Для среднестатистического петербуржца, который даже не носит с собой телескопа, астрономы – странные чудаки, которые зачем-то в эти телескопы глядят и непонятно на кого работают. И только при ближайшем рассмотрении выясняется, что за последние годы они много чего во Вселенной откопали и много чего отслеживают, и если мы все это перестанем применять на практике, корабли и автомобили начнут натыкаться друг на друга, пропадет всякая надежда на то, что ось вращения Земли и траекторию ее движения удастся как-то откорректировать. А может быть, чуть раньше в Землю врежется астероид, который вот-вот-вот, совсем уже на подлете.
Форпост
При упоминании астрономии даже у окончившего школу 20 лет назад и переставшего чем-либо интересоваться, кроме: работа – газета – пиво, в мозгу всплывают прежде всего имена героев, ничего особенно не открывших, но упорно стоявших на своем, – Галилео Галилея, Коперника. Реже – Кеплера. Еще реже – Ньютона, более известного как физика. Еще реже – Эйлера, Коши, Гаусса, Лагранжа, известных как математики. И уж вовсе мало кто вспомнит хоть одного астронома российского или петербургского.
Меж тем вспомнить есть чего. Хотя бы Василия Яковлевича Струве, только по нелепой случайности или недосмотру родителей родившегося в Германии под именем Фридриха Георга Вильгельма, но вовремя одумавшегося, переехавшего в Россию и ставшего одним из основателей и первым директором Пулковской обсерватории.
Делая карьеру менеджера, Василий Струве, как будто между делом, провел измерение дуги меридиана в градусах на расстоянии от побережья Ледовитого океана и по этим данным определил истинные размеры и форму Земли, стал основоположником звездной астрономии, открыл сгущение звезд к центру Галактики и рассредоточение оных к окраинам (уж не из-за этого ли Эйнштейн и его последователи пришли к мысли о расширении Вселенной), в 1837-м впервые успешно и более-менее точно определил расстояние до звезды (Вега в созвездии Лиры) и т.д. и т.п.
Со Струве, собственно, все и началось. Пулковская обсерватория, несмотря на свой довольно преклонный возраст – 170 лет и постоянные наезды девелоперов на ее завидную территорию, все еще работает и выдает результаты. Например, является выдающимся учреждением в области исследования физики Солнца и солнечной активности. До сих пор работает в Петербурге и Институт прикладной астрономии, созданный не так давно – в 1987 году.
Раньше был в Петербурге еще Институт теоретической астрономии РАН, существовавший с 1919 года. Учреждение легендарное – в 1948 году, когда, казалось бы, было совсем не до астрономии, надо было восстанавливать разруху, институт по решению Международного астрономического союза стал международным центром по изучению малых планет. Но в 1998 году он вошел в состав Института прикладной астрономии РАН, потому что к этому моменту теория настолько слилась с практикой, что стали они единым организмом.
Итого на сегодня в Петербурге два научных учреждения, занимающихся астрономией и занимающихся успешно.
Институт прикладной астрономии – на самом деле совсем не институт, а мощный конгломерат научных учреждений и средств наблюдений, дислоцирующийся, помимо пахнущего старыми книгами особняка французского посла на набережной Кутузова, почти по всей территории бывшего СССР. В институт входят отделение наблюдений, отделение фундаментальной и прикладной астрономии (теоретики + практики) и подразделение разработки приборов.
В отделении наблюдений три радиоастрономические обсерватории, оснащенные мощными радиотелескопами, – “Светлое” в одноименном поселке Приозерского района (та самая тарелка, что, как ошибочно кажется горнолыжникам, отслеживает их броуновское движение в районе поселка Коробицыно), Зеленчукская в Карачаево-Черкесской Республике и “Бадары” в урочище Бадары Тункинского района (Бурятия).
Вся эта мощная конструкция из мозгов, недвижимости и приборов делает много чего полезного, но на первый взгляд непонятно, кому и зачем, если забыть, конечно, о священной миссии человечества – выяснение устройства мира. Обо всем мы, конечно, не расскажем – места не хватит. Только о животрепещущем.
Например, на Институте прикладной астрономии лежит теперь ответственность перед всем научным миром за еженедельное вычисление пространственных координат и траекторий всех известных науке и считающихся достойными внимания больших планет, малых планет (в том числе астероидов), Солнца и других звезд. Кому и зачем это нужно, мы попытались понять, беседуя с директором Института прикладной астрономии Андреем Филькенштейном.
Андрей Михайлович Филькенштейн, как и его институт, известен в Петербурге среди обывателей в основном как оракул, пугающий человечество падением на нашу планету очередного астероида и потому желанный, но все никак не приходящий гость на вечеринках Хэллоуин и концертах dead-metal. На самом деле это далеко не единственное и, быть может, не самое главное направление работы института.
В общем и целом состояние астрономической науки в Петербурге можно охарактеризовать как стабильное и востребованное: все астрономические обсерватории страны, находящиеся в ведении Института прикладной астрономии, работают круглогодично, без выходных и 24 часа в сутки, так как радиотелескоп – штука дорогая, весит примерно 1000 тонн, обслуживать его надо непрерывно, не то заржавеет, и чем так просто обслуживать, лучше уж наблюдать, чтоб не простаивало оборудование. Кроме того, есть задачи, требующие непрерывного наблюдения в течение двух недель – например, это нужно, чтобы определить внутрициклические изменения скорости и оси вращения Земли.
Если опускаться до такого популярного в судостроительной науке показателя, как живучесть, то и с этим в петербургской астрономии все в порядке. Если мой одноклассник, закончивший СПб университет по профессии “астрономия”, переквалифицировался, стал военным, ибо не нужна никому была тогда астрономия, то теперь она всем нужна. Средняя зарплата в Институте прикладной астрономии – 50 тыс. руб., может варьироваться до 100 тыс. в апогее и до 30 с лишним тыс. в перигее (для выпускников).
ГЛОНАСС позиционирует личности
Каждый человек как-нибудь да позиционирует себя. Наиболее распространенный способ – привязка к знакомым булочным и станциям метро. Еще есть карты, GPS и право человека на самоопределение.
– Я не оракул, – позиционирует себя Андрей Михайлович. – Отличие в том, что оракулы предсказывают, а я рассчитываю с помощью формул, проверенных теорий и наблюдений. Мы определяем массу, диаметр планет (который не меняется) и с помощью этих параметров и формул определяем координаты.
– Какой точности удалось достигнуть?
– Расстояние от Земли до Солнца – астрономическая единица, общепринятый в астрономии стандарт измерения, составляет около 150 млн км, т.е. 1,5 х 10 -11 м. Мы его при помощи нашей теории и технических средств измеряем с точностью +_10 см. Используем совокупность данных от оптических наблюдений, радиотелескопов, радиоинтерферометров, космических аппаратов, лазерных дальномеров. Примерно такая же точность, но своя теория, у американцев. Это могут делать только две организации в мире.
– Вы выпускаете Астрономический ежегодник, официальный документ, где есть расчет положения в небе на год вперед всех больших планет, многих звезд и т.п. На наблюдения и расчеты тратятся безумные человеческие и технические ресурсы. Кому это нужно? Неужели сейчас, в мире глобальных систем навигации – GPS и т.п., какие-то чудаки еще ориентируются по звездам?
– Все, кто запускает космические аппараты, на этом также строится вся геодезия, морское судоходство. Ни один корабль ВМФ России или США не может выйти в море, не имея на борту Морского астрономического ежегодника (для гражданских судов – альманах). Если два корабля столкнутся из-за того, что мы неправильно определили положение планеты или звезды, отвечать за это будем мы. В части навигации мы отвечаем за то, что тот или иной космический аппарат вовремя долетит к Луне, так же как железнодорожники за то, что поезд тогда-то приедет из Петербурга в Москву?
– Но ведь есть же система GPS – она чем вас не устраивает?
– Есть места, например, в районе Северного полюса, где плохо ловятся сигналы GPS, на территории Ирака и Югославии, в некоторых других районах военных действий сознательно вносятся искажения в эти сигналы при пролете над ними любых объектов, кроме своих. Астрономия – это необходимая и обязательная подстраховка моряков и летчиков. Кроме того, спутники GPS (американская Global Positioning System. – А. О.), как и спутники отечественной системы ГЛОНАСС (сокращение – от Глобальной навигационной спутниковой системы. – А. О.), служащие точками отсчета, находясь на высоте 19 100 км, сами очень быстро движутся, и нужно непрерывно определять их собственные координаты и точное время, что мы и делаем. Мы строим высокоточную систему отсчета на земле для системы ГЛОНАСС – это геодезическая сеть + точки на небе. Положение объектов на небе отслеживается с помощью трех радиотелескопов системы “Квазар” в Ленинградской области, Карачаево-Черкесии и Бурятии, образующих один гигантский телескоп с диаметром зеркала более 4000 км. Мы уже научились определять расстояние между объектами на небе с точностью до нескольких миллиметров, а также положение небесных тел с точностью одна тысячная – одна десятитысячная доля секунды (имеется в виду угловая секунда. – А. О.), это на 2 – 3 порядка точнее, чем при использовании оптических средств наблюдения.
– К чему привязаться, определяя положение космического объекта, если в мире, насколько я понимаю, вообще нет ни одной неподвижной точки отсчета? Движется все – планеты, звезды, да еще по сложным траекториям, которые все время меняются. Очевидно, даже ваши телескопы все разъезжаются и съезжаются за счет движения коры земли?
– Да, все движется, и мы это наблюдаем – движутся континенты, меняется положение полюсов и скорость вращения земли. Мы это все отслеживаем и учитываем для определения всемирного времени в системе ГЛОНАСС – я член президиума и совета конструкторов ГЛОНАСС. Мы делаем координатно-временное обеспечение этой системы. Для определения своего положения на Земле с помощью ГЛОНАСС пользователь должен одновременно в любой точке принимать сигналы от четырех спутников, три – координаты, четвертый – время. Положение спутников в свою очередь определяют наземные станции, используя лазерные дальномеры, радиотелескопы, прежде всего, наши телескопы. При этом нужно учитывать гравитационное поле Земли, как она вращается и т.п. Над этой задачей у нас работает целый штат геодинамиков.
Относительно неподвижные точки отсчета в современной астрономии – ядра далеких галактик, свет от которых идет до Земли миллионы лет. Они как бы стоят. Но мы видим даже и их движение с помощью системы “Квазар”. Конечно, “Квазар” не только на ГЛОНАСС работает. Радиотелескопы и астрономы решают также прикладные задачи в геодезии, сейсмологии, метрологии, космической навигации и работают на фундаментальные исследования космоса.
– Насколько хорошо ГЛОНАСС работает по сравнению GPS? В нашей прессе о ГЛОНАСС пишут не слишком хорошо.
– ГЛОНАСС – великолепная система, покрывающая сигналом всю Россию и 96% всего остального мира. Точность определения координат на земле сейчас – 4,5 – 6 метров, это пока что в 2,5 – 3 раза хуже, чем у GPS. Но система еще не отлажена до конца и не полностью введена. Из 24 осталось запустить 4 космических аппарата, что и будет сделано к 2011 году. Тогда точность будет сравнимая с GPS – около 1,5 м. По своим техническим характеристикам ГЛОНАСС ни в чем не уступает GPS. Мы отстаем примерно на 2 года, хотя в свое время шли практически ноздря в ноздрю.
Идея создания спутниковой навигационной системы в СССР родилась еще в 1957 году, когда был запущен первый искусственный спутник Земли. Принимая сигнал с орбиты, специалисты предложили использовать его для определения местоположения объектов на Земле с помощью измерения допплеровского смещения частоты. В 60-е годы появились отечественные системы спутников “Цикада”, “Цикада-М” и американская Transit, использовавшие этот принцип. Спутники летали довольно низко – на высоте до 1000 км. Системы давали довольно низкую точность определения координат, поэтому были разработаны более совершенные – американская NAVSTAR, известная российским пользователям под названием GPS, и российская. Первый спутник ГЛОНАСС был запущен 12 октября 1982 года, а к 25 декабря 1995 года развертывание запланированной системы завершилось – на орбите было 24 спутника. Точность определения координат тогда составляла – по горизонтали – 20 м, по высоте – 30 м, скорости – 5 см/с, по времени – 0,7 мкс, что сравнимо с возможностями GPS в тот же момент.
Однако позднее из-за недостатка финансирования и политики система стала сворачиваться. К 2001 году спутников осталось только 7. Ельцин забросил ГЛОНАСС, делая ставку на общеевропейскую систему глобального позиционирования “Галилео”, что, конечно, сулило некоторые выгоды – построить систему скопом дешевле, чем в одиночку, но договориться между собой странам ЕС оказалось непросто, так что система “Галилео” даже и сейчас еще не запущена, хотя скоро будет.
– Когда ГЛОНАСС станет также популярна и доступна в России, как GPS?
– Главная задача – другая. От создания ГЛОНАСС зависит обороноспособность и национальная безопасность. Дело не только в том, что владелец системы GPS может специально искажать данные (это просто закладывалось в конструкцию), а от них зависит функционирование всей транспортной системы страны – самолетов, трубопроводов и т.п. Зависеть только от одного технического средства в принципе опасно. Для надежного и точного позиционирования на местности нужно как минимум 2 системы, лучше 3. Так в скором времени и будет. В России уже сейчас эксплуатируются тысячи двухсистемных приемников – GPS + ГЛОНАСС. Они используются на кораблях дальнего плавания, на дорогах. Любой дальнобойщик просто обязан иметь такой приемник.
– Но это все-таки узкий круг профессионалов-потребителей. Когда ГЛОНАСС распространится в быту – среди туристов, рыболовов и приведет к подъему экономики страны.
– Мы решаем государственную задачу, обеспечивая работу спутников и наземных станций. В этом плане все идет по плану, и к 2011 году ГЛОНАСС заработает по полной программе. Приемники, программы и карты для быта – дело бизнеса. Как только система запустится, бизнес наверняка отреагирует и начнет все это интенсивно эксплуатировать и продавать. Было бы просто глупо упускать такую возможность заработать. GPS, как известно, тоже система двойного назначения. Система спутников станций работает за счет государства, а бизнес получает прибыль от продажи приемников, геоинформационных систем (электронные карты, программы и т.п. – А. О.). Бизнес услуг на базе GPS дает Америке доход в десятки миллиардов долларов ежегодно. Конечно, наши предприниматели не упустят аналогичной возможности.
ГЛОНАСС получит даже определенные преимущества перед GPS. В России, как известно, применяются полулегальные карты GPS, ответственность за качество услуги из-за этого размазывается между продавцами приемников, карт, операторами связи, так что, если что-то не работает или работает плохо, вы никогда не найдете крайнего. У ГЛОНАСС будет единый главный оператор по России – АФК “Система”.
– Во что обойдется использование потребителю?
– Хороший односистемный приемник сейчас стоит около 22 тыс. руб., или $700. Дешевый односистемный GPS – $150. Сейчас приемники ГЛОНАСС дороговаты. Задача – обеспечить цену в $300 за двухсистемный приемник. Это реально при массовом внедрении в ближайшие годы.
– Слабое звено в системе ГЛОНАСС?
– Карты. Из-за этого и GPS в Петербурге работает плохо, а в Ленобласти просто ужасно. Карты должны обновляться в режиме онлайн. В городе меняется направление движения на перекрестках, а GPS про это не знает. В области еще хуже. Моя жена пыталась доехать до дачи при помощи GPS. Задача оказалась безнадежной. У нас карты долгое время были засекречены, даже в печатные вносились специальные искажения. Все это попало в GPS. Если ехать по Старовыборгскому шоссе, слушая подсказки GPS, приемник заводит в лес. Он видит те дороги и повороты, которых давно нет, и не видит новые. Причем в Европе тот же приемник работает великолепно.
– ГЛОНАСС, наоборот, будет работать в Европе как Сусанин?
– Это не является нашей стратегической задачей.
В общем, как выяснилось, все технические проблемы разрешимы и в очень скором времени. Остается непонятным, что делать с Землей, которая распоясалась и стала вращаться, как бог на душу положит, как будто специально сбивая прицел системам глобального позиционирования.
Почему Земле на месте не сидится
– Наши наблюдения в рамках международной программы всемирного времени и координат полюсов Земли показали, что полюс движется по траектории диаметром в 10 м, огибая ее за несколько лет, и все время гуляет туда-сюда примерно в таком же диапазоне и совершенно непредсказуемо, – рассказывает Андрей Филькенштейн. – Скорость вращения Земли тоже все время меняется.
– Что тут странного? Если волчок запустить по полу, он тоже будет вихлять туда-сюда.
– По движению объекта можно попытаться представить, как он устроен внутри. Блуждание полюса не очень-то соответствует общепринятой теории, по которой большую часть объема занимает раскаленное жидкое ядро, покрытое тонкой твердой оболочкой. Возможно, окажется, что внутри Земли перемещаются громадные структуры. Может быть, там, жидкий водород, а не раскаленное ядро. Это все еще предстоит исследовать.
– Недавно ученые открыли, что весь мир на 95% состоит из некой темной материи, о природе которой никто ничего не знает. И только 5 процентов – это видимое и более-менее понятное вещество, из которого состоят планеты Солнечной системы и мы с вами. Но что все остальное? Вам удалось как-то продвинуться в решении этого вопроса?
– Мы дали довольно точную оценку количества темной энергии в границах Солнечной системы, и, соответственно, исходя из формулы Е = MC 2, определили массу темной материи.
– И что, много у нас энергии?
– Мало. В Солнечной системе очень мало энергии. Плотность темной энергии меньше 10¯30 г/см3. Темной материи много во всей Вселенной, а у нас мало, меньше, чем в других местах.
– Отсутствие энергии у нас компенсируется присутствием разума в больших количествах, потому что если сила есть – ума не надо, а если нет – наоборот?
– Мы на другой вопрос пытались ответить этим исследованием – права ли общая теория относительности и меняется ли гравитационная постоянная (согласно ньютоновскому закону всемирного тяготения, сила гравитационного притяжения между двумя телами прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними, коэффициент пропорциональности – гравитационная постоянная G. – А. О.)
Выяснили, что гравитационная постоянная не меняется и опровергли тем самым 90% теорий, опиравшихся на противоположную идею.
– Может быть, в людях, сделанных из обыкновенного вещества, есть все-таки какое-то количество темной материи и, соответственно, зла, дьявольского начала?
– Мы созданы из вещества сверхновой звезды, взорвавшейся 14 миллионов лет назад. Мы – дети Галактики: это не образное выражение, а совершенно точное определение. Все люди сделаны из вещества звезды – водород, гелий, немного дейтерия, все остальное – кислород и углерод. Когда сверхновая, породившая Солнечную систему, взорвалась, все эти вещества скучковались, образуя планеты, Солнце их притянуло.
– Леметр, разработавший теорию большого взрыва, которую вы описываете, был священником, соответственно допускал наличие темных сил и зла в этом мире. Может быть, он и о наличии темной энергии догадывался и, исходя из этой догадки, создал теорию, которая теперь подтверждается.
– Темная энергия и темные силы, зло не имеют ничего общего. Леметр был аббатом церкви и профессором Лувенского университета, одним из образованнейших людей своего времени. Разрабатывая свою теорию, он исходил не из догадок или случайных озарений, а развивал мысли Эйнштейна. Я изучал труды Леметра – это все строгие научные расчеты, формулы. Темплтоновскую премию за создание наиболее убедительной картины мира в 2008 году получил Михал Хеллер, профессор философии Папской академии теологии в Кракове, католический священник. У нас работала профессор Полонская, крупнейший специалист по кометам. После смерти оказалось, что она монашка. Есть такой тип монахов, которым разрешается жить в миру.
– Жорж Леметр установил, что все туманности удаляются от нас с космической скоростью 100 километров в секунду, и, следовательно, материальные объекты, составляющие видимый мир, распределяются на все более и более обширное пространство. Вы наблюдаете это расширение Вселенной?
– Да, мы наблюдаем красное смещение – видимое излучение удаленных от нас звезд смещается в сторону все более длинных волн, проявляется эффект Допплера. Это означает, что они удаляются.
– Ваш институт тоже постепенно разлетается?
– Какая-то часть сотрудников уехала работать за рубеж, но сейчас это уже не тенденция. В институте работают 350 человек. Состав довольно стабильный. Есть люди очень почтенные, например Наум Львович Кайдановский, создатель российской радиоастрономии. Ему 101 год, он у нас в штате, входит в диссертационный совет. При этом больше половины сотрудников – люди до 30 лет. Зарабатывают довольно прилично, так как мы ориентированы на фундаментальные исследования и в то же время обеспечены госзаказами, направленными на практическое применение. У нас был один профессор, который потом уехал за границу – сначала в Австралию, потом в США, сейчас он в Японии, занимается IT. Сейчас он мог бы зарабатывать у нас больше, чем там, незначительно. Человек из Германии, мой коллега, и хотел бы вернуться, но у него больная жена, а в Германии очень выгодная система страхования, которая позволяет лечить от всего, что угодно, без особенных затрат. У меня дочка живет во Франции, страхование здоровья обходится ей в 300 евро в год, покрытие позволяет лечиться от всего, только что операций на сердце не делать.
– Жалко, что нельзя застраховаться от падения астероида, а вы тут их все время предсказываете. Какова, кстати, вероятность, что гигантский астероид Апофис, о котором вы то и дело напоминаете, все-таки упадет на Землю и все здесь разрушит?
– В 2029 году он уже точно не упадет, а пройдет на расстоянии 36 000 километров от нас, это мы рассчитали. Но через 7 лет он вернется и снова не упадет, если только не попадет в узкую щель, замочную скважину шириной в 700 – 1000 метров, положение которой мы тоже рассчитали. Сам он – 400 метров. Но если он все-таки в эту щель просочится, то упадет на Землю с вероятностью 100%.
