Пульсары как маяки для навигации в космосе. Интервью с астрофизиком Тюльбашевым С.А. ПРАО АКЦ ФИАН

Интервью с астрофизиком С.А. Тюльбашевым, часть 1.

Светлана Шиливская, участница МОД «АЛЛАТРА»: Добрый день, дорогие друзья. Мы очень рады приветствовать вас в прямом эфире на канале АЛЛАТРА ТВ. Сегодня мы пообщаемся с прекрасным человеком — учёным Сергеем Тюльбашевым, доктором физико-математических наук, главным научным сотрудником Пущинской радиоастрономической обсерватории Астрокосмического центра Физического института им. П. Н. Лебедева Российской академии наук. Здравствуйте, Сергей.

Сергей Тюльбашев, астрофизик, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Пущинской радиоастрономической обсерватории АКЦ ФИАН: Здравствуйте.

Светлана: Мы очень рады нашей онлайн-встрече. С нами в эфире участники Международного общественного движения «АЛЛАТРА» Антонина (Антонина: Светлана) и Станислав. Прямой эфир сегодня переводится на пять языков: английский, немецкий, французский, румынский и украинский. Переводы делают волонтёры Международного общественного движения «АЛЛАТРА».

Антонина Анапрейчик, участница МОД «АЛЛАТРА»: Мы рады приветствовать всех зрителей, которые присоединились к нашей беседе. Вы можете принять участие в обсуждении данной темы и оставлять вопросы для Сергея Тюльбашева, мы зададим их в конце эфира.
 
Светлана: Мы очень благодарны Сергею, что он согласился поучаствовать в нашей онлайн-встрече, поделиться опытом, знаниями из области радиоастрономии. Сегодня мы поговорим на темы: космическая погода и изучение пульсаров. И первый вопрос: как Вы пришли в радиоастрономию и почему Вы решили заниматься этим направлением науки?

Сергей Тюльбашев: Как всегда, в науке есть случайности и закономерности. Закономерность заключается в том, что уже в возрасте 13 лет я захотел быть астрономом и перечитал в библиотеке все книжки на эту тему. У меня было совершенно чёткое и ясное решение, но при поступлении выяснилось, что всё далеко не так просто и моего образования явно не хватало для поступления в университет. Поэтому два года я не смог поступить, два года служил в армии, потом снова год готовился. Так что поступил я только через много лет после окончания школы в Московский государственный университет. В этом и заключается закономерность. А случайность в том, что я стал радиоастрономом, потому что радиоастрономия — это большая наука, здесь и радиоастрономия, и оптическая астрономия, рентгеновская астрономия и гамма-астрономия, сейчас есть и другие виды астрономии. Поэтому нужно было что-то выбирать. На третьем курсе, во время написания курсовой работы в университете, я ходил по лабораториям и спрашивал: «Вам студент не нужен?» В лаборатории астрономии сказали: «Нужен». Так я и стал радиоастрономом. А по окончании университета я поступил в Пущинскую радиоастрономическую обсерваторию, с тех пор там и работаю, почти 30 лет.

Здесь, на картинке, вы можете увидеть два из наших инструментов: такое серебристое поле проводов и на дальнем плане классический телескоп, тарелка. Она имеет размер 22 метра, это наш самый первый телескоп, который был построен. По тем временам это был самый большой телескоп в мире, сейчас это один из самых маленьких. Самые большие телескопы, как известно, имеют размер: подвижные — 100 метров, а неподвижные — 500 метров (Китай) и 300 метров (США). А серебристое поле проводов — это антенна, которая называется БСА (Большая синфазная антенна или Большая сканирующая антенна). Она является одним из самых больших в мире радиотелескопов в метровом диапазоне длин волн, и основные результаты в работе обсерватории получены по наблюдениям на этой антенне.

Антонина: Спасибо. Здорово. Очень интересно.

Станислав Негруша, участник МОД «АЛЛАТРА»: Во время первого интервью Вы сказали, что изучаете пульсары и космическую погоду. Мы собрали некоторую информацию, которая доступна в интернете, и если сказать коротко, выяснили, что пульсар представляет собой вращающуюся нейтронную звезду, которая обладает собственным магнитным полем. Мы понимаем, что если нечто, обладающее магнитным полем, вращается, оно будет непосредственно излучать. Причём излучает оно не только в видимом, но также и в радиодиапазоне. Это первый аспект.

Второй аспект: мы понимаем, что если такое массивное тело, как нейтронная звезда, вращается, его вращение будет очень стабильным. Те, кто знает, что такое гироскоп, понимают, о чём я говорю. Просто для пояснения: нейтронная звезда весит столько же, сколько Солнце, при этом её размеры — порядка нескольких десятков километров. Получается, что все пульсары вращаются с разной частотой и отличаются друг от друга как отпечатки пальцев. Хотелось бы, чтобы Вы дополнили наши понимания как человек, который непосредственно работает в этом направлении.

Сергей Тюльбашев: Да, пульсар — это массивная, быстро вращающаяся нейтронная звезда, и у неё есть характеристики. Чаще всего говорят про характеристику «период», потому что она совершенно очевидна: за одно вращение вы видите какую-то вспышку. Эта вспышка может быть в радиодиапазоне, в рентгеновском диапазоне, в гамма-диапазоне, в оптическом диапазоне. Пульсары были открыты в радиодиапазоне, и больше всего их найдено именно в радиодиапазоне.

У пульсара есть несколько базовых характеристик Первая, как мы уже упоминали, — это период. Период большей части пульсаров известен с очень высокой точностью. Точность одна стомиллиардная доля секунды — это низкая точность. Мы знаем периоды некоторых пульсаров с точностью до одной стотриллионной доли секунды. Получается, что, несмотря на то, что известно примерно 2 500 пульсаров, по периоду пульсара вы всегда можете отличить один от другого.

Вторая характеристика — это импульс пульсара. На рисунке 1 мы видим периодические импульсы. Если мы соберём эти импульсы вместе, то получится так называемый средний профиль. По одному импульсу все импульсы чем-то похожи друг на друга, а средний профиль — это совершенно уникальная вещь и у всех пульсаров он разный.

Третья характеристика очень интересная. Мы говорим, что в космосе вакуум, и мы привыкли к этому со школы. На самом деле в космосе не вакуум, а очень разрежённая среда. Что делает эта среда? Если есть какое-то излучение в пространстве, она его проводит через себя с разной скоростью. То есть получается, скорость света в вакууме — константа, а в разрежённой среде она всюду разная. Поэтому, когда идёт излучение пульсара, оно к нам приходит на разных длинах волн в разное время. Получается, импульс размывается.

На рисунке 2 видно много импульсов: сверху наблюдение на низкой частоте, снизу — на высокой. Расстояние до этого пульсара — примерно тысяча световых лет, импульс прошёл тысячу световых лет. То есть он к нам шёл очень большое расстояние, и за это время он пришёл на одной частоте (на рисунке сверху), пришёл попозже — это низкая частота, а на рисунке снизу он пришёл пораньше — это высокая частота. Мы видим, как скорость света меняется в среде — это называется мерой дисперсии (DM). Это тоже одна из характеристик пульсара, по которой их можно отличить. Так мы просвечиваем и изучаем космическую среду при помощи пульсаров.

Пульсары очень тяжело обнаружить. Когда-то я для себя придумал такой пример: представьте бушующее море и волны высотой примерно 12 метров. И эти волны каждую долю секунды меняются: волна то в одном месте возникла, то в другом, их много, всё море бушует. И нам говорят: «На фоне этих случайных волн есть неслучайные процессы. Волна, которая имеет примерно такую же ширину, попадает то на скат большой волны, то на гребень, то ещё куда-то, и высота этой волны примерно два миллиметра. Найдите, пожалуйста». Поиск пульсаров — это как раз задача такого рода. Она очень сложная технически и предполагает большое количество трудозатрат. Поэтому пульсары искать очень тяжело, но, тем не менее, нашей обсерваторией найдено порядка 70 пульсаров за последние несколько лет.

А вообще, пульсары — развивающаяся вещь, постоянно находят что-то новое. Например, относительно недавно были найдены пульсары, которые сейчас называются «вращающиеся радиотранзиенты». Они характерны тем, что у них излучение не периодическое, а отдельные импульсы: раз в минуту, раз в час или ещё в какое-то время. То есть получается, на небе постоянно идут короткие вспышки. Мы не знаем, ни куда смотреть, ни как искать: найти такие объекты очень тяжело, но треть всех таких объектов найдены здесь, в Пущино.

На рисунке 3 можно посмотреть, как выглядят такие вспышки. Наклон показывает, насколько далеко от нас находится пульсар. Чем больше наклон, тем дальше находится пульсар, тем больше его мера дисперсии.

Антонина: Спасибо, очень интересно. Скажите, Сергей, а какие задачи Вы ставите перед собой, изучая пульсары? И вообще, чем пульсары интересны радиоастрономам?

Сергей Тюльбашев: Когда я начинал изучать пульсары, это был чисто спортивный интерес, потому что их очень тяжело искать. Я по специальности, наверное, астроном-наблюдатель, то есть экспериментатор. Это тяжёлая экспериментальная задача. Когда у нас отремонтировали антенну, довели её до той кондиции, какой она была в то время, когда её только строили, на ней стало возможным делать новые задачи. Поэтому для меня это был чисто спортивный интерес.

Если же говорить о пульсарах, то пульсар — это астрофизический объект с экстремальными свойствами, то есть плотность на поверхности 100 миллионов тонн в кубическом сантиметре, а в центре — в 10 раз больше. Что такое 100 миллионов тонн в кубическом сантиметре? Представим, что мы этот кубический сантиметр, этот напёрсток вещества, смогли бы превратить в обычную воду. Вот эта вода, которая помещается в одном кубическом сантиметре, заняла бы озеро размером километр на километр и высотой 150 метров. Или это столб жидкости размером полметра на полметра — отсюда до Луны. Даже представить невозможно такое вещество. Оно является сверхпроводящим.

В последние годы много говорили про сверхпроводимость и всё время идёт проблема, что сверхпроводимость нужна при комнатной температуре, а получается её сделать при температуре минус 100 °С, минус 150 °С и так далее. Такая сверхпроводимость была бы очень выгодна в нашей технике. У пульсаров же сверхпроводимость — при температуре миллион градусов на поверхности и миллиард градусов в центре пульсара.

У пульсаров гигантское магнитное поле. На Земле магнитное поле — один гаусс (1Gs), а у пульсаров типичное поле — это примерно триллион гаусс, то есть все цифры совершенно сумасшедшие. Быстрое вращение. Самые быстрые пульсары — 700 оборотов в секунду.

Получается, что пульсар — это объект с экстремальными свойствами, на нём легко проверять многие теории, подобные общей теории относительности. Это природа-мать дала нам инструмент, которым мы можем пользоваться — лаборатория в космосе. На Земле мы не можем создать такую лабораторию. Поэтому пульсары очень интересны. Одна из «кричащих» задач у меня — это поиск пульсаров в Андромеде, ближайшей к нам галактике. Очень надеюсь, что в ближайшие несколько месяцев удастся получить какие-то результаты.

Станислав: Хотелось бы всё-таки вернуться к навигации в космосе по пульсарам, о которой Вы упоминали при первой встрече. Могли бы Вы чуть расширить эту тему?

Сергей Тюльбашев: Да. Вот на Земле мы привыкли (если говорить про старые времена), что навигация — это специальные астрономические приборы, при помощи которых определяли долготу, широту. Затем развитие техники позволило выводить спутники на орбиту. И сейчас мы имеем так называемую систему Global Positioning System (GPS). Аналогичная система в России — ГЛОНАСС, аналогичная система в Европе — Галилео, аналогичная система есть в Китае. То есть четыре разных системы. Конечно, это делали военные и под себя, для того, чтобы точнее можно было бы направлять ракеты. Но тем не менее оказалось, что и для гражданской жизни это даёт многое. Таким образом, на Земле мы можем знать координаты с точностью примерно до 10 см (для гражданских дают один ‒ три метра, для военных — поточнее).

А что делать, если мы летим в космосе? Все эти спутники относятся к Земле и могут давать только наземные координаты. Как быть в космосе? Обычно этим занималась небесная механика, когда не было никакого толкового управления. Вы знаете: с какой скоростью вы запускаете ракету, в каком направлении запускаете, и у вас есть двигатели, которые могут немножко маневрировать. Поэтому вы говорите: «Мы запустили», а дальше небесная механика нам говорит, куда ракета, в конце концов, прилетит. Но понимаете, что небольшая неточность в запуске приведёт к тому, что вам нужно делать какие-то очень большие поправки. А если вы летите очень далеко, то получается, что у вас вообще координат никаких нет.

И тогда начали разрабатывать систему, которая позволяет делать навигацию в космосе. Я этой системой никогда не занимался, но мои коллеги ею занимаются, и, соответственно, я много про неё слышал. Суть этой системы очень проста. Скорость света конечна, поэтому на каком расстоянии ни находился бы наш космический аппарат — если он дал нам сигнал и мы знаем время, когда он этот сигнал дал, то мы знаем расстояние до него. Скорость тоже известна по этому же сигналу. Остаётся узнать, где точно находится этот космический аппарат. Но мы знаем, что есть пульсары. У пульсаров есть период. Этот период известен нам с гигантской точностью. Космический аппарат, когда движется, он же движется по отношению к пульсарам с какой-то скоростью, и это означает, что работает эффект Доплера. Измеряемый период отличается от настоящего периода. Следовательно, если у вас есть несколько пульсаров, вы просто на небе делаете сетку и говорите совершенно точно, где вы находитесь. Точность определения координат таким способом пока теоретическая, это примерно 100 метров, километр в пределах Солнечной системы. Вот такой способ. Он разрабатывается, но когда он войдёт в строй — неясно, потому что все страны фактически похоронили всё, что касается дальнего космоса. Отдельные эксперименты проводятся, но их очень мало. Поэтому заработает эта система или нет, пока неясно.

Светлана: Спасибо большое. Когда мы готовились к теме о пульсарах,  в книге Анастасии Новых «АллатРа» встретили информацию о том, что в 1054 году был взрыв сверхновой и образовался пульсар. Он находится в центре Крабовидной туманности. По размеру он занимает приблизительно 25 километров и питает целую Крабовидную туманность, он излучает как маяк. Сейчас фиксируются мощные вспышки гамма-излучений этого пульсара. Одну интересную информацию мы встречали в работе Николая Ивановича Шакуры «Нейтронные звёзды и чёрные дыры в двойной системе звезд». И у нас возникла пара вопросов, которые мы хотим Вам задать. Первый, самый простой: почему пульсары сравнивают с маяком, и  для чего маяк, для кого, какой путь указывает, куда? Может, Вы как-то нам больше расскажете, может, даже немножко и с философской точки зрения.

Сергей Тюльбашев: Для зрителей маяк — это всё-таки некое рукотворное сооружение, то есть нечто, что было сделано руками внеземной цивилизации и показывает нам путь куда-то. Это очень глубоко и философски. В реальности, как мы знаем, на земле маяки — это периодически излучающие объекты, имеющие определённые характеристики, по которым можно ориентироваться. Примерно то же самое и пульсар. Каждый пульсар светит совершенно уникальным образом, и по нему можно ориентироваться. Поэтому слово «маяк» здесь, конечно красивое, но не точное.

Светлана: Спасибо большое.

Станислав: Мы много рассказываем про пульсары, но так и не рассказали, что такое пульсар. Пульсар образуется в результате взрыва сверхновой — это как один из вариантов. И почему искали информацию по поводу маяка. Интересно, что раз этот массивный объект обладает огромной гравитацией, огромным магнитным полем, то излучать он может только с полюсов. А так как он ещё и движется в пространстве, то когда этот полюс светит на нас, скажем так, он светит не постоянно, а периодически. Поэтому, я так понимаю, их и сравнивают с маяком. Я правильно понимаю, Сергей Анатольевич?

Сергей Тюльбашев: Тут надо немного уточнить: не когда он «движется» на нас... Дело в том, что на Земле, например, точно также полюс вращения, относительно которого мы вращаемся, и магнитный полюс не совпадают.

У многих звёзд такая же ситуация, и у пульсаров точно такая же ситуация. То есть магнитный полюс находится далеко от оси вращения. Таким образом, когда пульсар вращается, его магнитный полюс высвечивает в космосе такую воронку. Если мы попадаем на край этой воронки, то время от времени она по нам чиркает. И вот тогда мы видим вспышку.
 
Станислав: Ту самую вспышку пульсара, да.
 
Сергей Тюльбашев: Да, ту самую вспышку пульсара. На самом деле излучение, которое приходит от пульсара, очень странное. В каком плане? На картинке 1 были отдельные импульсы, ну вроде бы импульсы и импульсы… Если же вы начнёте наблюдать с очень короткими интервалами времени, как бы попытаетесь улучшить временное разрешение, этот импульс распадается на кучу других импульсов другого масштаба. Это называется микроструктура. Если вы начинаете смотреть эту микроструктуру, опять попытаетесь наблюдать с ещё более короткими интервалами времени, она тоже распадается.

Самые короткие вспышки, которые сейчас известны, имеют длительность пол-наносекунды, то есть меньше, чем одна миллиардная доля секунды. И как образуются такие вспышки, пока у теоретиков нет особых идей. Рассматривается так называемая проблема гигантских импульсов. Они есть у многих пульсаров, но почему они вдруг возникают, не очень ясно.
 
Станислав: Упоминается о том, что пульсар питает огромную Крабовидную туманность. Как мы понимаем, это связано с тем, что он обладает большой массой и стягивает, так скажем, её вокруг себя. Правильно ли мы понимаем и как это вообще понять?

Сергей Тюльбашев: Нет, это не так. То, что мы видим — вот эта Крабовидная туманность — это то, что появилось в результате взрыва сверхновой, это кусок оболочки сверхновой, который улетел. То есть при настоящем взрыве остаток схлопнулся в нейтронную звезду, а вот этот улетел. Теперь получается как? Вот это вещество улетело, оно постоянно расширяется и занимает всё больше и больше места в космосе, но своей энергии у этой оболочки нет. Вся энергия, которая была, — это энергия самого пульсара. Получается, что эта оболочка вроде бы улетела и она должна быть тёмная, то есть она должна высветиться, потому что была нагретая, и потихоньку затухнуть, и всё. Но пульсар постоянно добавляет энергии в эту оболочку за счёт своего излучения, и получается, что есть дополнительный источник энергии, поэтому эта оболочка светится.

Есть картинки этой оболочки в разных диапазонах, и в каждом диапазоне они настолько не похожи, что возникает ощущение, что это вообще разные объекты. Если пульсар, например, исчезнет, по каким-то причинам перестанет светить, то и оболочка потухнет. Именно он её питает.
 
Станислав: Спасибо. Понятно. Мы здесь тоже говорим про разные диапазоны. Хотелось бы отметить из того, что удалось найти в литературе, что молодые пульсары излучают даже в видимом спектре. А когда, скажем так, пульсар потихонечку стареет, он начинает вращаться всё медленнее, перестаёт излучать видимый спектр и начинает излучать в радиоспектре. Также есть пульсары (это пояснение для наших зрителей), которые излучают в радиодиапазоне. Поэтому мы говорим про спектр и про то, что их можно наблюдать в разных диапазонах.
 
Сергей Тюльбашев: Пульсары излучают во всех диапазонах, но большая часть пульсаров известна именно в радиодиапазоне. Самое смешное, что радиодиапазон самый малоэнергичный, то есть энергия, которая принимается в радиодиапазоне, совершенно ничтожная. Для сравнения, пульсар, например, в один янский (1 Ян) — это условная единица — считается сильным. Это сильный пульсар.

Что такое 1 янский? Я приведу два разных выражения. Одно выражение такое: одна стомиллионная от одной миллиардной от одной миллиардной одного Ватта. Ватт — это то, что даёт пальчиковая батарейка. Такая энергия считается мощной. Понимаете, да? И второе выражение, если говорить нашим обычным, стандартным языком, — это 10 ^-26 Вт/м². То есть несмотря на то, что энергия от пульсара в радиодиапазоне минимальная, тем не менее большая часть пульсаров видна именно в радиодиапазоне, потому что там легко организовать вот это небольшое количество энергии.

Тех пульсаров, которые видны в оптике, их очень мало. Пульсары, которые видны в рентгеновском диапазоне, их побольше, но тоже мало. Они излучают за счёт других механизмов, а не за счёт того, что вращается магнитная ось или ось вращения, или ещё что-то. Например, рентгеновские пульсары излучают за счёт того, что на поверхность пульсара падает вещество, и это вещество во время соударения излучает рентгеновские фанты, и мы их видим. Так что это разные механизмы излучения.

Станислав: Интересно то (из того, что было найдено в литературе), что рентгеновские пульсары зачастую являются частью двойных систем, то есть систем, в которые входят две звезды. Вы только что упомянули про то, что от соударения вещества, которое попадает на этот пульсар, мы видим рентгеновское излучение. Теперь стало чуть более понятно, как происходит механизм этого излучения. Но хотелось бы вернуться к нашей теме. Мы знаем, что в последнее время учёные фиксируют сильные вспышки гамма-излучения, которые приходят к нам из Крабовидной туманности. Могли бы Вы пояснить, о чём говорят эти вспышки?

Сергей Тюльбашев: У этого пульсара время от времени усиливается рентгеновский диапазон, время от времени усиливается гамма-диапазон. Причины этого, скорее всего, — это какая-то аккреция.

Аккреция — это падение вещества на поверхность. Откуда это вещество взялось — это вопрос. И как долго это будет продолжаться? Несмотря на то, что гамма-диапазон очень энергичный, в конечном счёте общая энергия, которая приходит к нам от этого пульсара, очень мала. Поэтому нам это ничем не грозит, а когда это прекратится — не очень ясно. Но ничего особенного в этом нет. Так у многих пульсаров: излучают в гамма-диапазоне, пропадают, потом снова появляются. Так что это обычное явление для пульсаров.
 
Станислав: Спасибо.
 
Антонина: Спасибо. Сегодня мы уже говорили о навигации. Мы знаем, что пульсары дают возможность делать шкалу точного времени. И так как навигация сегодня использует атомные часы, по которым она ориентируется, это очень важный момент. Будет ли такая шкала времени, которая будет ориентироваться на пульсары, более точной, нежели та, которая сейчас существует, которой мы пользуемся?
 
Сергей Тюльбашев: Вообще вопрос шкалы времени очень сложный. Дело в том, что у нас такое ощущение, что время всегда и всюду одно и то же. На самом деле мы этого не знаем. В пределах Земли мы это измерили, в пределах нашей Солнечной системы мы это тоже измерили: время вроде бы течёт одинаково с той точностью, с которой мы его можем мерить.

Можем ли мы утверждать, что рядом с центром нашей Галактики время течёт точно так же, с теми же интервалами, как и у нас? А как течёт время в каких-то очень далёких галактиках, где-то на краю нашей Вселенной, мы этого не знаем. Поэтому любая дополнительная шкала времени даёт нам новую степень свободы. В качестве примера могу сказать такую вещь. Вот мы меряем расстояниями. Возьмём, например, расстояние по так называемым стандартным свечам. Что такое стандартная свеча? Это, например, сверхновые определённого типа, которые в момент вспышки, в момент максимума яркости, всегда излучают одинаковое количество энергии. Получается, где бы эта сверхновая ни вспыхнула, в какой бы галактике она ни появилась, если мы доказали, что это именно сверхновая такого типа, мы знаем точное расстояние до галактики. Шкала расстояний.

С другой стороны, многие слушатели, наверное, знают о так называемом красном смещении, что, чем дальше находится галактика, тем быстрее она движется. Следовательно, если вы померили красное смещение до галактики, вы определили расстояние до этой галактики.

Вот вспыхнула где-то вспышка сверхновой. Вы определили расстояние двумя разными способами: одним способом — через стандартную свечу, другим способом — по красному смещению. Эти расстояния должны совпадать. Одно время проводился такой массовый эксперимент, и вдруг выяснилось, что, чем дальше находятся галактики, тем сильней расходится расстояние, определяемое по стандартной свече и по красному смещению. За это и получена Нобелевская премия, это открытие так называемой тёмной энергии. То есть получается, всего лишь вы мерили расстояние двумя разными способами - и получили Нобелевскую премию. Со шкалой времени примерно то же самое: это всегда дополнительная степень свободы, которая нужна.

Получить работающую шкалу времени очень тяжело, потому что нужны массовые и долгие наблюдения пульсара. Ведь как вы эту шкалу времени получаете? Например, вы на коротком интервале час понаблюдали и имеете пульсар с периодом в одну секунду. За час вы пронаблюдали 3600 импульсов. Вы говорите: «Я померил — период одна секунда. Значит, через сутки вершинка импульса придётся на такое-то время». Через сутки мерите: она уползла немножко, сдвинулась. Вы говорите: «Ой, это, наверное, была не точная секунда, а 0,999999 чего-то там». То есть вы уточнили свой период. Вы говорите: «Ладно, я тогда через 10 суток посмотрю». Посмотрели: опять уползла вершинка. И так поправками вы можете вычислить точный период.

Если есть много пульсаров, у которых вы знаете совершенно точный период, вы можете создать шкалу времени, просто смотря, попадает ли по фазе пульсар в нужное время в окошке, в котором вы наблюдаете. Если он попадает в это нужное время, вы говорите: «У меня есть эта шкала времени, которая не зависит от шкалы времени на Земле». Вернее, не так: они друг с другом связаны, но если вдруг они начнут расходиться, вы это почувствуете.

Светлана: Спасибо большое. Хотим спросить ещё об одном направлении, которым Вы занимаетесь, — это космическая погода. Мы знаем, что такое погода за окном. А что такое погода в космосе, как она влияет на нашу жизнь, на климат? Расскажите нам подробнее, пожалуйста.

Сергей Тюльбашев: Космическая погода — это проявление солнечно-земных связей. Солнце — очень стабильная звезда. И то количество энергии, которую ежесекундно даёт нам Солнце, меняется в очень небольших пределах — разница день ото дня, год от года. Речь идёт о том, что разница в энергии, которую мы получаем, — примерно доля процента. Если говорить о вспышках (это научным языком называется «выброс корональной массы»), то энергия, которая выделяется внутри этой вспышки, ещё меньше, на порядок меньше. То есть по сравнению с общей энергетикой Солнца это совершенно ничтожная величина. Однако если этот выброс корональной массы попал по направлению на Землю, то Землю накрывает облако быстро движущихся частиц — облако плазмы. И эта плазма взаимодействует с нашей магнитосферой (это для Земли), а также действует на космические аппараты в космосе. В связи с тем, что это быстро движущиеся частицы, они могут уничтожать космическую аппаратуру и её надо просто отключать от электричества, питание отключать. Это может быть опасно и для космонавтов, что касается космоса.

Если говорить о Земле, то получается, что происходит общее падение магнитного поля Земли, и сильней всего это действует, естественно, на полюсах; на любые металлические линии: это провода, вытянутые с востока на запад, это трубы (в трубах начинается повышенная коррозия), это отключение трансформаторов. То есть вред от такого выброса может быть колоссальный, если вы его не можете предотвратить каким-то образом. Поэтому предсказывать такие выбросы корональных масс нужно, и, соответственно, для этого нужны какие-то наблюдения. Вот одни из таких наблюдений проводятся у нас в Пущино.

Светлана: Пришло такое понимание, что космическая погода во многом зависит от активности Солнца, и можно сказать, что Солнце строит погоду на Земле. Или это неправильное предположение?

Сергей Тюльбашев: Это правильно, но только в самом-самом общем смысле. В частности, на климат, например, эти выбросы корональных масс никак не влияют. Общая энергетика Солнца несопоставима с той энергетикой, которую даёт этот выброс, поэтому на общий климат влияния никакого нет. Ещё часто рассматривают влияние на людей, то есть на самочувствие. Я, честно говоря, большой скептик в этом отношении. Мне кажется, что на людей это влиять никак не должно в силу того, что общая энергия, которая попадает на Землю, слишком ничтожна. От каких-нибудь мобильных телефонов мы получаем гораздо больше вреда, чем от этих вещей. Так что с климатом, я думаю, это никак не связано. Просто излучение Солнца, долговременное поведение Солнца — там да, потому что известны периоды, когда были ледники, когда было на Земле очень горячо и так далее. Это связано с тем, как у нас в атмосфере распространяется углерод, и прочие вещи, которые косвенно связаны с Солнцем, но не более того.

Антонина: Я хотела бы уточнить: циклы Солнца тоже влияют на климат Земли? Мы знаем про минимумы, максимумы. И ещё такой вопрос в дополнение: когда минимум на Солнце, то каким образом меняется среда в космосе? То есть солнечного излучения получается меньше. Как меняется среда? Возможно, галактическое излучение усиливается?

Сергей Тюльбашев: Нет, у нас очень большая гидросфера, она находится за пределами всей нашей Солнечной системы, причём далеко за пределами, и галактическое излучение не влияет никак. Если же говорить о том, что происходит с циклами (12-летний цикл и другие циклы), то в наших наблюдениях это сказывается таким образом: солнечный ветер весь прижимается к плоскости солнечного экватора, то есть он занимает гораздо меньше места. При минимуме активности Солнца на нём мало пятен, и солнечный ветер становится вытянутым вдоль плоскости. При максимуме активности Солнца солнечный ветер занимает всю Солнечную систему, то есть он равномерный во всех направлениях — такая большая сферическая оболочка. Но и в одном и в другом случае мы это обнаруживаем у себя в наблюдениях совершенно чётко в виде разницы так называемых мерцаний. Это можно показать на следующей картинке (рисунок 4).

На этом рисунке видны разные дни наблюдений: сверху вниз — первый день, второй... они разъединены светлыми промежутками. И на втором рисунке сверху — такая дуга красненькая. Это усиление так называемых мерцаний, то есть в этот момент там происходит вспышка, тот самый выброс корональной массы. Через день эти мерцания сдвинулись: видите, там как бы дуга, ушли дальше красные пятна. На следующий, третий, день (4-я картинка сверху) большая, красная область — это уже выброс достиг Земли. И наконец, на следующий день все спокойно, ничего не происходит. То есть специалисты понимают, когда видят такую картинку, что происходит. Для нас они наглядные. Они чётко показывают скорость распространения этой вспышки и её силу.

Антонина: Спасибо.

Станислав: Спасибо. Мы, кстати, сегодня уже упоминали об антенне БСА, и мы знаем, что эта антенна пока ещё не используется на полную мощность, но с её помощью как раз можно изучать погоду в космосе. И мы хотели бы узнать о перспективах этого направления.

Сергей Тюльбашев: Как вообще можно отслеживать вспышку? Дело в том, что любая вспышка начинается, естественно, на Солнце. На Солнце она выглядит, как рентгеновская вспышка. Если мы на Солнце увидели рентгеновскую вспышку при помощи рентгеновского телескопа, дальше вы должны сказать: а когда эта вспышка придёт на Землю? Это зависит от скорости, а скорость рентген не определяет. То есть, получается, вы её в рентгене отследили, а дальше вы должны узнать, в какой момент она будет у нас. Дальше вступает наш метод, которым мы пользуемся, — метод мерцания. Он позволяет отследить скорость вспышки на расстояниях примерно до 0,6–0,7 астрономической единицы.

Если вы это уже отследили, вы знаете скорость, то идёт следующий этап. Есть спутники, которые находятся в так называемой точке Лагранжа (это полтора миллиона километров от Земли), они просто фиксируют прохождение этого выброса через спутник, и известна скорость — значит через 20 минут на Земле будет вспышка. То есть это такой этап (я не всю цепочку сказал, а только три этапа, на самом деле цепочка ещё длиннее), что вы не в одиночку работаете, а только совместные, совокупные усилия всех позволяют ответить на этот вопрос. Поэтому получается, что наш один телескоп теоретически может отслеживать космическую погоду, но практически мы объединяемся, как правило, в сеть. Например, все, кто занимается методом мерцания, объединены в так называемую сеть WIPS (Work IPS Station). То есть эти станции находятся в Японии, Индии, России, Мексике, Европе, Австралии, США, в ЮАР, по-моему, сейчас тоже запустили. И все вместе мы это дело пытаемся контролировать.

Есть академическая наука, а есть практическая наука. Космическая погода — это практическая наука, которая требует дополнительного финансирования, дополнительных вливаний, потому что мы находимся в академическом учреждении, нам платят за статьи, мы должны выполнять объём какой-то научной работы. А эта работа техническая, потому что наука там кончилась примерно 50 лет назад. Уже 50 лет назад знали, как это всё делать. Но вопрос, чтобы довести всё это до такого состояния, чтоб этим можно было пользоваться, чтобы вы включали телевизор и вам говорили: «Космическая погода сегодня вот такая», — это уже проблема.

Антонина: Здорово. Сергей, такой ещё вопрос: какие открытия в астрономии могли бы перевернуть наше понимание о строении Вселенной, вообще о жизни в космосе? Что бы могло изменить наше мировоззрение, направление науки?

Сергей Тюльбашев: Каждый астроном, каждый физик и учёный, да и вообще, наверное, любой человек на земле даст свой набор ответов, поэтому я могу говорить как частное лицо. На самом деле такими открытиями могут быть три связанных между собой открытия. Первое — это открытие внеземных цивилизаций, то есть доказательство того, что мы не одни во Вселенной. Мне кажется, что, с точки зрения мировоззрения, это совершенно кардинальная вещь, которая может многое изменить.

Второе — это тоже связано, в общем-то, с разумом, но уже с нашим разумом — возможность бесконечной жизни. Можем ли мы как Личность развиваться вечно? Можно ли достичь личного бессмертия? Мне кажется, это совершенно номинальная вещь, и время от времени читая популярную литературу, думаю: а вдруг и это возможно.

И наконец, тоже очень похожая проблема — это создание искусственного разума. Когда мы смотрим телевидение, читаем какие-то популярные книги, слушаем других людей, вроде бы такое ощущение возникает, что вот-вот искусственный разум уже тест Тьюринга проходит, сейчас начнёт мыслить. Очень хочется верить, что искусственный разум тоже возможен. Это три таких связанных проблемы, на мой взгляд.

А второй блок открытий — это чисто астрономические, это практическое доказательство множественности вселенных и возможности перехода из одной вселенной в другую. Дело в том, что мы развиваемся с какой-то феноменальной скоростью, до сих пор не понимаем, почему не обнаруживаем внеземные цивилизации. Должны уже обнаруживать, но не обнаруживаем тех, кто уровнем выше нас — куда-то они деваются.

Предположим, мы одни в этой Вселенной. Вот мы развиваемся, овладели чудовищными энергиями, разум наш распространился куда угодно, потом Вселенная взяла и схлопнулась — и мы исчезли как человечество. То есть получается, переход в другие вселенные, если он возможен, позволяет отложить вопрос смерти нашей цивилизации (если мы сами себя не погубим) на неопределённое время. Поэтому он мне кажется принципиальным таким вопросом.

Антонина: Очень интересно, спасибо. И в дополнение хотела сказать, что в книге «АллатРа» как раз и рассматривается вопрос бессмертия Личности. Также участники Международного общественного движения «АЛЛАТРА» создали новый проект, который называется XP NRG, где как раз занимаются созданием искусственного сознания. Это немножко отличается, но у нас на канале есть презентация этого проекта, можно посмотреть и Вам, Сергей, и всем нашим зрителям. Это действительно очень интересно и открывает новые горизонты в науке.

Сергей Тюльбашев: На самом деле это говорит о том, что мысли всех людей идут примерно в одном и том же направлении.

Антонина: Да, то есть в едином поле находятся.

Станислав: Да, информационное поле единое.

Антонина: Хотим ещё задать такой вопрос: какие открытия в радиоастрономии могли бы дать мощный толчок для развития смежных наук — квантовой физики, ядерной физики, химии, биологии и других наук?

Сергей Тюльбашев: Если говорить про астрономию, то, наверное, это всё-таки все вопросы, связанные с движением, со сверхскоростями. Те, что сейчас активно рассматриваются, — это кротовые норы, для нас это фактически бесконечные источники энергии. Потому что, вообще-то, всё у нас определяется энергией, той энергией, которую мы осваиваем.

Такой пример: в прошлом году умер Николай Семёнович Кардашёв — директор космического центра. У него масса всяких открытий, в том числе он занимался внеземной жизнью. Он ввёл классификацию внеземных цивилизаций по количеству энергии, которую они перерабатывают. Цивилизации самые слабенькие — это цивилизации типа Земли, они имеют энергетику, сопоставимую с той энергией, которую Солнце посылает на Землю. Солнце на Землю присылает 1 кВт на каждый квадратный метр в секунду. Вот если вы овладели энергией, эквивалентной площади Земли (умножив на 1 кВт каждый квадратный метр), то вы — цивилизация первого типа. Ну пока мы не доросли ещё до этого, далеко ещё, тем не менее мы где-то там болтаемся.

Цивилизации второго типа — это цивилизации, которые овладели энергией, эквивалентной энергии звезды, рядом с которой они находятся. Вот мы овладеем такой же энергией, как энергия Солнца, — мы цивилизация второго типа. И механизмы такие рассматриваются: это так называемая сфера Дайсона и другие.
Цивилизации третьего типа — это цивилизации, которые овладели энергией, сопоставимой с энергией звёзд в их галактике. В нашей галактике 100 или 200 миллиардов звёзд. Овладели вы этой энергией — вы цивилизация третьего типа.

И сейчас вводятся цивилизации четвёртого типа. Это цивилизации, которые овладели энергией Вселенной.

Так что энергетика у нас решает абсолютно всё. А уж каким образом могут астрономы дать толчок к овладению новыми формами этой энергии — это сугубо академический вопрос, и когда он будет решён, очень трудно сказать.

Антонина: Спасибо большое. Мы интересовались и знаем, что те данные и те разработки, которые впервые были использованы в радиоастрономии, используются нами сегодня в каждом дне. Не могли бы Вы привести примеры: что мы сегодня используем такое, что впервые было использовано радиоастрономами?

Сергей Тюльбашев: Давайте не радиоастрономы, а в целом астрономы, потому что радиоастрономия — это маленький-маленький кусочек общий астрономии. В общем-то, я нахожусь на радиоастрономической обсерватории, но это не означает, что я там чисто радиоастроном, всё-таки у нас более широкая наука. Астрономы разработали службу времени в своё время. Служба времени — это фактически атомные стандарты частоты. До этого были другие стандарты, потом появились атомные стандарты частоты, потому что они нужны были для практических исследований. В конечном счёте, с учётом ещё и небесной механики это переросло в запуск GPS спутников. Фактически, в основе всех их программ лежат программы, которые делали небесные механики (это часть нашего астрономического общества), то есть это то, чем мы пользуемся каждый день.

Другой из примеров: очень многое астрономы и биологи сделали в области визуализации информации. Разрабатывались специальные пакеты программ, которые сейчас используются, например, в системах компьютерной томографии: обработка изображения и прочее. То есть эти вещи для нас были совершенно побочные, потому что они не являются академической наукой. Но, тем не менее, дали какой-то такой толчок для всех, и все мы этим пользуемся, уже не задумываясь о том, что в основе когда-то лежали астрономические знания.

Антонина: Спасибо. Спасибо большое.

Светлана: Вот ещё такой вопрос (Вы, Сергей, уже частично ответили на него): как влияют знания астрономии, радиоастрономии на формирование мировоззрения людей? Может, Вы хотите ещё дополнить, или можем пойти дальше. Вы немножко уже отвечали, когда говорили об открытиях.

Сергей Тюльбашев: Я бы хотел ещё один пример привести такой чисто академический. Можно рисунок 5 поставить?

Академическая наука занимается вещами, которые могут понадобиться через 10 лет, через 20, может быть, через 100, а может не понадобится никогда. Самое главное и самое печальное, что мы никогда не знаем правильное направление развития. Это приводит к тому, что у нас знания экспоненциально увеличиваются, растут и в то же время эти знания всё тяжелей и тяжелей осваиваются. Хорошего какого-то решения здесь нет.

На этой картинке показано, как шло развитие пульсарной астрономии. Есть такой Питер Уилкинсон, у него есть две статьи, на которые не очень большое количество ссылок, но мне они кажутся такими философскими, основополагающими. Там идут кружочки синенькие и говорится: открыли 100 пульсаров — нашли какой-то новый объект, открыли 400 пульсаров — ещё что-то нашли, какое-то явление. И вот эта зависимость, она степенная, она быстро растущая. То есть получается, что для того, чтобы сделать следующее открытие, нужно открыть уже 3500 пульсаров.

В результате получается, что совершенно неясно, как развивать науку вообще в целом. К сожалению, сейчас и у нас, и за рубежом науку определяют чиновники. Чиновники её определяют таким образом: результат должен быть. Как вы можете получить этот результат? Вы начинаете исследовать уже известное. Уилкинсон как раз ввёл термин «The known knowns» и так далее: «известное известное», «известное неизвестное», «неизвестное неизвестное». И вот это «известное известное» — это то, чем в основном занимается сейчас наука. Наша академическая поменьше, а вообще, в целом наука там и сидит.

Меня в своё время, когда я работал в Германии, очень сильно удивило: ты пишешь заявку и должен написать в заявке результат, который ты получишь. Но если ты знаешь результат, который ты получишь, зачем тебе организовывать эти наблюдения? Получается, вы проверяете уже известные вещи. Наука должна быть там, где стоит либо «неизвестное известное», либо «неизвестное неизвестное». То есть это область, где вы делаете эксперименты, которые могут привести к новым настоящим сдвигам в науке. И таких вещей очень немного.

В частности, одна из последних вещей — это открытие тёмной энергии, «неизвестное неизвестное». Никто не ожидал, никто не знал, просто эксперимент был на одну тему, а получили нечто другое. А «неизвестное известное» — это открытие гравитационных волн. Все были уверены, что они есть, никак не могли открыть. И вот вследствие долгих экспериментов сейчас удалось их обнаружить.

К сожалению, получается, что академическая наука движется не в том направлении, это совершенно очевидно. Но при том количестве знаний, которые распространяются, и при том, что один человек уже не может освоить эти знания, совершенно неясно правильное движение. Вот это я бы хотел сказать об академической науке.

(Продолжение интервью читайте во второй части)