Все формулы мира - читать онлайн книгу. Автор: Сергей Попов cтр.№ 58

Дело в том, что пульсары обладают легко наблюдаемыми, уникальными и стабильными периодами вращения. Иначе говоря, пульсары легко идентифицировать по рентгеновским наблюдениям – каждый несет индивидуальную метку, что позволяет создать надежную систему ориентации спутника. Но это еще не все.

Наблюдения пульсаров позволяют определить скорость аппарата (например, относительно центра масс – барицентра, Солнечной системы) без связи с Землей! Если аппарат движется в сторону пульсара, то из-за эффекта Доплера период будет казаться короче, если в противоположную – длиннее. Наблюдение за парой десятков объектов, разбросанных по всему небу, позволяет с высокой точностью измерить трехмерную скорость аппарата.

Таким образом, рентгеновские наблюдения за пульсарами дают возможность реализовать автономную систему ориентации (определения координат и скоростей) спутника. Это важно, например, для межпланетных станций, находящихся далеко от Земли (сигнал идет туда-сюда несколько часов). В настоящее время все ведущие космические агентства ведут разработки подобных систем. Китайский спутник уже тестирует такой способ ориентации. Отдельные элементы системы опробуются на МКС в рамках американского проекта рентгеновского телескопа NICER. Российское и европейское агентства тоже пытаются не отставать.

Научные проекты в самых разных областях являются идеальными заказчиками разработок новых высоких технологий. Проводя современные фундаментальные исследования, ученые работают на пределе возможного. При этом каждый раз хочется отодвинуть этот предел, попытаться исследовать область, ранее недоступную для изучения по причинам несовершенства инструментов. Поэтому каждый новый астрономический спутник – не просто еще один прибор. Это, как правило, принципиально новый аппарат, который хотя бы по одному из существенных параметров (например, по чувствительности) превосходит предшественников на порядок. Спутники далеко не всегда можно делать просто больше по размерам. Это, во-первых, было бы дороже, а во-вторых, есть физическое ограничение, связанное с размером обтекателя ракеты или грузового отсека космического челнока. Поэтому приходится искать новые технические решения, т. е. ученые вообще и астрономы в частности выступают в роли двигателей технического прогресса. Запросы ученых многократно превосходят запросы других категорий заказчиков по уровню требований (разве только военные составляют тут конкуренцию, но разработки, сделанные для них, по очевидным причинам начинают использоваться, скажем так, в бытовой технике куда как медленнее). Существенно, что расходы по этим передовым разработкам, как правило, берет на себя государство, финансирующее фундаментальные исследования. В итоге фирмы получают для коммерческих приложений уже готовый и оплаченный продукт – разнообразные know how (или получают возможность разработать соответствующие технологии на бюджетные средства). Таким образом, государственные расходы на разработку и создание передовых научных установок обычно окупаются, так как являются инвестициями в развитие высоких технологий.

Без заказов со стороны фундаментальной науки нам пришлось бы очень долго ждать многих разработок. Одним из ярких известных примеров является создание важных элементов сети интернет. Необходимость проводить исследования в области физики элементарных частиц, где работают гигантские международные коллективы, привела к развитию системы коммуникации, которая со временем превратилась во Всемирную паутину.

Менее известным примером является история возникновения Wi-Fi. Ключевой элемент этой технологии был разработан радиоастрономом Джоном О'Салливаном (John O'Sallivan), работавшим тогда в Австралии. Интересно, что мотивацией заняться этой областью исследований для него была идея Стивена Хокинга об испаряющихся черных дырах. В 1970-е гг. Мартин Рис (Martin Rees) показал, что финальные стадии процесса могут сопровождаться радиовсплеском. Именно их хотел обнаружить О'Салливан.

Следующий важный аспект пользы астрономии связан с исследовательским потенциалом этой области. Вселенная является гигантской естественной лабораторий, в которой постоянно идут процессы, недоступные для лабораторных исследований. Яков Зельдович не зря говорил, что «вселенная – это ускоритель для бедных». Современные данные свидетельствуют о том, что из космоса на Землю прилетают частицы с энергиями выше 10²⁰ эВ, что примерно в 100 млн раз больше, чем можно получить на Большом адронном коллайдере. Происхождение этих частиц неизвестно. Вероятно, решение этой загадки будет представлять интерес не только для астрофизики, но и для фундаментальной физики.

В астрономических объектах мы сталкивается с плотностями, превосходящими ядерную, магнитными полями, превышающими так называемое швингеровское поле (в таком поле из вакуума могут спонтанно рождаться электрон-позитронные пары, а отдельный фотон даже небольшой энергии с большой вероятностью может породить электрон-позитронную пару). А уж с точки зрения теории гравитации именно вселенная – идеальный полигон.

Самым свежим на сегодняшний день достижением в этой области является регистрация гравитационно-волновых сигналов от слияний компактных объектов. Кроме доказательства верности предсказаний ОТО, эти наблюдения позволили измерить несколько важных фундаментальных величин (или поставить более ограничивающие пределы). Например, благодаря регистрации электромагнитного излучения от слияния с участием нейтронной звезды впервые напрямую удалось определить скорость распространения гравитации.

Другие примеры важности астрономических исследований с точки зрения практической пользы так или иначе связаны с человеческим ресурсом. Это и подготовка специалистов, и поддержание уровня профессоров, и коммуникация науки и общества, и, конечно, привлечение в науку новых поколений будущих исследователей. Начнем по порядку.

Предположим, что общество (например, в отдельно взятой стране) заинтересовано только в прикладных исследованиях, поскольку их польза очевидна, а на фундаментальных хочется сэкономить. Опыт показывает, что для развития прикладных работ в научных сферах, где технологии достигают достаточно высокого уровня, необходимы специалисты с опытом исследовательской работы в фундаментальных областях. Связано это не только с различиями в багаже знаний у выпускников инженерных факультетов и, скажем, выпускников классического физфака. Дело в формировании разных подходов к решению задач.

По моему опыту, студенты научных специальностей, начиная работу над своими первыми исследовательскими проектами, сталкиваются с психологическими проблемами. До этого они решали исключительно задачи, ответы на которые уже есть. В редких случаях студент может столкнуться с новой проблемой, но ее характер обычно таков, что ответ все равно заведомо существует и надо лишь преодолеть технические сложности (подчас существенные), чтобы до него добраться. В научных проектах ситуация может быть совершенно иной – там мы вступаем не на тропу, по которой кто-то уже ходил, а на «нетоптаную» территорию. У нас нет полной уверенности в том, что мы получим в конце. Умение решать такие проблемы (а тем более их ставить!) – очень важный опыт, полезный и в прикладных задачах, поэтому команда из инженеров и ученых с большей вероятностью добьется прорыва в новой области и создаст нечто доселе невиданное, чем команда из одних инженеров. Таким образом, уже для подготовки специалистов, которые будут заниматься прикладными вопросами, необходимо существование серьезной фундаментальной науки, дающей возможность получить необходимые навыки и знания.