Растянуть точку. Многолетние исследования астрономов помогли лучше понять эволюцию звезд

1 июня 2024 8 мин.

Премии имени А.А.Белопольского за 2023 год удостоены трое ученых: доктора физико-математических наук Михаил Сачков, Валентина Клочкова и Владимир Панчук. Первый представляет Институт астрономии РАН, еще двое лауреатов — из Специальной астрофизической обсерватории РАН (САО РАН).
Несколько слов об Аристархе Аполлоновиче Белопольском, именем которого названа премия. В XIX веке была основана Главная астрономическая обсерватория в Пулково, ее возглавил В.Я.Струве.
Почти полвека там в основном трудились приглашенные астрономы из-за рубежа — для европейского ученого работа в России тогда была престижной, комфортной, денежной.
В 1891 году должность астрофизика Пулковской обсерватории занял А.Белопольский. Именно ему принадлежит огромный вклад в становление и развитие спектроскопии как одного из важнейших методов астрономических наблюдений. Он по праву признан отцом-основателем отечественной спектроскопии звезд, планет и Солнца в оптическом диапазоне.
Результаты его исследований получили мировую известность. Премия имени Белопольского за выдающиеся работы по астрофизике учреждена в 1981 году и присуждается каждые три года отдельным ученым или группам (до трех человек). Всего отмечены 28 исследователей.
Элементы везения
— В 60-х годах прошлого века статус астронома в обществе был куда значимее, чем сегодня. К примеру, конкурс на физический факультет Одесского университета, который я закончил, составлял пять человек на место, а на его астрономическое отделение — 10 человек, — вспоминает Владимир Панчук. — Не каждый университет имел (и мог содержать) техническую базу для практической подготовки астрономов-наблюдателей. Астроклимат сыграл существенную роль в создании обсерваторий, значительная доля которых была построена в южных широтах. Позже они получили статус национальных обсерваторий стран СНГ.
Элементом везения Владимир Евгеньевич считает поступление в вуз по выбранной специальности, а затем — начало работы в САО РАН, где установлен самый крупный в Евразии Большой телескоп альт-азимутальный (БТА) с диаметром зеркала шесть метров. Здесь он познакомился с Валентиной Георгиевной Клочковой, коллегой по команде лауреатов. Они трудятся в САО РАН уже более полувека.
Оба считают значимой жизненную закалку, полученную в семье и школе. Именно она подготовила отнюдь не к самым комфортным условиям жизни и научной работы: командировки, ночные наблюдения, ограниченное финансирование науки, поиск и подготовка молодых исследователей, дефицит научного оборудования и литературы…
В крупных городах, где сосредоточены основные интеллектуальные и технологические ресурсы, вести наблюдения практически невозможно из-за высокой пылевой и световой загрязненности атмосферы, непроизводственных потерь времени. Современные технологии, возможности удаленных исследований во многом снимают эту проблему, но в те годы…
Возможно, в этом кроется одна из причин присоединения к северокавказской команде москвича Михаила Сачкова, институт которого тесно связан с САО РАН. Сказалась и неизбывная тяга истинного исследователя «пощупать своими руками, увидеть своими глазами».
Обсерватория, запрятанная в горах далеко от городов и промышленных центров, обречена на дефицит инженерных кадров, квалификационные требования для которых за время жизни больших телескопов то и дело меняются. Поэтому часть инженерных проблем достается работающим в ней астрономам, не имеющим классической инженерной подготовки.
При создании телескопа БТА были использованы совершенно новые конструктивные решения. Это давало определенные преимущества в работе, но обнаруживались и неизбежные недостатки. Взять спектральные исследования: изучение отдельных спектральных линий, принадлежащих различным химическим элементам, движение газа в атмосферах и оболочках звезд, измерения скорости их перемещений в пространстве…
Так вот, вся аппаратура, с помощью которой все это изучается, размещена на подвижной части телескопа. Она, естественно, подвержена механическим и тепловым процессам, что не лучшим образом сказывается на аппаратуре. Инструмент, обладающий рекордными (по мировым меркам) характеристиками по светособирающей способности, оказался недостаточно пригодным для обеспечения высокой разрешающей способности и точности работы спектральной аппаратуры. Тончайшие изменения в картине звездного спектра можно изучать только при устойчиво функционирующей аппаратуре.
Положение надо было исправлять, что постепенно и было сделано общими усилиями. Параллельно выполнялись первые программы наблюдений. По инициативе исследователей были созданы два поколения спектральной аппаратуры.
В результате кроме четырехкратного увеличения величины спектрального разрешения удалось многократно увеличить проницающую способность методов спектроскопии звезд. Астрофизики получили возможность наблюдать более слабые и удаленные объекты. Новые возможности открыли мир новых явлений и закономерностей.
По шкале эволюции
Звезды эволюционируют миллионы, миллиарды лет. Естественно, учеными предложена теория развития этого процесса. А любая теория что? Подтверждается опытом. В нашем случае — исследованиями совокупностей объектов, находящихся на различных эволюционных стадиях.
Конечно, астроному может повезти: изучаемый объект оказывается в критическом состоянии — быстрой смены фазы эволюции. Проследить картину помогает долгий срок наблюдений — годы и десятилетия. Настойчивому исследователю может повезти еще раз, если наблюдаемый объект окажется в особой точке эволюции, длительность которой сравнима с продолжительностью жизни человека.
Уместно вспомнить римского философа Луция Аннея Сенеку и его «Нравственные письма к Луцилию». Он писал: «Время до нас и после нас не наше. Ты заброшен в одну точку — растягивай ее».
«Растягивать точку» можно не только за счет продолжительности наблюдательной программы, но и за счет развития исследовательских средств. Уже в первые годы работы на БТА стало ясно: с созданием шестиметрового телескопа не последует «девятый вал» научных результатов. Не случайно первая волна зарубежных астрономов, стремившихся получить наблюдательное время на БТА, состояла преимущественно из экспериментаторов, заинтересованных в постройке аналогичного телескопа на альт-азимутальной монтировке у себя в стране (или в международной научной организации).
Постепенно зарубежный интерес к БТА начал выдыхаться. Команда отечественных же исследователей ставила своей задачей получение результатов, достойных столь крупного оптического инструмента и значимых в мировом масштабе. Здесь необходимы время, упорство, везение. Плюс совершенствование инструментальной базы.
Именно длительность наблюдений, изучение спектров звезд в скоплениях позволили проверить различные гипотезы возникновения аномалий химического состава звездных атмосфер. Были сделаны первые оценки градиента распространенности химических элементов по радиусу нашей Галактики.
В России получены многочисленные результаты исследований изменения блеска периодических пульсирующих звезд. Продолжительные фотоэлектрические наблюдения помогли построить график зависимости «период-радиус» для классических пульсирующих звезд (цефеид).
Полученная база данных сегодня является самой полной в мире и превышает более чем втрое аналогичные по количеству звезд, исследованных однородным методом. Проведены массовые измерения лучевых скоростей цефеид. Они имеют ключевое значение при построении шкалы расстояний во Вселенной.
При создании подобной шкалы в нашей Галактике используются результаты фотометрических и спектроскопических наблюдений. Для этого лауреатам потребовалось объяснить фотометрический парадокс звездного скопления Гиады — ключевого объекта при переходе между различными методами определения расстояний.
Внутреннее строение (распределение вещества по радиусу звезды) можно исследовать, изучая распространение пульсационной волны в атмосферах быстро осциллирующих звезд (звезды спектральных классов от B до F, находящиеся вблизи или на главной последовательности и имеющие сильное магнитное поле) с особенностями распределения химических элементов.
Подобные наблюдения важны для развития теории нерадиальных пульсаций. Детальное исследование звездных спектров позволяет изучать содержание в светилах десятков химических элементов, которые синтезируются на этапах эволюции звезд различных масс и химического состава.
БТА позволяет выполнять такие наблюдения для относительно слабых звезд, входящих в состав рассеянных и шаровых скоплений.
Помогает в этом соответствующая аппаратура. Именно кратное увеличение спектрального разрешения приборов позволило обнаружить новые явления, подтверждающие некоторые предсказания теории ядерного синтеза химических элементов в звездах и эволюции вещества в околозвездных оболочках и межзвездной среде.
Совершенствование техники регистрации излучения расширило диапазон регистрируемого электромагнитного излучения, орбитальным наблюдениям стали доступны участки спектров звезд, поглощаемые атмосферой Земли.
В России сформулирована и выполняется национальная космическая программа «Спектр», ориентированная на исследования объектов Вселенной в диапазонах, недоступных для наблюдений с земной поверхности. Такие наблюдения должны поддерживаться в оптическом диапазоне, с использованием БТА и других телескопов, убеждены лауреаты премии.
Непричесанные мысли
В завершение стоит коротко попытаться ответить на сакраментальный вопрос: что же такого совершили авторы, что в научном сообществе оценено как «выдающиеся работы в области астрофизики»? Но сделать это сложно.
В наукометрических изысканиях введены все возможные параметры, характеризующие активность ученых: число публикаций, рейтинги журналов, индексы цитирования, другие показатели интеллектуальной собственности… По мнению Владимира Панчука, это сделано для чиновников от науки, чтобы облегчить им оценку деятельности ученых.
Однако все наукометрические показатели подвержены влиянию инструментов, регулирующих доступ к информации. Передавая авторские права зарубежному издательству, исследователи отдают свои научные результаты под влияние коммерческих регуляторов, определяющих доступность и известность этих результатов.
«Думается, что многие ученые испытали ощущение “посторонней руки в своем кармане”», — говорит Владимир Панчук. — Довольно часто авторам поступают запросы на тексты публикаций, изданные в отечественных журналах, уже переведенные на английский, но в полном объеме недоступные в электронных базах данных. На мой взгляд, современный ученый существует в мире борьбы за доступ к информации.
Что делать? Следует признать, что статус научного исследования можно получить только в коллективе единомышленников, где решаются общие (понятные коллегам) научные задачи. Пригодна ли для этого нынешняя отечественная система управления наукой? Как говорится, время покажет.
Создание шестиметрового телескопа БТА не привело к получению научных откровений, способных перевернуть наши представления о Вселенной, но серьезно расширило и углубило их. А кроме того, сформировало базу сохранения и воспроизводства популяции отечественных конструкторов, инженеров и астрономов.
— Сегодня приходиться слышать: «У нас с наукой становится все хуже. Пора уезжать на лучшие хлебá за кордон». А кому мы там нужны без качественной подготовки, собственных значимых результатов, умения самостоятельной работы? — спрашивает ученый.
— Россия обязана (и может) сохранить статус космической державы, завоеванный трудом поколений. Эту задачу не решить тем, кто озабочен только личной поездкой за границу.
Работать на Родине, выявлять молодых людей, способных к науке, создавать им возможности проводить исследования на равных с зарубежными коллегами — цели, к которым стоит стремиться.