В Тункинской долине, в 150 км от Иркутска, строится уникальная обсерватория TAIGA (аббревитуру придумали немецкие физики: Tunka Advanced Instrument for cosmic ray and Gamma Astronomy), которая станет крупнейшей гамма-обсерваторией в мире. Уже сейчас на ее счету несколько важных открытий, а после завершения строительства установки она имеет совершенно недвусмысленные нобелевские перспективы. В первую очередь потому, что если где-то в мире и откроют наконец природу «темной материи», то с наибольшей вероятностью это произойдет именно здесь, в Тунке, на трех с лишним квадратных километрах степи, окруженной горами и облюбованной для пастбища местными коровами.

The Village съездил на астрофизический полигон и выяснил, как иркутские аспиранты создают программное обеспечение на миллионы долларов, как выглядит телескоп с системой наведения зенитной установки, и почему приборы для космических исследований производятся на вентиляторном заводе и выглядят как кастрюли.

За минувшие три года на строительство гамма-обсерватории TAIGA на астрофизическом полигоне коллективного пользования Иркутского госуниверситета было потрачено порядка 300 миллионов рублей из различных российских грантов, в августе этого года на реализацию проекта ИГУ получил еще 170 млн от министерства образования и науки РФ. И еще около 200 млн в виде оборудование вложили зарубежные партнеры: проект реализует международная коллаборация, куда входят научные организации, институты и университеты России, Германии, Италии и Румынии. И это, по словам директора НИИ прикладной физики ИГУ Николая Буднева, исключительный случай в российской науке, когда зарубежные исследователи вкладываются в проект финансово и приезжают принять участие в исследованиях. Понятно, почему: проводимым здесь исследованиям прочат нобелевские премии. В целом, по расчетам Буднева, установка обойдется примерно в 800 млн рублей, и это практически в десять раз дешевле проектов европейских установок для тех же задач. Проектов, потому что аналогичной действующей в мире нет.


«Кастрюльки» соединены с «коробочкой», электроника для которой сделана в ЦЕРНе, которому принадлежит большой адронный коллайдер

«Зачем государство вкладывает в это деньги? В настоящий момент никакой практической пользы от этого нет, и будет ли она — неизвестно, — говорит Николай Буднев. — Но изучение совершенно непонятных поначалу вещей как раз приводит к открытиям, которые кардинально меняют жизнь человечества».

По словам Буднева, исследования, проходящие здесь, относятся к категории фундаментальных исследований природы, ее законов. Полученные знания могут найти применение на практике через десять лет, через сто, через тысячу, а может быть никогда. Например, большой адронный коллайдер — тоже чисто фундаментальное исследование явления, которое представляет для ученых большой интерес — природы частицы высокой энергии.

«До Солнца 150 миллионов километров. Оно согревает и освещает всю Землю — представляете, сколько это энергии? Но с точки зрения астрофизики это очень-очень слабенький объект, — рассказывает Николай Буднев. — Энергия частиц, которые летят от Солнца, в миллионы раз меньше, чем те энергии, до которых ускоряются протоны в большом адронном коллайдере. С другой стороны, уже больше ста лет мы наблюдаем, что из космоса к нам приходят и частицы, энергия которых в миллионы, миллиарды раз больше, чем у частиц в большом адронном коллайдере. И вы представляете: Солнце дает энергию в миллионы раз меньше, а там — в миллионы раз больше. Какой мощности эти объекты? Какие физические процессы в них происходят? Одна из важнейших задач фундаментальной науки — выяснить механизмы ускорения частиц до таких сверхвысоких энергий. И, возможно, перекликающийся с этим вопрос, а может быть и нет — точно пока никто не знает — это проблема так называемой «темной материи», существование которой доказано экспериментально, но о природе которой мы не знаем ничего.

Младший научный сотрудник НИИ прикладной физики ИГУ Александр Пахоруков описывает круг задач обсерватории, рисуя схемы Крабовидной туманости и принципов образования широких атмосферных ливней прямо на стареньком УАЗе. И объясняет для гуманитариев:  «Мы занимаемся изучением частиц максимально высоких энергий, которые рождаются при катастрофических процессах во Вселенной — взрывах сверхновых звезд или в ядрах галактик. При существующих технологиях мы не сможем получить частицы с таким зарядом, даже если построим адронный коллайдер размером с Землю».

«Видите эти кругленькие «кастрюльки»? Это уникальная установка — аналогов ей в мире нету — которая позволяет исследовать заряженные частицы, — рассказывает Буднев. — Это очень сложный прибор, их здесь 175 на три квадратных километра. В мире нет установок, электроника которых позволяла бы проводить измерения с такой точностью, как эта «кастрюлька» — прибор «Тунка-133». С точки зрения электроники и методики она единственная в мире. Говорите, с виду никогда бы не подумали? А вот поэтому у нас все и дешевле. Есть такое предприятие, иркутский вентиляторный завод, там делали. А регистрирующие фотоумножители, которых тут 300 штук, и каждый стоит около двух тысяч евро, — это вклад Италии. Схема такая: семь «кастрюлек» соединены вот с такой «коробочкой», там вся информация собирается и по оптическому кабелю передается для обработки. Так вот, вся электроника сделана в ЦЕРНе, которому принадлежит большой адронный коллайдер. И все датчики времени на всех устройствах на площади в три квадратных километра синхронизированы с точностью до одной наносекунды».

Кроме «кастрюлек» в обсерватории есть «ящики» — телескопы новой установки «Тунка-HiSCORE», которых сейчас 60 штук на площади 0,6 квадратного километра, а к концу следующего года будет в два раза больше. Добавится и еще два «черенковских» телескопа: в таком одно зеркало стоит около трех тысяч евро, а их в машинах размером с трехэтажный дом установлено 29 штук. И среди всего этого, как и сейчас, будут пастись коровы. Как и в Аргентине, на самой большой в мире, площадью 3200 квадратных километров, установке для регистрации заряженных частиц. Там, кстати, вскоре будут «донашивать» оборудование из Тункинской долины.


Спутник увидел вспышку, передал на телескоп, там нажимают кнопки, телескоп разворачивается, это занимает час — все уже погасло

«В космосе постоянно происходят вспышки в гамма-диапазоне, и их источники даже не в нашей галактике, причем один такой источник за одну вспышку выдает энергии больше, чем вся наша галактика, в которой 200 миллиардов звезд. После таких гама-всплесков бывают видимые глазом излучения. Но наблюдать их раньше было невозможно, представьте: спутник увидел вспышку, передал информацию на большой телескоп, там поворачивают ручки, нажимают кнопки, телескоп разворачивается, это занимает час — все уже погасло. Была очень важна автоматическая система, которая по сигналу спутника наводит телескоп со скоростью зенитной установки на нужную зону, — рассказывает директор астрономической обсерватории ИГУ Сергей Язев. — Для этого в МГУ была инициирована программа создания телескопов-роботов, которым для наведения не требуется участие человека».

Так появился МАСТЕР — мобильная автоматическая система телескопов-роботов. Участие в разработке самой системы и программного обеспечения для нее, принял выходец из Иркутска Евгений Горбовской. По словам Язева, то, что они, студенты и аспиранты МГУ, «практически «на коленке» за стипендию и зарплату соорудили, на самом деле стоит не один миллион долларов». Сейчас такие телескопы стоят в Подмосковье, на Урале, здесь в Тункинской долине, в Благовещенске, в Кисловодске и в Крыму. На одном из островов Канарского архипелага рядом с огромными испанскими телескопами стоит телескоп МАСТЕР. Такой же установлен в ЮАР, где теперь тоже открывают массу объектов в Южном полушарии. И на спутнике «Ломоносов», который создан в МГУ, установлен небольшой телескоп, включенный в эту систему.

«Наш телескоп много раз первым в мире наводился на объект, за которым затем наблюдали в разных точках планеты, у него масса открытий, — говорит Язев. —Астроном может прийти утром и увидеть, что телескоп зафиксировал вспышку, уже ушла автоматическая телеграмма в научный центр, несколько больших телескопов по всему миру наблюдают явление, а мы все это открыли».

Кроме того, когда нет вспышек, телескоп просто систематически просматривает весь небосвод, открывая новые кометы, угрожающие Земле астероиды или сверхновые звезды в других галактиках. «В следующем году здесь будет установлена более мощная оптика, а эти трубы поедут в Аргентину», — рассказывают ученые.

А в Тунке останутся зеркальные «черенковские» телескопы, мозаика «кастрюлек» и «ящичков», соединенных под землей оптоволоконной сетью. Пасущиеся коровы. Кот — «потомственный научный сотрудник». И вопросы «темной материи».


Фотографии: обложка, 1 — Владимир Смирнов; 2, 3, 4, 5, 6, 7 — Иркутский государственный университет