Народное слово, 5 января 2008г.

 

От Улугбека до Майданака: на переднем крае астрономии

 

На днях на 62-й Генеральной Ассамблее Организация Объединенных Наций 2009 год был провозглашен Годом астрономии. При этом ООН исходила из того, что именно астрономия позволяет человеку осознать мощь своего разума способного познать строение окружающего нас мира, именно астрономия открыла для нас существование незыблемых законов природы, и именно астрономия, являясь древнейшей наукой, способствовала и продолжает способствовать развитию фундаментальных и прикладных исследований в целом ряде областей. Не менее важным является и то, что у каждого народа есть легенды, мифы и традиции связанные с небом, планетами и звездами, которые неразрывно связаны с национальной культурой и составляют важнейшую часть культурного наследия человечества. Это особенно справедливо для Узбекистана. Разве можно представить себе культурное наследие нашего народа без Хорезми, Фаргани, Беруни, Улугбека. А ведь основные их труды, снискавшие им мировую славу, посвящены вопросам астрономии. Обсерватория Улугбека в Самарканде явилась апофеозом одного из блистательных периодов развития мировой астрономии названого мусульманским. Инструменты и методы наблюдений небесных тел созданные в Самарканде и сегодня восхищают нас как примеры мастерства и изобретательности наших предков. Не случайно обсерватория Улугбека в Самарканде считалась астрономической столицей мира своего времени. Каталог 1018 звезд, став известен в Европе даже спустя два столетия после даты составления, все еще поражал европейцев своей точностью. Это был второй в истории человечества каталог (первый был составлен Гиппархом во II веке до н.э.), полученный на основе собственных оригинальных наблюдений. Эти факты всем хорошо известны. О них много писалось и говорилось.

Цель данной статьи не пересказывать еще и еще раз то, что все хорошо знают, а рассказать о тех проблемах современной астрономии, над которыми работают наши астрономы сегодня. Для начала могу вам, уважаемый читатель, сообщить, что и сегодня астрономия в Узбекистане является одним из важнейших приоритетных направлений развития нашей науки. Есть тому объективные обстоятельства. Так уж получилось, что на всем евразийском континенте, занимающем более трети территории всей суши земного шара, именно в Узбекистане расположены самые благоприятные для наблюдений небесных тел пункты. Не случайно базовые станции астро-космической инфраструктуры бывшего Союза оказались расположенными в Узбекистане. На состоявшемся недавно в Ташкенте заседании узбекско-российской межправительственной комиссии по экономическому сотрудничеству, достигнуты важные результаты по завершению работ по вводу в строй на плато Суффа в Заамине радиотелескопа с диаметром антенны 70 метров. Для тех, кто не посвящен в детали этого проекта, отметим, что только приемная антенна радиотелескопа, располагающаяся на вершине пилона высотой в 30-ти этажный дом, будет весить около 1500 тонн, а вся поворотная конструкция 14 тысяч тонн! И такая махина будет наводиться на небесные объекты с точностью в тысячные доли градуса, чтобы фиксировать на миллиметровых и даже субмиллиметровых радиоволнах шум зарождающихся радиогалактик или использоваться для корректировки полетов межпланетных космических кораблей. Этот радиотелескоп выведет Узбекистан в число самых передовых стран мира изучающих Вселенную в радиодиапазоне. Но это все в будущем.

На заседании Комиссии был сделан также важный шаг к подписанию в 2008 году Межправительственного соглашения по развитию Майданакской обсерватории Академии наук РУз. Эта обсерватория, расположенная на отрогах Алайского хребта в Кашкадарьинском вилояте Узбекистана, по количеству ясного времени и качеству изображения небесных тел (говоря научно по астроклимату) не уступает лучшим международным обсерваториям на Канарских и Гавайских островах, а также в пустыне Атакама в Чили. Сегодня эта самая активно действующая астрономическая обсерватория в СНГ. Десяток телескопов на Майданаке в каждую ясную ночь принимают сигналы сотен небесных объектов, выполняя свои обязательства по международным программам, направленным на мониторинг уникальных астрофизических объектов. Чтобы читатель представил себе возможности Майданакской обсерватории, приведем такой пример. С Майданака, например, можно разглядеть на Луне (т.е. с расстояния в 385 тысяч км) детали ландшафта размером в 1 км, а если навести телескоп на орбитальную станцию МКС, то - детали размером в 1м, т.е. заметить космонавта вышедшего в открытый космос для устранения неполадок на станции!

Такие благоприятные условия, помноженные на опыт и умение астрономов, позволяют работать над интереснейшими проблемами мироздания, о некоторых из которых и пойдет речь ниже.

 

Молодые звезды в областях звездообразования

Непосвященный читатель может удивиться: Неужели звезды могут быть молодыми или старыми?!. Оказывается - могут. Звезды это гигантские газовые агрегаты, эволюционирующие по хорошо известным законам физики. Сначала из газо-пылевой материи, которой предостаточно в межзвездном пространстве, возникают сгустки. Под действием собственного тяготения эти сгустки сжимаются и на некотором этапе в их центре включаются ядерные источники горения. Начинается длительный стабильный этап эволюции, когда звезда практически сохраняет свои размеры и испускает в окружающее пространство образующуюся в ее ядре лучистую энергию. Астрономы говорят, что звезда вступила на главную последовательность. Ближайшая к нам звезда наше Солнце вступило на главную последовательность около 5 миллиардов лет назад. Через некоторое время, когда ядерные источники энергии Солнца иссякнут, начнется нестационарный период его эволюции, который завершится сбросом части оболочки и переходом нашего светила в стадию белого карлика. Это заключительный этап эволюции звезды массы Солнца, когда оно уже без изменений будет медленно остывать, слабо излучая за счет запасенной в их недрах энергии. Здесь я бы хотел предостеречь любителей сенсаций, страстно муссирующих слухи о том, что наше светило скоро погаснет. Это случится через 4 миллиарда лет! Ровно столько времени наше Солнце еще будет находиться на главной последовательности.

На Майданаке мы изучаем звезды, возраст которых всего-навсего десяток миллионов лет. Если сравнить жизнь звезды с человеческой, то им отроду несколько дней, а быть может и часов. Еще один красноречивый пример: когда по нашей земле разгуливали динозавры, многих из этих звезд еще не было на свете! За тридцать с небольшим лет существования Майданакской обсерватории здесь накоплен самый подробный банк данных по молодым звездам. За годы кропотливых исследований учеными нашего института было установлено, что на многих молодых звездах имеются протяженные пятна, аналогичные пятнам на нашем Солнце. Благодаря наличию этих пятен удалось определить периоды вращения молодых звезд с недостижимой ранее точностью, что явилось важным вкладом в понимание процессов эволюции звезд. Но самое интересное, что именно на этом этапе эволюции звезд происходит формирование вокруг них планетных систем. Одним из самых выдающихся достижений астрономии нашего времени явилось обнаружение швейцарскими учеными в 1995 году первой внесолнечной планеты. Это была планета массой в половину Юпитера, вращающаяся вокруг звезды 51 Пегаса. Сейчас уже известно более 200 внесолнечных планет. На Майданаке на протяжении многих лет исследуется уникальнейший объект - очень молодая звезда КН15D. Ее возраст составляет всего-навсего 3 миллиона лет! Уникальность этого объекта состоит в том, что он является, чуть ли не единственным, наблюдаемым протопланетным диском. Удачное расположение диска позволяет наблюдать первичные сгустки из которых в будущем могут образоваться планеты. Изучение протопланетных дисков вокруг звезд чрезвычайно важно для понимания формирования нашей Солнечной системы и условий возникновения жизни на нашей планете.

 

Квазары самые удаленные объекты во Вселенной

Самым важным достижением астрономии на Майданаке за последние десять лет можно назвать выход во внегалактическое пространство. Звезды, области звездообразования, планеты, все они находятся в нашей Галактике Млечном пути. В его непосредственной близости находятся десятки аналогичных галактик, которые образуют так называемую местную группу. Чем дальше вглубь Вселенной, тем их встречается все больше и больше. Миллиарды миллиардов галактик, каждая из которых в свою очередь состоит из сотен миллиардов звезд, группируются в скопления, содержащие десятки тысяч членов. Скопления в свою очередь группируются в сверхскопления и т.д. Согласно современным представлениям Вселенная образовалась около 14 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва. С тех пор она непрерывно расширяется. Сегодня астрономы научились определять расстояния до многих галактик. Наиболее удаленными оказались квазары. Слово квазар означает звездоподобный. Действительно на фотоснимках они выглядят как обычные звездочки, но на самом деле они излучают в сотни раз больше энергии, чем такая свехгалактика как Млечный путь, излучение которой это суммарный свет 300 миллиардов звезд, из которых она состоит. Малый видимый блеск квазаров определяется их гигантским удалением. Свет от квазаров испущенный в сторону Земли достигает ее через миллиарды лет. Эти объекты были впервые обнаружены в 1963 году. Спустя 40 с небольшим лет, уже известно несколько десятков тысяч квазаров. Однако, данные о светимости, являющиеся основным параметром этих объектов известны лишь для нескольких сотен квазаров. В настоящее время подготовлен к публикации Майданакский каталог квазаров, который должен стать сенсацией в научном мире.

Здесь следует отметить, что для наблюдения астрономических объектов одного астроклимата недостаточно. Недостаточно и хорошего телескопа. Надо иметь высокочувствительную светоприемную аппаратуру. Сегодня никто в телескоп глазом не смотрит. За небом следят цифровые камеры, записывающие изображения звездного неба в память компьютера. Несколько лет назад Астрономическим институтом Академии наук был заключен договор о сотрудничестве с Консорциумом университетов Южной Кореи. Корея - страна с изумительной природой, расположенная на побережье Тихого океана. Когда самолет начинает снижаться к Сеулу, в туманном рассвете бросается в глаза зеленый бархат прибрежных островов и побережья. Не случайно ее называют Страной утренней свежести. Но такое завораживающее место совершенно не пригодно для астрономических наблюдений, требующих безоблачного неба и сухого климата. Сотрудничество, основанное на корейских высоких технологиях и превосходных условиях Майданака, дает свои плоды. Несколько лет назад на главном телескопе Майданакской обсерватории АЗТ22 была установлена корейская цифровая камера. Такие камеры сейчас широко используются в цифровых фотоаппаратах. Вопрос только в качестве. Цифровая камера установленная на Майданаке стоит 200 тысяч долларов. Она работает при температуре минус 110 градусов Цельсия. Напомним, как в обсерватории Улугбека перед ночным наблюдением астроном долгие часы проводил в полной темноте. При этом происходит накопление зрительного пигмента родопсина и глаз приобретает максимальную чувствительность. Аналогично при понижении температуры приемника его чувствительность многократно возрастает. Такого приемника сегодня нет ни в одной обсерватории на территории СНГ. С его помощью на Майданаке удалось зафиксировать сверхтонкие эффекты в поведении излучения квазаров, когда звезда или даже планета заслоняет квазар и своим гравитационным полем вызывает слабое увеличение его яркости. Несколько таких случаев, называемых эффектами микролинзирования, уже зафиксированы на Майданаке. Можно без особого преувеличения сказать, что эти исследования находятся сегодня на переднем крае астрофизики.

 

 

Луна- Климат- Энергетика

Вернемся теперь из далеких просторов Вселенной в нашу Солнечную систему, а точнее, к ближайшему к нам небесному телу Луне. Луна является не только предметом воздыханий поэтов и возлюбленных, но на всех этапах развития человеческой цивилизации она выполняла вполне конкретные практические функции. Она освещала путь ночным путникам, по лунным затмениям определялись долготы географических пунктов, а регулярные приливы и отливы, обнажая морское дно, обеспечивали пропитанием миллионы жителей прибрежных стран. В мусульманских странах Луна определяет и задает уклад жизни. И сегодня по Луне определяется наступление священного месяца Рамазан и священного праздника мусульман Курбан хайита.

В XXI веке Луна начала выполнять еще одну важную функцию. Сегодня активно обсуждается проблема потепления климата и ее последствия для нашей с вами жизни. СМИ пестрят сообщениями о том, что если средняя температура Земли повысится еще на полградуса, то нас неминуемо ждет то-то и то-то. Но мало кто задумывался о том, как можно измерить среднюю температуру Земли. Ведь в Африке средняя температура одна, а в Арктике она совсем другая. Среднее арифметическое показаний всех метеостанций земного шара нам ничего не даст. С другой стороны реалистичность любого прогноза, будь то краткосрочный, а тем более долгосрочный, зависит от точности измерения средней температуры Земли и ее изменений сегодня. Оказалось, что наиболее точно этот параметр можно измерить с помощью Луны. Если наблюдать Луну в условиях хорошей видимости (на Майданаке это можно делать практически постоянно), то за ее ярко освещенным серпом можно видеть слабо светящуюся часть лунного диска. Это так называемый пепельный свет Луны. Так вот, этот свет обусловлен излучением Солнца, но отраженным Землей. Если пепельный свет Луны становится слабее, значит Земля поглощает больше падающего на нее солнечного света и наоборот. Постоянный мониторинг пепельного света Луны позволяет с точностью в доли градуса определить вариации глобальной температуры Земли. Справедливости ради надо отметить, что эта идея была предложена еще в 50-х годах прошлого столетия французским астрономом Данжоном, но техническая реализация ее стала возможной только в наши дни. В 2007 году Астрономический институт вошел в международную коллаборацию по мониторингу глобальной температуры Земли. На Майданаке для этих целей был установлен специализированный телескоп-робот. Он сделан, как говорится, по последнему слову науки и техники. Его датчики определяют состояние облачности и если небо ясное, дают команду на открытие купола. Телескоп автоматически закрывается, когда надвигается дождь или усиливается ветер, а в безлунные ночи он регистрирует пульсации звезд по заранее введенной в его память программе. Но основная его задача регистрировать интенсивность пепельного света Луны.

Программа мониторинга глобального потепления в качестве побочного продукта позволяет получать ежедневно огромный наблюдательный материал - снимки лунной поверхности. Такие данные приобретают в наши дни огромную ценность. Дело в том, что в настоящее время такие страны как Китай, США, Индия и Россия разрабатывают проекты освоения ресурсов Луны. Истощение ресурсов и ухудшение экологической обстановки на Земле заставляют обратиться к ресурсам Луны. По оценкам экспертов запасов углеводородного сырья на Земле хватит в лучшем случае на 50 лет. А на Луне имеются исключительно благоприятные условия для солнечной энергетики и создания промышленных предприятий, угрожающих ухудшению экологической обстановки здесь на Земле. Особый интерес для энергетики представляет гелий-3, который является одним из перспективных видов топлива для термоядерных реакторов. Лунные запасы гелия-3 превышают земные в миллионы раз и могут обеспечить потребности в энергоресурсах нашей планеты на тысячи лет!

Исключительно перспективным представляется создание на Луне, где изобилуют запасы кремния, железа, титана, алюминия, промышленных предприятий по их добыче и переработке. Это тем более перспективно для добычи редких на Земле элементов платиновой группы (иридия, осмия, палладия, платины, родия и рутения), имеющих исключительно высокую ценность для промышленности.

Не меньший интерес представляют запасы кислорода и водорода, позволяющие создать не только автономные системы жизнеобеспечения лунных баз, но и обеспечить производство топлива для космических транспортных систем. Однако удобных мест для размещения лунных баз, с благоприятным сочетанием запасов кислорода и водорода, и хорошей освещенностью для развертывания солнечной энергетики на Луне оказывается не так то много. Кроме того, эти места не должны входить в зоны систематического попадания метеоритов. Благоприятные для размещения лунных станций зоны могут быть определены на основе мониторинговых наблюдений с наземных обсерваторий, таких как Майданак.

В заключение мы бы хотели отметить еще одно немаловажное обстоятельство.. Узбекистан занимает лидирующие позиции в среднеазиатском регионе по подготовке астрономических кадров. Так в Национальном, Самаркандском и Каршинском университетах ведется обучение по специальности Астрономия. Подготовка астрономов-педагогов проводится в Педуниверситете им Низами а также во всех пяти педагогических институтах - Джизакском, Кокандском, Навоинском, Нукусском, Ташкентском областном в г.Ангрене. В Самарканде, на родине Улугбека, в 2006 году начала функционировать первая во всем Среднеазиатском регионе учебно-научная обсерватория с телескопом производства всемирно известной фирмы Грабб Парсонс. Приятно то, что традиционный интерес к астрономии у нас в Узбекистане до сих пор сохраняется. Об этом свидетельствует такой факт. Конкурс на астрономическое отделение в Самаркандском госуниверситете в первый же год открытия приема составил 7 человек на одно место. А в Каршинском университете, расположенном в непосредственной близости от Майданакской обсерватории, вообще 14 человек на место!

Сегодня мы стоим на пороге грандиознейших открытий в области фундаментальной науки. Недавно было установлено, что все то вещество из которого состоят галактики, звезды, планеты, и наконец, мы с вами, оказывается, составляет ничтожную долю (около 4%) того, из чего состоит наша Вселенная. Примерно 22% ее составляет так называемое темное вещество, о природе которого наука ничего не знает. Оно не светится, чтобы его могли изучать астрономы, оно не ловится в гигантских ускорителях. Его существование проявилось лишь тогда, когда было установлено, что гравитационное поле отдельных галактик оказалось в десять раз больше того значения, которое может создать все видимое ее вещество. То есть основная часть гравитационного поля галактик обуславливается невидимым темным веществом! Еще более загадочной оказалась темная энергия. Ее доля составляет 3/4 всего вещества Вселенной (!) и проявляется она в обнаруженном недавно ускорении расширения мира.

От молодежи, которая завтра придет в науку, ждут решения интереснейших проблем мироздания. В этом отношении объявление 2008 года Годом молодежи в Узбекистане как никогда благозвучно в аспекте этих грандиозных задач.

Шухрат Эгамбердиев

Директор Астрономического института

Академии наук Узбекистана.