Тайна звезды по имени Солнце

Изучать природу магнитных полей Солнца, периодической солнечной активности и решать другие важные научные задачи позволит новый оптический инструмент астрономов с диаметром зеркала три метра. Его построят в поселке Монды в Бурятии, где расположена Саянская обсерватория. Телескоп – часть будущего Национального гелиогеофизического комплекса (НГК) Российской Академии наук. НГК обещает стать самым амбициозным проектом отечественной астрономии за много лет, аналогов ряда его объектов в мире пока не существует.

Предварительно общая стоимость инструментов второго этапа проекта Национального гелиогеофизического комплекса РАН оценивается в 100 млрд рублей. Но окончательную стоимость определит Главгосэкспертиза.

В оптическом диапазоне солнышко почти изучили

Человечество изучает Солнце очень давно. Наука продвинулась далеко, по крайней мере, в оптических исследованиях. Но многие тайны материнской звезды не разгаданы до сих пор. Например, предметом научного интереса первого заместителя директора Института солнечно-земной физики СО РАН, доктора физико-математических наук Сергея Олемского стала проблема солнечного динамо – физического процесса, который генерирует магнитное поле Солнца.

Ученый подчеркивает, что неразрешенные вопросы имеют и прикладной, и фундаментальный характер. Среди них – прогноз геоэффективных событий, то есть тех, что непосредственно влияют на радиационную, геомагнитную и электромагнитную обстановку в околоземном пространстве.

– В оптическом диапазоне мы практически солнышко наше изучили. А вот термоядерные реакции, которые происходят под фотосферой, – нижним слоем звездной атмосферы Солнца или его магнитные поля позволит изучать как раз новый телескоп-коронограф КСТ-3 в Мондах. Это относится и к циклу солнечной активности – его мы по-прежнему знаем недостаточно – и к динамо-машине, генерирующей крупномасштабные магнитные поля. Новые инструменты помогут исследовать также распад активных областей, вспышечную активность – те самые вспышки, что долетают до Земли и вызывают геомагнитные бури, – поясняет Сергей Олемской.

За последние 15–20 лет за рубежом для исследования Солнца, магнитосферы, верхней атмосферы Земли и для разработки новых космических технологий создано большое количество крупных экспериментальных установок и обсерваторий нового поколения. Преуспели в этом деле США, Франция, Германия, Китай и другие страны.

Государственная поддержка

В отечественной астрономии подобный крупный проект был реализован в 1970 -х годах на Кавказе, где построили телескоп с зеркалом диаметром в шесть метров. А чем больше зеркало, тем больше света он соберет, и значит, в него можно наблюдать больше объектов и деталей.

С 1960 года в ИСЗФ СО РАН тоже формировалась передовая научная база со своей сетью обсерваторий. Этот гелиогеофизический комплекс института стал единственным в России. Однако новые научные задачи требуют и нового современного инструментария в изучении космоса.

– Идея реализации проекта НГК принадлежит научному руководителю института академику Гелию Александровичу Жеребцову. Его настойчивость, умение убеждать являются залогом того, что в наши непростые времена проект продолжается, успешно реализуется. Он поддержан на уровне правительства РФ, министерства образования и науки, руководства корпорации «Ростех», которая является нашим партнером во всех проектных работах, в изготовлении инструментов этого комплекса, – комментирует директор ИСЗФ СО РАН член-корреспондент Российской Академии наук Андрей Медведев.

Создание НГК РАН было утверждено постановлением правительства РФ еще в 2014 году, в 2019 году начато проектирование и строительство первых объектов. В сентябре этого года на базе обсерватории института в селе Торы запустили комплекс оптических инструментов, которым в России нет аналогов.

Как сибирские ученые опередили коллег из Китая

Слова «прорыв», «уникальный» в сообщениях ученых о комплексе звучат неоднократно. Упомянутый телескоп-коронограф КСТ-3 будет одним из крупнейших в мире. А исследовать с его помощью строение солнечной атмосферы получится с недостижимым прежде пространственным, временным и спектральным разрешением.

Это сложный объект. Его ввод в эксплуатацию запланирован к окончанию проекта в 2030 году. Начало положено. Главгосэкспертиза пройдена. Недавно состоялись слушания в Госдуме, и на 2023 год, плановые 2024–2025 годы выделено финансирование по миллиарду рублей ежегодно. Средства пойдут на начало строительства КСТ-3 и на проектно-изыскательские работы по остальным объектам второго этапа комплекса.

– По каждому направлению проекта мы либо находимся на самом переднем крае требований к научному инструменту, либо их опережаем, – утверждает Андрей Медведев. – Так, многоволновой Сибирский радиогелиограф на диапазон частот 3-24 Ггц в урочище Бадары в Бурятии – абсолютно прорывный инструмент. Там смонтированы 528 антенн с поворотными устройствами. Примерно похожий по масштабу инструмент есть в Китае. Сам объект там построили, но главная идеология, которая была в нем заложена, оказалась ошибочной. Радиогелиограф сейчас не может давать научного результата, который закладывался при проектировании. А у нас он и по техническому заданию был шире. Но самое главное, что мы сейчас, даже не введя его в эксплуатацию, видим, что мы как раз картинку сводим. Калибровка базирования у нас продумана правильно. Это будет первый результат в мире в этом классе задач.

Среди фундаментальных задач радиогелиографа в Бадарах есть исследования эволюции крупномасштабных структур в атмосфере Солнца в 11-летнем цикле активности, а среди прикладных – краткосрочный прогноз мощных солнечных вспышек с заблаговременностью в двое-трое суток.

Такое прогнозирование необходимо, ведь техносфера не стоит на месте и требует все больших точностей в позиционировании, более широких полос связи. А на устройства, обеспечивающие получение этих данных, события на Солнце очень влияют.

Радары в Тажеранах не будут иметь аналогов в мире

Во второй очереди проекта также предусмотрено строительство лидара и системы радаров в Тажеранских степях Ольхонского района. Их центром станет уникальный всеатмосферный радар, который сможет получать данные о состоянии атмосферы на высотах от 10 до нескольких тысяч километров. Там будет сниматься сплошной профиль данных, включая температуру, ионный и химический состав и пр.

– Он расположен в крайне интересном месте – над Байкалом, – продолжает директор ИСЗФ СО РАН. – Это позволит изучать глубинную циркуляцию над озером, литосферно-ионосферное взаимодействие, а это интереснейший, очень сейсмически активный район. Эти эффекты связи событий в литосфере и в средней и верхней атмосфере крайне важны. Такого комплекса в мире никто не имеет. Когда его введут в эксплуатацию, он будет самым современным.

Еще одной составляющей НГК станет нагревный стенд для искусственного воздействия на верхние слои атмосферы, на ионосферу – его построят в Одинске под Ангарском. Таких установок на планете немного, она начнет работать в комплексе со всеми средствами, предусмотренными проектом.

Ну а стекаться вся полученная информация будет в Центр управления и обработки данных (ЦОД). Он разместится в новом модульном здании возле основного корпуса Института солнечно-земной физики в Иркутске. Причем для передачи беспрецедентного потока данных потребуется довести к ЦОД мощные каналы связи.

Кстати, ученые ориентируются на то, что придется проводить полное импортозамещение. То есть все комплектующие комплекса произведут в России или в дружественных странах.

Кадры готовят со школы

И, конечно, стоит вопрос о том, кто будет работать на дорогостоящем и сложном оборудовании. Штат ИСЗФ СО РАН должен к 2030 году увеличиться вдвое и составить около тысячи человек. Над этой задачей институт работает уже сейчас, начиная готовить специалистов со школьной скамьи.

– Каждый год в учреждении проходит конференция для школьников «Человек и космос». Она неделю назад получила диплом всероссийской премии «За преданность науке». Также у нас регулярно проводится международная Байкальская научная школа по фундаментальной физике, ее основал академик Гелий Жеребцов. Формат мероприятия позволяет молодым ученым со всей России и зарубежья представлять свои работы, общаться с выдающимися коллегами, которые трудятся над решением фундаментальных проблем, – рассказывает Сергей Олемской.

Также институт один из немногих среди научных организаций РАН имеет лицензированную аккредитованную магистратуру. В стране таких институтов всего шесть. Формат магистратура-аспирантура позволяет к концу обучения получить зрелого ученого, который может самостоятельно проводить исследования. Завершает подготовку кадров диссертационный совет на базе ИСЗФ, где проводится защита кандидатских и докторских диссертаций.

Первый объект комплекса в Торах уже получает известность и популярность в стране. Там проходят занятия, на которых молодые ученые учатся работать на уникальных инструментах, которых нет в России.

В планах института – модернизировать и действующие телескопы. Они продолжают помогать в решении научных задач, а еще могут использоваться как учебные базы и для развития научного туризма.