Астрофизик Александра Иванова: К катастрофическим изменениям на Земле может привести столкновение с космическим телом размером больше трех километров

Про открытие похожих на Землю планет, соленых озер на Марсе и органики на кометах, про Хокинга, его теорию возникновения Вселенной и проблемы украинской науки УНИАН рассказала старший научный сотрудник Лаборатории физики малых тел Солнечной системы Главной астрономической обсерватории НАН Украины Александра Иванова.

Какие вызовы стоят перед мировой астрофизикой сегодня?

Активно изучается видимая материя (звезды, звездные скопления, галактики и т.д.). Но это примерно 4% от вещества Вселенной, а остальное — темная материя, которая остается загадкой. На новый уровень переходит исследование формирования Солнечной системы, готовятся новые миссии. Данные старых космических миссий обрабатываются заново новыми методами.

Ученые продолжают изучать вопросы, затронутые Эйнштейном и Хокингом. Работают с теорией струн, объектами ранней Вселенной и черными дырами. Лауреаты Нобелевской премии по физике в этом году - Роджер Пенроуз (за открытие того, что образование черных дыр является строгим следствием общей теории относительности). А также Райнхард Генцель и Андреа Гэз (за открытие сверхмассивного компактного объекта в центре Галактики) активно участвуют в подготовке лунных и марсианских программ, поиске экзопланет.

Читала, что последние лет десять наблюдается прямо «бум» на открытие экзопланет – планет, похожих на Землю. Какие причины повышенного внимания?

Человечество всегда хотело знать, одни ли мы во Вселенной. Задача обнаружения планет возле других звезд долго была нерешенной, ведь планеты малы и тусклы по сравнению со звездами.

Первые экзопланеты были обнаружены в 1980 годах. Поначалу больше открывали большие газовые гиганты, похожие на Юпитер и Сатурн. Потом начали открывать похожие на Землю. Был введен термин «обитаемая зона». Это условная область в космосе, определенная из теоретических расчетов, где условия на поверхности находящихся в ней планет будут близки к условиям на Земле. В том числе, будут обеспечивать существование воды в жидкой фазе.

Уже подтверждено существование более четырех тысяч экзопланет. Не так давно была открыта планета TOI-700 d. Это первая обнаруженная экзопланета земной группы, находящаяся в обитаемой зоне своей звезды.

Вы сегодня упомянули темную материю. Что это?

Термин возник на стыке астрофизики, космологии и теоретической физики. Это гипотетическая форма материи, она не видна, но проявляется в гравитационных эффектах. Считается, что это вещество формирует скрытую массу Вселенной.

Объясните простыми словами, что такое теория струн?

Направление современной теоретической физики. Изучает динамику взаимодействия объектов не как точечных частиц, а как одномерных протяженных объектов, так называемых квантовых струн. Теория сочетает идеи квантовой механики и теории относительности и позволяет «убрать» некоторые математические противоречия между ними. В том числе, делает возможной теорию Хартла-Хокинга о параллельных Вселенных.

Астрофизик рассказала о теории Хартла-Хокинга / фото из личного архива Александры Ивановой

Что это за теория?

Стивен Хокинг совместно с американским ученым Джеймсом Хартлом занимался этим вопросом с 80-х. Они пытались устранить внутреннее противоречие теории Эйнштейна о том, что Вселенная возникла около 14 млрд лет назад, но не говорилось, каким образом.

Чтобы объяснить возникновение Вселенной, ученые использовали квантово-механический подход. При расчетах получилось, что Большой взрыв, вероятно, создал не одну вселенную, а бесконечное количество вселенных.

Из первоначальной теории выходило, что физические законы в разных вселенных тоже могут отличаться. Но если это так, если существует бесконечное число вселенных с бесконечными вариациями законов физики, непонятно, в какой Вселенной находимся мы. Возникал такой парадокс, разрешить который Хокинг пытался в последние годы жизни.

Этот парадокс удалось устранить с применением теории струн. Удалось показать, что бесконечное количество Вселенных действительно могло возникнуть, но законы физики в них должны быть едины.

В научном сообществе разделяют эту теорию?

Хокингу и Хартлу удалось устранить парадоксы, но дискуссии среди ученых продолжаются. Многое упирается в теорию струн. Любой научный результат (тем более революционный) остается открытым для критики и дискуссий, что правильно. Нельзя поставить точку и заявить: «Все именно так и уже решено».

Не так давно впервые зафиксировали предсказанные Эйнштейном гравитационные волны. Почему это важно?

Гравитационная волна — это колебание пространства и времени, вызванное массивными объектами (считается, что черными дырами). «Отцом» гравитационно-волновой астрономии считается ученый Джозеф Вебер. Он сделал детектор для обнаружения гравитационных волн и впервые сообщил, что обнаружил их, в 1970-х годах. К его работе отнеслись скептически.

В феврале 2016 года физики международной группы LIGO и VIRGO зафиксировали гравитационные волны - последствия сигнала от слияния двух массивных черных дыр. Важность в том, что открытие на 90% подтвердило существование черных дыр.

Александра Иванова рассказала о последних открытиях астрофизиков / фото из личного архива Александры Ивановой

Какие еще последние открытия астрофизиков стоит назвать?

Открытие реликтового излучения (космическое сверхвысокочастотное фоновое излучение, оставшееся после Большого взрыва). Технологический прорыв в исследовании планет и малых тел Солнечной системы (миссия «Rosetta», «BepiColombo», «NewHorizons» и т.д.). На кометах было обнаружено много органики. Возник вопрос: «Могут ли кометы быть резервуарами, которые распространяют органику в Солнечной системе?»

Обнаружение биомаркера в верхних слоях Венеры всколыхнуло научную общественность. Конечно, открытие не подтверждает биологическую жизнь на Венере, но это новые задачи для планетологов. Найдены подземные соленые озера под ледниками на южном полюсе Марса.

Почему среди всех планет Солнечной системы повышенное внимание ученых обращено на Марс?

Это связано с идеей получить информацию, как формировалась Земля и о ее ранней эпохе развития. А также, действительно ли на раннем этапе формирования Марса были условия для возникновения биологической активности. Считается, что исследования помогут решить ряд космогонических вопросов.

Официально в Солнечной системе восемь планет / фото wikipedia

Еще вопрос по Солнечной системе. Официально у нас восемь планет или все-таки девять?

Восемь. Хотя «закрывший» Плутон как планету ученый Майкл Браун, в кооперации с Константином Батыгиным активно ведут работу по поиску девятой планеты. По их расчетам предполагается, что планета удалена от Солнца примерно в 20 раз дальше, чем Нептун. И хотя это пока теория, крупнейшие телескопы подключены к поиску планеты.

Кстати, о телескопах. Глядя на небо, мы все время смотрим в прошлое. Наземные телескопы позволяют видеть историю в 6 млрд лет (считается, что нашей Вселенной около 14 млрд лет).

Впервые заглянуть в более раннюю историю нашей Вселенной позволило выведение на орбиту в 1990 году телескопа Hubble (диаметр зеркала 2,4 метра). С его помощью ученые смогли наблюдать и изучать объекты, которые формировались в период 400-480 миллионов лет после Большого взрыва. Hubble и сейчас успешно работает, хотя исчерпал свои ресурсы.

Но теперь ждем выведение на орбиту телескопа имени Джеймса Уэбба – James Webb Space Telescope (диаметр зеркала 6,5 м). Запуск запланирован на следующий год. Одна из его задач – увидеть ранние звезды, зародившиеся через 200 млн лет после Большого взрыва.

Объясните кратко, что такое Большой взрыв?

Большой взрыв — это «точка отсчета», с которой образовалась наша Вселенная. Считается, что он случился около 13,8 млрд лет назад. Перед ним Вселенная находилась в сингулярном состоянии. То есть, вся материя и энергия была сконцентрирована в одной точке. В момент Большого взрыва началось расширение Вселенной.

Углубленно об этом могли бы рассказать мои коллеги, которые профессионально занимаются вопросами происхождения Вселенной.

Александра Иванова изучает физику малых тел Солнечной системы / фото из личного архива Александры Ивановой

А на чем вы специализируетесь?

Занимаюсь физикой малых тел Солнечной системы. В основном, это кометы. Также исследую активные астероиды, причины кометной активности на больших расстояниях от Солнца. Не так давно вместе с коллегами участвовала в наземной поддержке миссии «Rosetta» Европейского космического агентства к комете 67Р/Чурюмова-Герасименко. Для меня эта комета еще уникальна тем, что Клим Иванович Чурюмов (он открыл эту комету со своей аспиранткой Светланой Герасименко в 1969 году) был моим первым руководителем в студенческие годы и сыграл решающую роль в выборе моей специализации.

Вы вспоминали эту миссию, когда говорили о крупных открытиях астрофизиков. Чем она уникальна?

«Rosetta» была запущена в 2004 году и стала первым космическим аппаратом, который вышел на орбиту кометы. Аппарат сопровождал комету в течение двух лет, ученые получали уникальные данные. В ноябре 2014 года произошла первая в мире посадка спускаемого аппарата на поверхность кометы. Свою работу аппарат завершил в конце сентября 2016 года. Подобных миссий до этого не было. Работа по анализу полученных данных продолжается до сих пор.

В ходе миссии было сделано несколько важных открытий. Например, обнаружено более высокое содержание тяжелой воды во льду кометы. Это противоречит гипотезе о кометном происхождении воды на Земле. Также обнаружены аминокислоты глицина, встречающейся в белках, фосфора, которые являются ключевыми компонентами ДНК и других органических соединений. По данным «Rosetta» было обнаружено более 60 молекул, 34 из которых никогда ранее не находили в кометах.

В Солнечной системе сотни тысяч астероидов / фото nasa.gov

Вы упомянули астероиды, поэтому спрошу. Летит ли к нам что-нибудь, способное нанести реальный ущерб планете?

В Солнечной системе сотни тысяч астероидов. Множество сосредоточено между орбитами Марса и Юпитера, эту область называют главным поясом. Преимущественно астероиды неправильной формы и небольших размеров - до тридцати километров. Это очень темные тела, их сложно детектировать, если они небольшие и находятся далеко от Земли.

Считается, что к глобальным и катастрофическим изменениям на Земле может привести столкновение с телом размером больше трех километров. Столкновение с меньшим телом (но более 50 метров в диаметре) может привести к разрушениям и жертвам.

В мире действует много программ отслеживания астероидов. Обсуждаются и разрабатываются стратегии предотвращения столкновений потенциально опасных объектов с Землей. Их можно разделить на два типа: по разрушению и по задержке. В следующем году NASA планирует запустить демонстрационную миссию по изучению использования кинетического удара для отклонения астероида от Земли (DART). Миссия направится к бинарной астероидной системе под названием Didymos. Столкновение DART произойдет не с самим астероидом, а с его спутником. Планируется, что зонд перехватит спутник в конце сентября 2022 года на расстоянии около 11 млн километров от Земли.

Почему сейчас работаете не в Украине, а в Словакии?

Получила четырехлетний грант совместно с моими словацкими коллегами для исследований комет. Современная астрофизика - международная наука, она не делится на страны. Не так важно, где астрофизик работает. Важны его результаты и вклад в общую копилку человеческих знаний о Вселенной.

Такие гранты, как я получила в Словакии, позволяют закупать оборудование, ездить на конференции и наблюдения, на телескопы, приглашать украинских студентов или аспирантов к себе на практику, оплатить им поездку на конференции. Ведь наша главная проблема в том, что молодежь после окончания вузов уходит из науки или уезжает из Украины.

У нас университетская подготовка одна из лучших, но финансирование науки в стране хуже и хуже. Мы не можем обеспечить молодежи уровень жизни в столице и дать возможность ездить на международные конференции, наблюдения и научные школы. А без этого ученый не сможет выйти на высокий уровень.

Плюс, после аннексии Крыма и продолжающегося военного конфликта с Россией, Украина осталась без крупных телескопов. Сейчас наш самый крупный телескоп находится в Одессе (диаметр зеркала – 80 см), а у наших коллег даже нет возможности снабдить его новыми фильтрами.

На днях избрали нового президента Национальной академии наук Украины - академика Анатолия Загороднего. Надеемся, что его избрание усилит роль фундаментальных исследований и позволит Национальной академии наук выйти на прогрессивный уровень.

Ваши гранты от государства или научного института?

Самый крупный мой грант имени Марии Склодовской-Кюри я получила от Европейского фонда. Его реализовала в Астрономическом институте в Словакии в течение трех лет. Второй получила под проект от Министерства образования Словакии, он на четыре года. Остальные гранты краткосрочные, не раз получала от Немецкой службы академических обменов (DAAD) для реализации проектов с немецкими коллегами. Все это проекты международного уровня с участием ученых из разных стран.

Наше Минобразования предлагает подобные гранты?

Знаю, что в этом году МОН выделил деньги на гранты. Коллеги из Главной астрономической обсерватории НАН Украины получили поддержку на исследование экзокомет в других солнечных системах.

Александра Иванова уверена, что г лавное в профессии астрофизика - это желание исследоватьи познавать мир / фото из личного архива Александры Ивановой

О чем важно помнить, если мечтаешь стать астрофизиком?

Некоторые до сих пор представляют астронома человеком в колпаке, считающим звезды. Но современный астрофизик разбирается в физике, химии, математике. Большую часть времени проводит за компьютером, работает по всему миру в научных группах, умеет программировать, знает языки, пишет заявки на гранты, читает лекции, занимается популяризаторством.

Главное - желание исследовать, познавать мир. Придется пройти череду сложного обучения в университете и аспирантуре, работать над сложными задачами. Занимаясь наукой - в нашей стране и не только - больших зарплат не будет (только если не занимаетесь прикладной наукой). И отдача от процесса будет не всегда. Исследования могут оказаться ошибочными. Важно помнить — это не конец карьеры, а творческий процесс. Если не можете без этого жить, то наука для вас. Если нет, подумайте о других профессиях.

Расскажите о крупных провалах астрофизиков?

Негативный результат в науке иногда важнее положительного. Если можем сказать: «Точно не работает», — это позволяет лучше понять предмет изучения, отсеять ненужное и двигаться в правильном направлении. Но я не знаю таких крупных провалов за последнее время, которые изменили бы наши представления кардинально.

Ирина Петренко

УНИАН в Google News