Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН (ФИАН) является одним из ведущих мировых центров в области физики Солнца. В институте ведутся как теоретические, так и экспериментальные исследования, а также реализуется ряд космических проектов – российских и международных. С 1957 года (запуск Спутника-2) по настоящее время в ФИАН было создано около 30 отдельных приборов и комплексов солнечных инструментов, которые работали за пределами атмосферы Земли на борту искусственных спутников Земли и геофизических ракет. Последним заметным успехом института стал проект ТЕСИС (TESIS) – комплекс космических телескопов для исследования Солнца, который около года успешно работал на борту российского спутника Коронас-Фотон (Coronas-Photon). Ответить на вопросы ФИАН-Информ дал любезное согласие главный научный сотрудник Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН, доктор физ.-мат. наук Сергей Александрович Богачев.
Сергей Александрович, кратко, – о наиболее актуальных задачах в работе солнечной лаборатории ФИАНа…
Около 8 лет назад Роскосмосом и Российской академией наук была утверждена программа по запуску научных приборов на малых космических аппаратах (всего было предусмотрено 5 таких спутников), один из которых «отдали» ФИАНу. Это, действительно, небольшой спутник, размером примерно с письменный стол, на котором может быть размещено оборудование с весом до 50-100 кг. Подобная программа давно существует в НАСА и называется SMEX (Small Explorer). Кто работает по физике Солнца, знают, по крайней мере, 3 очень известные солнечные космические обсерватории этого проекта – TRACE (Transition Region and Coronal Explorer), RHESSI (Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager) и IRIS (Interface Region Imaging Spectrograph). Последний был запущен менее года назад. Это спутники очень известные, и кто-то, возможно, подумает, что это большие космические аппараты, однако, это маленькие спутники, которые дают весьма успешные результаты – сотни статей по каждому прибору.
Вот и у нас в стране появилась такая программа и, как я сказал, на одном из её спутников аппаратуру разместит ФИАН.
Какие новинки будут использованы в этом проекте?
Для этой программы мы в ФИАНе предложили уникальный для нашей страны прибор – так называемый телескоп-лупа. Обычно, при работе солнечной обсерватории наблюдается полный солнечный диск, который фотографируется с помощью так называемой ПЗС матрицы. Поскольку число ячеек на ПЗС матрице ограничено, то, поделив размер Солнца на число ячеек, можно получить максимальное пространственное разрешение, которое может быть достигнуто таким способом. Сейчас, в частности, на Солнце наблюдают детали размером около 500 километров – такую точность, например, дает новейшая солнечная обсерватория НАСА СДО. Наш телескоп будет наблюдать не всё Солнце, а, примерно, 1/4 часть солнечного диска. А кроме этого, в конструкции телескопа мы планируем использовать ПЗС матрицу размером более 6000 х 6000 пикселей (такого размера матрицы для работы с Солнцем в космосе ещё не летали). Все это в совокупности позволит нам наблюдать на Солнце детали размерами порядка 100 км.
Эта идея не является фантастической, что, в частности, демонстрируется следующим фактом. Год назад ФИАН участвовал в проекте НАСА Hi-C Rocket, где запускался не спутник, а геофизическая ракета с научным прибором. Так вот, данный научный прибор был построен по такой же концепции, хотя и имел ПЗС меньшего размера, и он дал около 100 фотографий Солнца с разрешением около 150 км. По этим данным уже вышла статья в «Nature», а в течение года уже вышло 6 статей в «Astrophysics Journal» – ведущем журнале по астрофизике. То есть видно, что современная оптика и электроника позволяют добиваться таких точностей, а также видно, что интерес к таким наблюдениям – колоссальный. Хочу отметить особо, что мы делаем не ракету – мы делаем спутник, который сможет получить до миллиона фотографий.
Какие проблемы приходится решать в связи с внедрением этих разработок?
Сложностей с финансированием в настоящее время нет. Проект сейчас, за два года до окончания договора, профинансирован приблизительно на 78 % от полной стоимости прибора. В целом эта сумма позволяет произвести закупки, заключить контракты с соисполнителями, а также профинансировать собственные работы. Единственное, над чем приходится думать, это как организовать работы после 2015 года. Дело в том, что в 2015 году заканчивается текущая Федеральная космическая программа (ФКП), и принимается новая. Соответственно, приходится уже сейчас озадачиваться вопросом о правильной организации работ по проекту после 2015 года. Дело в том, что особенностью данной разработки является то, что прибор делается опережающими темпами по отношению к изготовлению космической платформы. Соответственно, для нас очень важно, чтобы наш контрагент, НПО им. С.А. Лавочкина, в рамках новой ФКП сделал для нас платформу, либо чтобы Роскосмос нашел для нашей аппаратуры иную возможность для запуска. В целом, я не думаю, чтобы прибор стоимостью около 150 миллионов с уникальными характеристиками, позволили положить на полку. Но некоторое беспокойство по поводу того, как будет решен вопрос с его запуском, естественно присутствует.
Частично это волнение связано не только с прибором, но и с физикой Солнца вообще. Дело в том, что в Федеральной космической программе других солнечных обсерваторий со сроком запуска до 2020 года просто нет. Поэтому давит некоторая ответственность за то, чтобы сохранить это направление для страны и суметь все эти вопросы по запуску своевременно решить.
В случае успеха, как будет выглядеть план реализации проекта?
Планы у нас следующие. В этом году мы должны будем выпустить технологические образцы научной аппаратуры для космической обсерватории. Это – образцы, аналогичные лётному экземпляру в части электроники и управления, но некоторых критических узлов в них нет: например, зеркал, тонких фильтров и т.п. Они там просто не нужны, но по электронике это довольно точная копия лётного прибора.
В 2015 году мы должны поставить лётную аппаратуру. Соответственно, мы надеемся, что к 2017 году будет готова платформа, и состоится запуск. С ним мы связываем большие надежды.
Какие ещё проекты с вашим участием сегодня можно считать актуальными?
Мы работаем по многим направлениям, например, есть предложение по участию в проектах Международной космической станции (МКС). Очень важный для нас проект – Интергелиозонд, единственным недостатком которого я бы отметил очень удаленный срок запуска – ждать его придется не менее 10 лет. Но вот этот проект – АРКА – я считаю революционным. Если мы преодолеем технические и политические сложности и запустим обсерваторию, то это будет очень большим движением вперед – для нас, для института, для физики Солнца, да и для репутации науки в России, в целом.
Почему в науке о Солнце сегодня стремятся добиться высокого разрешения и почему тот проект, который вы делали с американцами, столь важен?
Многие процессы на Солнце, такие как нагрев солнечной короны, ускорение солнечного ветра и прочее, пока не имеют объяснения. Считается, что это оттого, что мы просто не способны разглядеть их причины – они лежат не в крупномасштабной физике Солнца, а в неких микропроцессах. Согласно этому представлению, на Солнце помимо крупной активности – главным образом, вспышек, – есть непрерывно работающие механизмы мелкомасштабной активности. Как полагают, они происходят на масштабе 100 – 150 км. Если наблюдать Солнце с таким разрешением, то можно получить возможность не просто теоретизировать, а прямо видеть эти микрособытия. Если это удастся, то тот миллион изображений, который мы получим и предоставим научной общественности, позволит очень сильно расширить границы наших знаний. Пусть это громко звучит, но мы хотим заложить экспериментальные основы новой физики Солнца.
Есть мнение, что при достаточно мощных вспышках на Солнце могут выйти из строя до 80 % спутников на орбите Земли, что грозит коллапсом наземным системам управления…
Научное наблюдение вспышек ведётся всего лет 20, т.е., когда говорят о самой большой вспышке в истории, то эта история – всего 20 лет. Существуют исторические сведения о более мощных событиях, в частности много говорят о вспышке Керрингтона в 1859 году, но надо понимать, что это событие не было калибровано, т.е. нельзя сказать, насколько оно было мощнее современных событий. За последние 20 лет на Солнце супервспышек, которые привели бы к техногенной катастрофе планетарного масштаба, не происходило. Про прошлое же мы знаем очень мало. Надо понимать, что и история электричества и спутников очень короткая, поэтому достоверных исторических сведений в этой области просто не может быть. Единственным источником знаний сейчас, пожалуй, является геология.
В целом же здесь нет консенсуса, каждый учёный занимает свою позицию. Можно сказать, что Солнце – звезда карлик и супервспышки производить не может, а можно сказать, что нам просто пока везет.
Но пока у нас нет программ, учитывающих подобные катастрофы?
Дело в том, что от этого нельзя защититься. Сейчас многие говорят об астероидной опасности. Но за метеоритами можно наблюдать, а дальше что? От метеорита защититься невозможно, если он летит, – от него не спасёшься. Все высказывания насчёт подрыва метеоритов ядерными зарядами красивы на бумаге, но очень сильно оторваны от реальных технических возможностей.
Одна крупная солнечная вспышка – это энергия, равная той, которую человечество потребляет за миллион лет. Конечно, не вся она доходит до Земли, но все равно энергетика космической погоды огромна. И чтобы этому противостоять, нужна энергия сравнимая с этим количеством. А такой энергии мы выработать единовременно не можем. Сейчас задачи ставятся более скромные – научиться давать прогноз с хорошей точностью Это задача очень важная и для систем связи и для пилотируемой космонавтики. Решим ее – можно будет двигаться дальше.
Вероятно, здесь речь может идти лишь о каких-то программах восстановления после таких катастроф…
Единственное реальное, что можно сделать, – это отключать земные системы на период вспышки. Уверяю, что если у вас мобильный телефон лежит на столе, то никакая магнитная буря ему не страшна. А вот компьютер, включенный в сеть, может быть, теоретически, поврежден. Другими словами воздействие идет не на приборы, а на сети. Поэтому, если сети на время вспышки обесточивать, то они не пострадают. Труднее со спутниками, – их отключить невозможно.
А прямое воздействие солнечной радиации на приборы спутников?
Солнце, помимо тепла и света, является источником жестких излучений и тяжелых частиц, которые по своему воздействию на технику и живые организмы сравнимы с воздействием атомных взрывов. От излучений Солнца биологические объекты на Земле не страдают, потому что эти излучения поглощаются атмосферой. Часто говорят, что щитом является магнитное поле Земли. Это так, но этот щит отклоняет только частицы (они потом высыпаются у полюсов), а жесткое излучение блокируется именно атмосферой на высоте около 30 км. Тем не менее, можно вообразить всплески такой силы, что они полностью ионизуют атмосферу Земли, либо будут иметь такой жесткий спектр, что он проникнет до поверхности. Я, тем не менее, не верю, что звезды солнечного типа способны на такие события, но есть и другие точки зрения на этот счет.
В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»
