Доктор физико-математических наук, научный сотрудник Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга Сергей Попов прочитал лекцию «Зачем нужны дорогие астрономические проекты?» Slon публикует 7 ее фрагментов.

1. Теоретики фактически бесплатно занимаются тем, чем хотят. Зачем же тратить многие миллиарды долларов, если мы говорим о всей наблюдательной астрофизике? В чем смысл? Зачем нужны большие проекты в области фундаментальной науки – там, где заведомо быстрого возврата средств нет и быть, скорее всего, не может?

В США раз в десять лет выходят обзоры, закладывающие перспективу развития астрофизики на ближайшее будущее. Это книги, написанные экспертами для дальнейшего решения о финансировании проектов. Фактически вся наука финансируется государством – соответственно, решение остается за правительством. Принят такой масштаб цен: дорогие проекты в космосе – больше миллиарда долларов, для наземных установок дорогими считаются проекты от 135 миллионов. Самое дорогое, что есть в астрономии, – космический телескоп имени Хаббла. Его стоимость с учетом эксплуатации составляет примерно 10 миллиардов долларов. Телескоп покрывает очень интересную для жизни Вселенной галактику, которую раньше мы изучать не могли. Телескопу, расположенному в космосе, не мешает земная атмосфера. Поэтому изображения получаются более четкими, можно рассмотреть детали и объекты, недоступные земным, пусть и более крупным инструментам. 2. Каковы причины дороговизны научных установок? Уникальные научные разработки. Если вы захотите построить не один адронный коллайдер, а тысячу, то их цена резко упадет. Но в реальности нужно только однажды найти ответ на вопрос – и нет смысла строить дублирующие установки. Высокие технологии. Это не только сложные технологии – это технологии, разработанные специально под решение конкретных задач. Поскольку двигаться часто приходится методом проб и ошибок, это, естественно, дорого. Любой объект, выведенный в космос, становится дороже. Если вы захотите отправить на международную космическую станцию стул, стоить он там будет как хорошая машина – примерно тысяч двадцать. И это только потому, что его дорого туда отвезти. Если вы захотите отвезти на орбиту ноутбук и там им пользоваться, это будет еще дороже, потому что важно отвезти его целым и важно обеспечить его работу в невесомости. Значительную часть цены составляют риски. Бывает, что техническое решение для научных экспериментов не находится. 3. Задача заключается в том, чтобы отвечать на вопросы. Ситуация такова, что на большую часть простых вопросов ответы уже найдены. Наука достаточно успешно развивается последние четыре сотни лет, и почти все, что можно было сделать с помощью сургуча и веревки, уже сделано. Простые эксперименты уже реализованы, и чтобы гарантированно двигаться вперед, нужно строить новые установки. Крупная установка – как шоссе в джунглях. Но смысл не в том, чтобы построить шоссе. Смысл в том, что нужно быстро попасть из пункта А в пункт Б. Цель в науке – это нахождение нового знания, постановка новых вопросов, которые будут двигать нас вперед в понимании того, как устроен мир. 4. Есть физические процессы, которые на Земле мы воспроизвести не можем, а в природе они существуют. Если мы развиваем физические теории, нам нужно проверять законы физики в разных условиях. А эти экстремальные условия не достигаются на Земле – или достигаются крайне редко. Поэтому Вселенную называют «лабораторией для бедных» или «ускорителем для бедных» – именно там астрофизики могут наблюдать эти редкие процессы. Подавляющая часть других наук – науки экспериментальные. Физики изучают, что находится внутри протонов, они их разгоняют и сталкивают. Если люди изучают строение мозга, то втыкают туда электроды, мучают бедных зверушек, смотрят, что получается. Астрономы лишены возможности экспериментировать, они могут только наблюдать. Поэтому для развития астрономии важны средства наблюдения – телескопы. Необходимость этих установок приводит к дорогим проектам. Самая крупная обсерватория – имени Пьера Оже в Аргентине – покрывает площадь в несколько тысяч километров, там установленно более тысячи наземных детекторов и 24 телескопа, просматривающих область над ними. Таким образом можно регистрировать лучи, попадающие на Землю. Однако покрыть всю Землю детекторами очень дорого. Можно поступить хитрее: вывести телескоп в космос. Телескоп будет осматривать полушарие Земли, и вся атмосфера на нем будет работать как детектор частиц. Если туда попадает частица высокой энергии, происходит характерная вспышка, и спутник ее видит. 5. Важный вопрос, волнующий астрофизику: как взрываются звезды? Практически каждый атом вашего пальца когда-то побывал внутри какой-то звезды. Просто потому, что раньше ничего не было, кроме водорода и гелия. В пальце водорода немного, гелия совсем нет. Все элементы, содержащиеся в пальце – углерод, кальций, кислород – могли появиться только в звездах. Самый лучший способ достать эти элементы – взорвать звезду. Еще более важная задача – изучение черных дыр. Дыру изучать трудно, все, что мы пока видим, – это то, как себя ведет вещество вокруг кандидатов в нее попасть. Есть один уникальный способ увидеть, как взаимодействуют черные дыры. Если двойная звезда взрывается, она образует две черные дыры, которые будут постепенно сближаться и в конце концов упадут друг на друга. Этот процесс сопровождается колоссальным выделением энергии – гравитационных волн. Приборы, видящие гравитационные волны, построены совсем недавно. Это труба, в которой создан вакуум, в ней бегает лазерный луч, на концах и в середине висят зеркала. Если проходит гравитационная волна, зеркала немного смещаются (меньше, чем на атом). Но это можно измерить. Таким образом можно прямо получать сигнал от слияния черных дыр. Есть надежда, что года через четыре мы сможем достоверно сказать, что черные дыры действительно существуют, охарактеризовать их свойства, получить прямые данные, как горизонт взаимодействовал с горизонтом, как из двух черных дыр получилась одна. 6. Чтобы выбрать, какие проекты финансировать, важно, чтобы существовало научное экспертное сообщество. Недавно Европейское космическое агентство (European Space Agency, ESA) выбирало одну большую миссию на ближайшие годы. В финал вышло три проекта: Juice – спутник, который будет изучать Юпитер, Athena – рентген нового поколения и Elisa – гравитационно-волновая обсерватория в космосе. В итоге выбрали миссию к Юпитеру. Большая часть сообщества думает, что это неправильно. Но тем не менее – были сформулированы вопросы, на которые должна будет отвечать эта миссия: как работает Солнечная система, как образуются экзопланеты, как ведет себя вещество при экстремальных условиях. Таким образом, финансирование проекта – это многоступенчатый процесс, но начинается все с того, что ученые собираются и обсуждают свои задачи. 7. Сейчас нас интересуют физические вопросы, поэтому современная астрономия – это астрофизика. Мы не просто меряем физическое положение звезд, а отвечаем на вопросы, как все устроено, как эволюционировало, что во что превращается. Дорогие проекты, если делать их правильно, обладают важной чертой: высокой эффективностью. Все большие проекты работают в режиме заявок: условно говоря, каждый из нас может написать заявку на наблюдение на космическом телескопе имени Хаббла. Если у нас будет хорошая заявка, комитет ее одобрит и нам выделят время. Существенно, что большие проекты здорово мотивируют исследователей. Поскольку для любой творческой деятельности мотивация необходима. Само движение вперед, сама атмосфера этого движения благотворно влияет на людей. Если не будет мотивации, лучшие люди просто уйдут в другие области.