и в околоземном пространстве. Ведь солнечная корона – это «кухня», где готовится космическая погода. Раньше учёным приходилось ждать вспышки или корональных выбросов масс, чтобы зафиксировать колебания петель. Работа Валерия Накарякова, Джузеппе Нистико и Сергея Анфиногентова показала – можно не ждать особых событий на Солнце, а изучать петли в постоянном режиме.

«Мы установили, что колебания петель происходят не только тогда, когда кто-то «ущипнёт» за струну, а фактически всё время, – говорит Сергей Анфиногентов. – Представьте, что гитару кто-то трясёт и струны тихонечко звучат. Нам удалось показать, что в любое время в любой активной области корональные петли потихонечку «звучат». Мы взяли 20 идущих подряд активных областей и посмотрели, есть ли там такие колебания. В 90% активных областей мы колебания увидели. Я уверен, что в оставшихся 10% они тоже есть, но условия для наблюдения там очень тяжёлые. Главный результат – нам удалось показать, как период колебания, аналог тона звучания струны, зависит от длины корональной петли. В гитаре тон струны задаётся её плотностью. В арфе струны примерно одинаковые, но обладают разной длиной. Чем длиннее струна, тем тон её звучания будет ниже. Оказалось, что то же самое выполняется  и для корональных петель в солнечной короне. Если такая зависимость наблюдается, то колебания идут по типу колебания струны, это означает, что можно определять, насколько сильно натянута струна и насколько сильное магнитное поле в короне Солнца. Причём делать это можно практически в любой момент времени для любого места. Не надо ждать, когда произойдёт удачная вспышка».

«МАСТЕР» на орбите

«Мы установили, что колебания петель происходят не только тогда, когда кто-то «ущипнёт» за струну, а фактически всё время», – говорит Сергей Анфиногентов

Иркутские учёные работают в составе ещё одного проекта, отмеченного научным советом по астрономии РАН. Это глобальная сеть роботов-телескопов «МАСТЕР». Система «МАСТЕР» разработана специалистами МГУ имени М.В. Ломоносова под руководством профессора МГУ Владимира Липунова. Помимо ранее существовавших на территории России телескопов, в 2015 году был установлен телескоп в Южно-Африканской Республике и на Канарских островах в Испании. Присоединился к сети и телескоп, работающий в Аргентине. Один из телескопов системы «МАСТЕР» в 2010 году был установлен в Тункинской долине на астрофизическом полигоне ИГУ. 

Сотрудник института прикладной физики ИГУ Олег Гресс участвовал в монтаже телескопа в Южной Африке, запуске его в строй. Телескоп на Канарских островах в числе прочих устанавливали также Олег Гресс и Евгений Горбовской, закончивший лицей ИГУ, сегодня – сотрудник Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга и по совместительству сотрудник ИГУ. Горбовской – один из основных участников проекта «МАСТЕР». С помощью этой системы уже получены различные научные данные, в частности, открыто несколько астероидов, в том числе и те, что формально относятся к разряду угрожающих Земле. Иркутские сотрудники участвуют в обработке данных, полученных не только на тункинском телескопе, но и другими телескопами. 

Сегодня один телескоп системы стоит в Подмосковье, второй – на Северном Кавказе, третий – на Урале, затем – в Тунке и Благовещен­ске. Ещё три машины работают в Южной Африке, на Канарских островах и в Аргентине. В апреле 2016 года с космодрома Восточный должен быть осуществлён запуск ракеты со спутником «Ломоносов», в числе приборов, установленных на спутнике, – небольшой телескоп, который будет работать в рамках системы «МАСТЕР». Его подготовкой к полёту занимался Евгений Горбовской, он будет курировать этот прибор на спутнике. Управление прибором, снятие информации будет осуществляться штабом в МГУ. Наземные телескопы системы «МАСТЕР» могут с зенитной скоростью порядка 40 градусов в секунду наводиться на нужную точку неба без участия человека-оператора. Однако они не застрахованы от плохой погоды. С выводом телескопа на орбиту эффективность системы «МАСТЕР» существенно вырастет, поскольку этот телескоп не зависит от погодных условий на Земле.

Четвёртое достижение иркутян, которое было отмечено научным советом по астрономии, – открытие 20 февраля 2015 года в Иркутске частного планетария в составе музейного комплекса «Ноосфера». Как заявил  исполнительный директор Иркутского планетария Дмитрий Семёнов, сегодня планетарий является практически единственным в стране, где весь день могут демонстрироваться специальные образовательные программы, читаться лекции по астрономии и смежным естественно-научным предметам. Работает и полноценная астрономическая обсерватория, где можно увидеть Солнце, наиболее яркие планеты. «Фактически наш объект способен работать круглые сутки, – считает Дмитрий Семёнов. – Будет какое-то интересное явление в 3 часа ночи, как говорится, милости просим. Пока таких явлений не было, но мы все в ожидании пролёта кометы Каталина в январе 2016 года. На неё мы будем смотреть из всех телескопов, которые только сможем привести в рабочее состояние». В России сегодня 6 планетариев, в которых установлено современное оборудование, соответствующее XXI веку. Иркутский  – один из них. «Наш планетарий  – это полностью новый проект, и он капитальный», – сказал Дмитрий Семёнов. За 10 месяцев работы Иркутский планетарий посетило порядка 40 тысяч человек. Около 500 детей – из детских домов, значительное количество студентов ИГУ и Иркутского государственного технического университета. Планетарий проводит выездные наблюдения.