Фото: Sergey Nivens/Shutterstock/Fotodom
Чем могут быть полезны человеку нейтронные звезды? В чем уникальность российской космической обсерватории “Спектр РГ”? Почему китайская лунная программа не может обойтись без наших ядерных энергетических установок? Об этом в программе «Время науки» на Радио “Комсомольская правда” (97,2 FM) обсуждали:
– радиожурналист Мария Баченина,
– академик РАН Александр Сергеев, научный руководитель Национального центра физики и математики (НЦФМ),
– их гость астрофизик, доктор физико-математических наук, заместитель директора по научной работе Института космических исследований (ИКИ), профессор РАН, член-корреспондент РАН Александр Лутовинов.
ЧЕМ УНИКАЛЕН “СПЕКТР РГ”?
Мария Баченина:
– Александр Анатольевич, расскажите нам, пожалуйста, про российскую флагманскую орбитальную обсерваторию «Спектр-РГ». Объясните, что называется, для чайников, что означает это название?
Александр Лутовинов:
– Слово «спектр», я думаю, всем понятное, а «РГ» – это сокращение от двух слов – “рентген” и “гамма”. То есть, эта обсерватория работает в рентгеновском и гамма-диапазоне.
Александр Сергеев:
– Наверное, надо уточнить, вот мы с вами сидим здесь и очень приятно общаемся в видимом диапазоне электромагнитного излучения. А вот рентгеновский и гамма-диапазон – что это такое?
Мария Баченина:
– Фотки в таком диапазоне, наверное, некрасивые будут?
Александр Лутовинов:
– Ну, почему же? Все ходят в поликлиники, делают рентгеновские снимки. На самом деле, мы на Земле живем в достаточно комфортных условиях и бОльшую часть информации получаем благодаря зрению – это все видимый диапазон спектра. А когда вы ходите, например, в сауну, то имеете дело еще и с инфракрасными лучами…
Александр Сергеев:
– Это более длинноволновый диапазон?
Александр Лутовинов:
– Да. А есть другая сторона спектра – это ультрафиолет. Говорят, что он вреден для кожи, и все на пляже мажутся кремами, чтобы от него защититься. Это более короткие волны. И если идти в этом направлении еще дальше, то после ультрафиолета начинается рентгеновский диапазон.
Мария Баченина:
– А что такое диапазон?
Александр Лутовинов:
– Диапазон для нас, как физиков, это некая часть электромагнитного спектра длины волн. Существует видимый диапазон, инфракрасный, ультрафиолетовый, рентгеновский диапазон и так далее. Ну, а гамма-лучи – это, соответственно волны, которые еще на два порядка короче. Это очень жесткое, высокоэнергичное излучение, а длина волны очень коротенькая.
Мария Баченина:
– Александр Анатольевич, а какие задачи ставятся перед обсерваторией?
Александр Лутовинов:
– Это единственная обсерватория мирового класса, которая сейчас есть у нас в стране. Она была запущена в 2019 году. И основная ее задача – это построить самую подробную карту всей нашей Вселенной в рентгеновских лучах. Эта задача сформулирована вот так просто, но она очень амбициозная.
ЧТО ОБЩЕГО МЕЖДУ КОСМИЧЕСКОЙ ОБСЕРВАТОРИЕЙ И ПЕРЕДАЧЕЙ “ПОЛЕ ЧУДЕС”
Александр Сергеев:
– Ну, мы с вами вышли вечером на улицу, смотрим на небо и получаем картину звездного неба в видимом диапазоне. А «Спектр-РГ» получает картину в другом диапазоне, в котором мы глазами ничего увидеть не можем.
Мария Баченина:
– А что подразумевают ученые, когда говорят «все небо»? Учитывая то, что Вселенная бесконечна…
Александр Лутовинов:
– Вселенная действительно бесконечна, вопрос в том, насколько далеко и глубоко мы можем в эту бездну заглянуть. В глубину веков, в глубину нашей Вселенной. С помощью “Спектра-РГ” мы не просто строим карту неба в рентгеновском диапазоне, а сравниваем это с тем, что мы видим в других диапазонах волн. Вот когда-то была игра «Поле чудес», не знаю, есть она теперь или нет…
Астрофизик, доктор физико-математических наук, заместитель директора по научной работе Института космических исследований (ИКИ), профессор РАН, член-корреспондент РАН Александр Лутовинов
Фото: Владимир ВЕЛЕНГУРИН. Перейти в Фотобанк КП
Мария Баченина:
– Есть. Заверяю вас, она была, есть и будет.
Александр Лутовинов:
– Там вот там по открытым буквам надо было угадать все слово целиком. И чем больше букв вы открываете, тем больше шансов у вас угадать правильное слово. То же самое и здесь. Мы смотрим в рентгене, потом мы это сравниваем с тем, что получилось в радио, гамма-диапазоне, с оптикой сравниваем, с инфракрасным диапазоном… И сравнивая эти картинки между собой, мы можем построить некую (неполную, конечно) картину мира. По крайней мере, приблизиться к пониманию того, как устроен мир.
Мария Баченина:
– А если вы сравнили, а картинки не совпали? Что тогда?
Александр Лутовинов:
– А тогда начинается самое интересное, надо понять, что случилось. Вот представьте, есть некий объект, который светит в рентгене, черная дыра, например, или нейтронная звезда. Но рядом с ней находится, например, какая-то очень большая звезда – 20-30 масс Солнца, у которой звездный ветер в миллионы раз мощнее. И вот это огромное количество вещества, которое летит со звезды, оно как бы окутывает в кокон эту черную дыру или нейтронную звезду. Этот кокон поглощает простое оптическое излучение или даже мягкое рентгеновское излучение – так устроена физика. А жесткое рентгеновское излучение проходит. Поэтому вы можете в жестком рентгеновском диапазоне увидеть объект, который светит. А в оптике может быть пустота. По той причине, что все оптическое излучение, которое оттуда шло, оно поглотилось.
Александр Сергеев:
– Сейчас самое время сказать – объекты какого класса и какого типа лучше всего в этом диапазоне светятся и что видит «Спектр-РГ»?
Александр Лутовинов:
– Да, почему важны исследования в рентгеновском диапазоне? Мы знаем, что температура Солнца, условно говоря, 6000 градусов (на самом деле она в разных местах разная). Но есть объекты другого типа, например, нейтронная звезда или черная дыра. Откуда они взялись? Мы много слышали, о том, что Солнце будет жить еще около 4-5 миллиардов лет, дальше оно раздуется примерно до размеров орбиты Земли, станет гигантом, а потом, в конце концов, превратится в белый карлик. Белый карлик – это объект, который, весит примерно, как Солнце, но имеет размер, сравнимый с размером Земли. А если у вас звезда очень большая, скажем, 20-30 масс Солнца, она живет недолго – скажем, десятки миллионов лет, и физика так устроена, что она не может превратиться в белый карлик… В конце ее эволюции происходит взрыв сверхновой и дальше либо звезда совсем разваливается и разлетается в космосе, либо может образоваться нейтронная звезда, либо черная дыра. Что такое нейтронная звезда? Это, условно говоря, если взять Солнце и сжать его до радиуса в 10 километров – поместить внутрь Третьего транспортного кольца в Москве. Тогда у вас получится страшно компактный и страшно тяжелый объект – нейтронная звезда. А в центре нейтронной звезды плотность столь огромна, что там уже нет ни протонов, ни электронов, и люди еще до сих пор не знают, что там за вещество и как это устроено, каково у него уравнение состояния.
Александр Сергеев:
– То есть, плотность превышает плотность внутри ядра атома?
Академик РАН, научный руководитель Национального центра физики и математики Александр Сергеев
Фото: Владимир ВЕЛЕНГУРИН. Перейти в Фотобанк КП
Александр Лутовинов:
– Да. Так вот, возвращаясь к тому, откуда берется рентген. Представьте, что есть звезда типа Солнца, а рядом с ней нейтронная звезда. И вот они вдвоем вращаются друг вокруг друга. А у нейтронной звезды очень высокая гравитация. Потому что она компактная и тяжелая. И тот звездный ветер, о котором мы уже говорили, начинает захватываться этим компактным объектом. В процессе движения и последующего падения веществ на поверхность нейтронной звезды, из-за трения и других физических процессов вещество разогревается до десятков и сотен миллионов градусов. А сотни миллионов градусов это и есть, собственно говоря, свечение в рентгеновском диапазоне.
Александр Сергеев:
– То есть, чем выше температура нагретого тела, тем более короткие волны оно излучает?
Александр Лутовинов:
– Да. Поэтому, если мы говорим, что наш диапазон на 4 порядка более короткий, чем видимый диапазон, то мы, соответственно, изучаем объекты, которые имеют температуру на четыре порядка больше, чем Солнце – до десятков и сотен миллионов градусов. Такие объекты, как правило, слабо светят в оптике или в инфракрасном диапазоне, зато очень сильно светят в рентгене.
ВСЕЛЕННАЯ – ЛАБОРАТОРИЯ ДЛЯ БЕДНЫХ
Александр Сергеев:
– А вот эти объекты, чем они интересны с практической точки зрения?
Александр Лутовинов:
– Давайте сначала скажем все-таки про фундаментальную науку. Вселенная – это лаборатория для бедных. Эти слова приписывали нашему великому ученому, академику Якову Борисовичу Зельдовичу, но я этой цитаты у него не нашел. Но сказано красиво и точно. Действительно, Вселенная – это эксперимент, за которым мы наблюдаем. Мы не все на Земле можем воспроизвести – такие энергии, сверхсильные магнитные и гравитационные поля, сверхвысокие температуры, давление в земных лабораториях создать невозможно. И поэтому, изучая эти высокоэнергичные объекты в рентгеновском, в гамма-диапазоне, мы глубже понимаем фундаментальную физику – как вообще устроены мироздание и Вселенная. Вот я говорил, что ученые не знают, какое уравнение состояния у вещества внутри нейтронных звезд. И на Земле это воспроизвести нельзя. Вот сейчас в Дубне вводят в строй ускоритель NICA, там на какие-то доли секунды, во время столкновения двух элементарных частиц возможно попытаться создать ту кварк-глюонную плазму, которая, возможно, находится внутри нейтронных звезд…
Александр Сергеев:
– NICA – это наша будущая гордость. А«Спектр-РГ» – это наша текущая гордость. Но цитата, приписываемая Зельдовичу, действительно в точку. Чтобы построить установку класса Мегасайнс на Земле и изучать процессы с такой энергией и плотностью ядерного вещества, нужно потратить очень-очень большие деньги. А в космосе – оно бесплатно.
Мария Баченина:
– Но там нас нет – меня это смущает.
Александр Лутовинов:
– Так для этого и создаются космические обсерватории, в том числе, «Спектр-РГ», чтобы исследовать такие процессы. Но, оказывается, изучение нейтронных звезд может принести пользу, как раньше говорили – в народном хозяйстве. Это то, о чем Александр Михайлович спрашивал.
Мария Баченина:
– То есть, они могут приносить пользу человечеству?
Александр Лутовинов:
– Более того, уже приносят. Про аппараты «Вояджеры», которые отправились за пределы Солнечной системы, все слышали, а до них в межзвездное пространство улетел аппарат «Пионер-10». Это случилось в 1972 году. К этому моменту уже были открыты нейтронные звезды в виде пульсаров. И их в “Межзвездном письме” братьям по разуму (металлическая табличка на борту Пионера-10) использовали, как маячок. Тогда было уже открыто несколько пульсаров – нейтронных звезд, испускающих периодические сигналы. И периоды этих сигналов были зашифрованы в двоичном коде, а линии указывали, как и где расположены пульсары в нашей Галактике относительно Солнечной системы, чтобы нас найти. То есть, нейтронные звезды уже тогда стали приносить пользу в очень важном вопросе космической навигации. Нейтронные звезды, не только очень компактные и большую энергию выделяют, они еще очень быстро вращаются. Например, Земля делает полный оборот вокруг своей оси за 24 часа в сутки, Солнце делает оборот за 27 дней, а эти объекты вращаются с невероятной скоростью. Самые быстрые нейтронные звезды делают около 600 оборотов в секунду. Только задумайтесь: стиральная машинка совершает 600 оборотов в минуту, а это – в секунду. Так вот, этот сигнал он очень стабилен, и на масштабах нескольких лет его стабильность сравнивается со стабильностью атомных часов. Получается, у нас на небе есть десятки маячков, и каждый маячок мигает очень четко, ровно, как путеводная звезда.
ОТКУДА В КОСМОСЕ ФАБРИКИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ЗОЛОТА И УРАНА?
Александр Сергеев:
– И ничем на это мигание не повлиять.
Александр Лутовинов:
– Да, это очень важный момент. Потому что на GPS, ГЛОНАСС и прочее можно повлиять. Плюс они работают только на орбитах недалеко от Земли. А вот нейтронные звезды можно использовать для построения навигационных решений для космических аппаратов, в первую очередь, для дальнего космоса. У вас точность решения будет одинакова во всей Солнечной системе. Это задача, которая сейчас решается, и мы этим тоже занимаемся.
Александр Сергеев:
– Мария, я хочу обратить внимание, что Александр Анатольевич руководитель этих работ, которые вошли в федеральную космическую программу в нашей стране и которые в предстоящие 5-10 лет дадут очень интересные результаты по созданию абсолютно новой навигационной системы. Ориентироваться в космосе не по ГЛОНАСС и GPS, а по нейтронным звездам, рентгеновским пульсаром. Возвращаясь к нейтронным звездам, хочу спросить: как могло получиться, что такой очень тяжелый элемент, как уран, присутствует в природе, хотя он не должен в обычных условиях синтезироваться.
Александр Лутовинов:
– Да, это история, действительно связанная с нейтронными звездами. Начнем с Солнца: мы знаем там идет термоядерная реакция и горит водород. Не буду вдаваться в детали, но существует последовательная цепочка – сначала горит водород, дальше гелий, дальше более тяжелые элементы – и в конце концов, в массивных звездах, все это горит до образования железа (кстати, в Солнце из-за его малой массы производство химических элементов закончится на значительно более ранних элементах). Дальше железа термоядерные реакции не идут, потому что это энергетически невыгодно, у железа самая большая энергия связи. А каким же образом создаются элементы после железа?
Александр Сергеев:
– А им выгоднее, наоборот, распадаться. То есть, легкие элементы синтезируются, а тяжелые должны распадаться. Но встает вопрос: а очень тяжелые элементы – почему они вообще появились?
Александр Лутовинов:
– Да. И вопрос возникает, как это сделать. Грубо говоря, у вас есть ядро железа, в нем есть протоны, заряженные положительно, и есть нейтроны. Чтобы сделать следующий элемент вы должны туда каким-то образом добавить еще несколько протонов. И вот у вас будет уже другой элемент – кобальт или никель.
Александр Сергеев:
– Чему природа противится, потому что энергетически это невыгодно.
Александр Лутовинов:
– Невыгодно. И потом, у вас и тут и там положительный заряд, протоны отталкиваются, и вы дополнительный протон внутрь «затолкать» не можете. Но зато у вас еще есть нейтрон, который нейтрален и можно попробовать нейтрон к этому ядру как-то прицепить. Но нейтрон нестабилен и за несколько минут распадается на протон, электрон и антинейтрино. Значит нужно где-то взять много-много нейтронов, и очень быстро их добавить в ядро железа, чтобы после распада одного или нескольких нейтронов создавать стабильное ядро и цепочку более тяжелых элементов. Где это можно сделать? Во время очень энергичных событий, например, во время вспышки сверхновой, когда у вас в результате взрыва получается большое количество нейтронов. И люди всегда считали, что именно так и создаются тяжелые элементы, вплоть до золота и урана (именно уран последний стабильный элемент, у него период полураспада сравним с возрастом нашей Солнечной системы). Но когда посчитали, сколько во Вселенной вспышек сверхновых, то выяснилось, что концы с концами не сходятся. Не хватает сверхновых для такого количества золота и урана.
Александр Сергеев:
– Редко вспыхивают.
Александр Лутовинов:
– Да. И оказалось, что есть более эффективный механизм. Это когда вы возьмете две нейтронные звезды, в которых уже по определению огромное количество нейтронов и их столкнете друг с другом – у вас произойдет мощнейший взрыв, в котором высвободится огромное количество нейтронов. И именно во время столкновения двух нейтронных звезд, как сейчас считается, и рождается основная часть золота и урана.
Александр Сергеев:
– То есть, помимо того, что эти объекты – нейтронные звезды – планируют использовать для навигаций, они еще являются…
Александр Лутовинов:
– …фабриками по производству тяжелых элементов. Откуда взят уран, на котором работают наши атомные станции? Он появился потому что когда-то недалеко от нас либо вспыхнула сверхновая, либо столкнулись две нейтронные звезды. Но все-таки считается, что когда-то на месте Солнечной системы была древняя-древняя звезда, она взорвалась, потом появилось протопланетное облако, из которого родились и Солнце и планеты. И тяжелые элементы, которые у нас есть – золото и уран – они образовались в ходе таких древних событий.
РОССИЙСКИЕ ВЕЧНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Александр Сергеев:
– Александр Анатольевич, вот вы рассказывали про «Пионер» и про «Вояджер», они где сейчас, на каком расстоянии?
Александр Лутовинов:
– Про «Пионер-10» не скажу, про него давно ничего не слышно. А «Вояджеры», считается, что вышли за так называемую гелиопаузу – это граница Солнечной системы. Но от “Вояджеров” сигнал до сих пор есть.
Александр Сергеев:
– А благодаря чему «Вояджеры» до сих пор работают? Ведь для передачи сигнала нужна энергия.
Александр Лутовинов:
– У нас единственный долговременный источник – это ядерная энергетика. Это очень важный вопрос не только для «Вояджеров», но и для нашей будущей космической программы. Где брать энергию для работы лунных станций, или космических аппаратов? Мы-то сейчас на околоземной орбите черпаем энергию от солнечных батарей. Но когда вы улетаете совсем далеко от Солнца, на аппарате должен быть бортовой источник питания. Мы знаем, как они делаются – и в Советском Союзе и сейчас в России создаются замечательные ядерные источники на основе плутония.
Александр Сергеев:
– Это еще одна гордость нашей страны. Россия делает радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ) для многих стран мира. Например, сейчас эти источники энергии у нас запрашивает Китай, по-видимому, китайская лунная программа невозможна в таком объеме, если там не будут стоять наши РИТЭГи.
Мария Баченина:
– Прямо вечный двигатель какой-то получается.
Александр Лутовинов:
– Почти вечный. “Вояджеры” летят уже почти 50 лет и до сих пор источник энергии работает и энергии достаточно, чтобы посылать нам информацию. Это обязательная вещь и для лунных миссий, потому что лунная ночь длится две недели, и все это время вы не можете использовать энергию солнечных батарей: у вас просто все приборы замерзнут. Поэтому без РИТЭГов на Луне делать нечего.
Ранее KP.RU опубликовал прогноз магнитных бурь на неделю с 28 июля по 3 августа 2025 года
СЛУШАЙТЕ ТАКЖЕ
Какой астероид может пробить насквозь Землю или сместить ее с орбиты
