В Тунке заработал комплекс оптических инструментов Национального гелиогеофизического комплекса РАН

Тункинская долина, справа — Восточный Саян, слева — Хамар-Дабан. Перед въездом в село Торы резко сворачиваем на разбитую грунтовку. За окном петляет Иркут, мирно пасутся коровы. Сельская пастораль. Спустя несколько минут мы будто оказываемся на съемочной площадке научно-фантастического фильма. Но нет. Это место, где творится самая настоящая большая наука. Корреспонденты «ИрСити» побывали на геофизической обсерватории Института солнечно-земной физики (ИСЗФ) СО РАН, где недавно запустили первый объект мегасайенс-проекта — Национального гелиогеофизического комплекса РАН.

Ночью в Тунке прошел дождь. Его выдавали облака, накатывающие на Восточный Саян, размытая грунтовка и мокрая трава.

— Когда я тут нахожусь, дождь идет только ночью. Бывает, спишь, слышишь, что барабанит. А на утро — уже нет его, — говорит Михал Тащилин, научный сотрудник ИСЗФ. На обсерватории он несет недельную вахту — как и все сотрудники института. Одновременно с научным сотрудником сюда заезжает дежурный инженер. Остальной персонал — два сторожа и пять наблюдателей, которые следят за сохранностью обсерватории — из местных. Они сменяют друг друга каждый день.

Михаил Тащилин изучает аэрозоли — взвеси в атмосфере, из которых образуются облака.

— Так вы «дежурный по дождикам»?

— Можно сказать, да. Вот видите: вы приехали, а его нет.

Михаил Тащилин рассказывает, что в прошлом году они отправили в США на калибровку американский аппарат, с помощью которого изучали приземные аэрозоли, да так там это оборудование и застряло. Пока ученые используют мобильный фотометр, которым с ними поделились томские коллеги.

Но, конечно, это не единственный прибор для работы, а американское оборудование, которое «ждет своего времени», чтобы вернуться назад, не поставило крест на исследованиях. В середине августа на обсерватории ввели комплекс оптических инструментов — универсальные приборы, с помощью которых можно наблюдать не только аэрозоли.

С чего начиналась обсерватория

Комплекс оптических инструментов — это первый введенный в эксплуатацию объект Национального гелиогеофизического комплекса РАН. Такие проекты называются мегасайенс. Они всегда крупные, требующие немалых вложений, часто (почти всегда) — создающиеся при международной научной коллаборации.

Создание Национального гелиогеофизического комплекса РАН было утверждено постановлением правительства РФ еще в 2014 году, в 2019 году запущено проектирование и строительство первых объектов. Базой для проекта стал Институт солнечно-земной физики СО РАН, а общая стоимость исчисляется миллиардами рублей. Эта система инструментов после ее создания позволит получать новые знания о процессах, происходящих на Солнце и в околоземном космическом пространстве.

В Национальный гелиогеофизический комплекс РАН войдут многоволновой радиогелиограф (урочище Бадары, Бурятия), солнечный телескоп-коронограф с диаметром главного зеркала три метра (вблизи поселка Монды, Бурятия), комплекс оптических инструментов (рядом с поселком Торы, Бурятия), система радаров, мезостратосферный лидар — мощный лазер для исследования верхних слоев атмосферы (оба инструмента возведут на побережье Байкала в Иркутской области), нагревный стенд (под Ангарском) и центр управления (в Иркутске).

Геофизическая обсерватория, где установили по мегасайенс-проекту новый комплекс оптических инструментов, началась 50 лет назад с антенн, которые отслеживали состояние радиотрасс — еще тогда, когда основным способом дальней связи были длинные средние и короткие радиоволны, идущие в канале земля–ионосфера. Эти антенны действуют до сих пор. Они — первое, что мы встречаем, подъезжая к обсерватории.

Территория обсерватории огорожена сеткой-рабицей, потому коров здесь нет. Они снуют меж антеннами и не менее фантастического оборудования соседнего Тункинского астрофизического комплекса ИГУ — металлических ящиков, внутри которых установлены дорогостоящие оптические модули.

— А коровы не повредят это всё?

— Да нет, они привычные, — говорит заведующий лабораторией физики нижней и средней атмосферы ИСЗФ Роман Васильев.

На территории обсерватории института — свежий асфальт, новое кирпичное здание и деревянный дом неподалеку. До недавнего времени ученые-«вахтовики» там и теснились: ели, пили, спали, проводили наблюдения, чинили оборудование. На крыше дома виднеются два прозрачных акриловых купола, похожих на большие мыльные пузыри, когда их выдувают на какой-то поверхности. Через них ученые и вели наблюдения.

Сейчас эти все функции, благодаря мегапроекту, разведены: быт обустроен в том самом кирпичном здании с невероятными видами из окон, наука переместилась в трехэтажный объект из металлических конструкций и сэндвич-панелей, на крыше которого — уже 10 куполов-пузырей. Летом оборудование под таким куполом может настолько сильно нагреваться, что на нем можно жарить яйца, шутит заведующий лабораторией.

«Подводная лодка» гелиогеофизики

Трехэтажное светлое здание из сэндвич-панелей с весьма странной крышей официально не имеет никакого поэтического или хотя бы сложного научного названия. Это просто техническое здание. Сооруженное по современным технологиям, оно напоминает торговый центр в миниатюре. Но ученые называют его «рубкой подводной лодки» — за некоторое внешнее сходство с ней.

Это здание, как и другие новые объекты, построили в рамках Национального гелиогеофизического комплекса РАН, который задумал много лет назад научный руководитель ИСЗФ СО РАН академик Гелий Жеребцов — обновление касается в том числе бытовых условий для ученых.

Но в первую очередь оно нацелено, конечно же, на приборную базу. Здесь, среди бурятской степи, теперь установлен уникальный по своему набору комплекс, который смонтирован в той самой «рубке», необычная крыша которого — высшая точка в этом месте Тункинской долины. Оборудование — абсолютно новое, канадского производства.

На логичный вопрос, кто будет чинить его, если что-то сломается, Роман Васильев отвечает: «Что-нибудь будем делать», и вспоминает, что однажды ученые уже проворачивали самостоятельно ремонт — хотя, конечно, лучше, когда это делает производитель.

— Кроме как в нашей обсерватории, такого оборудования не существует нигде в России. Кроме того, в России не существует в принципе такой комбинации аппаратов. Интерферометров такого рода нет ни у кого. Спектрометр ночного свечения с таким диапазоном тоже только у нас. Мы постарались здесь собрать то, чего нет в России, но что есть в мировых лабораториях. Мировые лаборатории, и то не все, обладают таким набором инструментов. То есть это не типовой комплекс, это экстраординарный комплекс оборудования, — делится ученый.

Интерферометры Фабри-Перо он называет своим любимым детищем и говорит, что это самое технологичное оборудование обсерватории. Они способны «смотреть» на любую точку небесной сферы и фиксировать слабое свечение неба — собственное свечение атмосферы. Она светит не так равномерно, как Солнце, а на отдельных спектральных линиях: на каждой высоте она своя, максимально высокая — красная линия — высвечивается на 250 километрах от поверхности Земли. Один интерферометр может следить в один момент времени за одной линией. На геофизической обсерватории сейчас могут одновременно отслеживать три.

— По сути, мы смотрим на форму линии, и по ней определяем интенсивность свечения, температуру воздуха, скорость горизонтального ветра. У нас это такая метеостанция для верхней атмосферы, — говорит Роман Васильев.

Наблюдения проводят только ночью: днем слишком яркий солнечный свет «забивает» свечение атмосферы. Ночью вместе с соседом на подъемнике, сконструированном и смонтированном учеными ИСЗФ, поднимается и камера всего неба. Своим «глазом» сквозь прозрачный купол она делает черно-белые фотографии светящихся облаков. По своей сути, это цифровой фотоаппарат, который раз в пять минут фотографирует небо.

Он автоматически настраивается на нужный диапазон и снимает, в том числе, среднеширотные сияния. Они похожи на полярные — такие же светящиеся «занавески», — но имеют слабый красный цвет и очень рассеяны. Человеческий глаз их увидеть не может.

— Атмосферу можно рассматривать как некую жидкость. В ней происходят такие же волны, как на воде, просто в большинстве случаев они невидимы. Но вот когда видите периодические структуры в облаках — это и есть проявление этих волн в атмосфере. Почему их важно изучать? Волновая энергия может подниматься вверх и превращаться в химическую, тепловую энергию или что-то еще. Энергия, которая формируется на Земле в нижних слоях атмосферы за счет движения воздуха, преобразуется, оседает в верхней атмосфере. Таким образом, на верхнюю атмосферу и космическую погоду влияет не только Солнце, но и сама Земля, — объясняет Васильев общее назначение прибора.

В соседнем кабинете на таких же подъемниках стоят быстрые фотометры. Они, глядя в любую точку небесной сферы, считают отдельные фотоны. Так же, как камеры всего неба, это оборудование может отслеживать волновые процессы, следить за динамикой свечения метеоров, наблюдать искусственные спутники. Это многофункциональное устройство, которое может отследить отклик в виде быстрого свечения на какое-то локальное событие, произошедшее в верхней атмосфере и ближнем космосе.

С их помощью Роман Васильев хочет поохотиться за спрайтами — уникальными природными явлениями, молниями, которые бьют не вниз, а вверх и светятся красным светом. До недавнего времени ученые полагали, что в Прибайкалье их нет, но в прошлом году их зафиксировали метеорные камеры астрофизической обсерватории ИГУ.

А еще эти фотометры будут работать совместно с сетью грозопеленгационных пунктов — этот проект реализуется в рамках цифрового мониторинга Байкальской природной территории. Эти исследования только стартовали, но в перспективе должны помочь, помимо прочего, в профилактике лесных пожаров, возникающих из-за гроз.

Еще два прибора — спектрометры — предназначены для наблюдений за всеми возможными линиями свечения атмосферы, которые только есть. Устройство смотрит за спектральным составом — в инфракрасном оптическом диапазоне и в видимом диапазоне.

«Космическая экспансия неизбежна»

Роман Васильев говорит: многие сейчас не понимают, зачем наблюдать космос с Земли. Как будто спутников для этого достаточно. Но ученый убежден, что наземные наблюдения не отмирают, они остаются актуальными, более того, одно без другого существовать не может: только в гармонии спутниковые и наземные наблюдения дают полную информацию о том, что происходит в верхней атмосфере.

— И какая польза от этого всего «народному хозяйству»? — звучит уже стандартный вопрос от журналистов ученым.

— Исследования, которые мы ведем, не дают мгновенного эффекта. Когда это выстрелит? Неизвестно. Выстрелит ли вообще? Тоже пока непонятно, — отвечает Роман Васильев.

Но это — задел на будущее. Ученый отмечает: экспансия в космос неизбежна, рано или поздно человечеству на Земле станет тесно. К расширению среды обитания нужно подготовиться — досконально изучить, что нас ждет на новом месте, какие таятся опасности, какие имеются возможности. К безвоздушному пространству можно приспособиться, разработав необходимые технологии, но какими точно они должны быть, пока никто не знает.

Именно потому перед современными исследователями стоит задача создать базу знаний, на основе которой поколения после нас смогут чувствовать себя увереннее на пути в космос.

— Мы сейчас, исследуя физическо-химические связи, обусловленные солнечным, геомагнитным воздействием, процессами на самой Земле, пытаемся хоть какие-то начальные камни для дальнейших исследований предоставить, чтобы люди, которые потом будут космос осваивать, не с нуля шли, а могли опереться на наши знания — не очень востребованные для текущей деятельности, — объясняет Роман Васильев.

Важней всего погода в… космосе

Впрочем, дорогостоящие исследования, которые, на взгляд большинства обывателей, проводятся в режиме «наука ради науки» и сильно отложенных перспектив, на самом деле уже напрямую влияют на нашу с вами повседневную жизнь. Кто сейчас может себе представить день без геолокации? Без связи через смартфон? Без спутниковых снимков? Не говоря уже о специализированных службах вроде МЧС, энергетических компаний, дорожниках, даже аграриях. Доступность всего этого великолепия непосредственно зависит от космической погоды, которая формируется в верхних слоях земной атмосферы.

— Искусственные спутники и технологии на их основе — это уже неотъемлемая часть человеческой жизни. При этом именно они первыми подвергаются воздействию плазмы, которая прилетает от Солнца к нам. Спутники летят с очень большой скоростью. Это как на велосипеде с горы разгоняться: сразу же понимаешь, что такое сопротивление воздуха. Чем выше скорость, тем сильнее сдувает с седла. У спутников всё точно так же, — говорит Роман Васильев.

Когда спутник запускают на орбиту, важно подобрать такую траекторию, чтобы он «не свалился с орбиты на первом же витке». Без поправки на космическую погоду это сделать невозможно: в начале февраля 2022 года американский миллиардер Илон Маск потерял 40 спутников сети Starlink из-за геомагнитной бури.

— Спутниковая траектория подбирается таким образом, чтобы, во-первых, наиболее эффективно работала аппаратура для наблюдения за поверхностью Земли или радиосвязи, во-вторых, минимальным было воздействие остаточной плотности атмосферы. Всё было бы хорошо, если бы эта плотность была постоянной. Но вследствие того, что к нам прилетает от Солнца энергичное вещество, атмосфера нагревается и плотность начинает меняться — то увеличиваться, то уменьшаться. Увеличение плотности приводит к стаскиванию спутника с орбиты. То есть вы можете вложить миллиарды, запустить спутниковую систему, она будет эффективно работать, но случится какая-нибудь буря посильнее, и все спутники сдует, — рассказывает ученый.

То, что исследуют сейчас иркутские ученые, косвенно может позволить создать модель верхней атмосферы, на основе которой станет понятно, как изменяется ее плотность под воздействием этих всех исследуемых факторов. А это — огромный шаг в понимании того, что происходит вокруг нас и над нами. Но создание такой модели — дело не одного института. Наука — она глобальная и требует масштабного взаимодействия самых разных специалистов из разных точек мира. Иркутская наука — часть этой глобальной системы.

— Но почему-то никто не верит, что у нас тут большая наука. Человеку говоришь: «Вот, современное оборудование, возможности, приходи, работай», а никто не верит, говорят: «Да какая у вас наука, да фигня какая-то. То ли дело, поедем мы куда-нибудь в Европу, Штаты, вот там — наука». Хотя такой набор задач и условий для саморазвития, как у нас, существует в считанных по всему миру местах. У нас теперь ­– самая настоящая большая наука, — говорит Роман Васильев, беседуя с нами на крыше технического здания с куполами-пузырями.

Ветер треплет его волосы, Иркут размеренно петляет, облака накатывают на Восточный Саян, а между оборудованием мирового класса всё также мирно пасутся коровы.

Больше новостей, фотографий и видео с места событий — в нашем Telegram-канале. Подписывайтесь и узнавайте всё самое интересное и важное из жизни региона первыми.