В Солнечной системе еще много неизвестного

 Какие загадки таит в себе современная астрофизика, зачем гуманитариям изучать высшую математику и как вдохновить современных школьников на занятия астрономией, рассказал автор самой цитируемой в мире статьи по теоретической астрофизике Николай Шакура — советский и российский астрофизик, доктор физико-математических наук, глава отдела релятивистской астрофизики ГАИШ МГУ.
— Николай Иванович, в ушедшем году вы отметили свой 70-летний юбилей. Но давайте вспомним, как в 1973 году вы совместно с астрофизиком Рашидом Сюняевым разработали теорию аккреционных дисков, лежащую в основе современной теории рентгеновских двойных систем, — одну из самых цитируемых (более 7 тыс. ссылок) статей по астрофизике за всю историю. Расскажите словами, понятными для человека без астрофизического образования, в чем суть теории аккреционных дисков?
— Слово «аккреция» я впервые услышал на 4-м курсе, когда взял тему курсовой работы у Зельдовича. Оказалось, что аккреция — это всего-навсего падение вещества на звезду под действием силы тяжести. Чем массивнее звезда, тем сильнее ее притяжение. А сила притяжения черных дыр настолько велика, что даже луч света, испускаемый такой звездой, силой ее притяжения заворачивается обратно! И поэтому мы не можем видеть или наблюдать такую звезду.
Но вот как раз явление дисковой аккреции и позволяет нам кое-что узнать об этих необычных звездных объектах. Дело в том, что больше половины звезд во Вселенной — не одинокие, как наше Солнце, а двойные. А иногда даже тройные! Вращаются они вокруг общего для них центра тяжести. Если в такой звездной паре одна из звезд оказывается черной дырой, она своим мощным притяжением будет перетягивать на себя атмосферу соседки. А поскольку обе эти звезды вращаются как вокруг общего центра тяжести, так еще и вокруг собственной оси вращения, то эта перетекающая масса газа накручивается на черную дыру, образуя вокруг нее газовый диск. Движение газа внутри этого диска происходит на огромных скоростях, что приводит к столкновению частиц газа. И, следовательно, к сильному разогреву газа в диске.
Этот процесс сопровождается выделением не только тепла, но и света как в оптическом, так и в рентгеновском диапазоне.
Газовый светящийся диск мы уже можем наблюдать, потому что он находится на некотором удалении от черной дыры, и последняя не может захватить излучение диска. Наблюдая излучение этого аккреционного диска, мы можем многое узнать о самой черной дыре и физических процессах в ее окрестностях, а также вычислить массу черной дыры, скорость ее вращения и многое другое.
Совместно с Рашидом Сюняевым (тогда он был, как и я, аспирантом Зельдовича, сейчас Сюняев — академик) в начале 70-х ггодов прошлого века мы впервые рассчитали возможные спектры излучения от такого аккреционного диска. Оказалось, что большая часть энергии излучается в рентгеновском диапазоне электромагнитного спектра. Практически одновременно результаты наших расчетов подтвердились при наблюдении аккреционных дисков приборами, установленными на американском спутнике Ухуру.
— В 1963 году вы поступили на физический факультет МГУ по специальности «астрономия». При этом ваши родители не были связаны с точными науками. Как тогда пришло решение заниматься астрофизикой?
— Да, мои родители напрямую не были связаны с точными науками. Но мой отец был фронтовиком и бывшим танкистом. Он хорошо разбирался в технике, и нам, четверым его сыновьям, передался интерес к технике и точным наукам.
Кроме того, мне повезло с учителями. И пусть я учился не в столице, но в старших классах в моей школе (она находилась в Белоруссии, в поселке Паричи, близ Бобруйска) математику преподавал замечательный учитель Альфред Викторович Барановский.
Про репетиторов в те годы никто и не слышал, но уровень преподавания даже в поселковой школе был такой, что те, кто желал продолжать образование, выдерживали конкурсы в любые вузы — вплоть до МГУ.
Как-то, будучи еще учеником 11-го класса, в Бобруйском книжном магазине я увидел книгу Якова Борисовича Зельдовича «Высшая математика для начинающих». Начал с интересом ее просматривать — хотел найти тот раздел, где показано, как вычислить максимумы и минимумы функций. Уж очень заинтриговал нас учитель Альфред Викторович! Когда мы проходили в школе эту тему, он сказал: «А вот методом высшей математики такие вычисления делаются проще и красивее».
Тогда я не мог даже представить, что спустя всего четыре года академик Зельдович станет моим научным руководителем.
— Вы являетесь признанным мировым авторитетом в области современной теоретической астрофизики, входите в Международный астрономический союз и Европейское астрономическое общество. У вас никогда не возникало желания уехать из России и продолжить занятия астрофизикой за рубежом?
— Астрономия — наука интернациональная, она не делится на немецкую, английскую и французскую. Не так важно, где астроном работает, важно, какие у него результаты и каков его вклад в общую копилку человеческих знаний о Вселенной.
Я — теоретик, и для работы мне нужна собственная голова, компьютер и доступ к последним публикациям (чем вполне обеспечивает интернет). Поэтому нет никакой необходимости куда-то уезжать. И, кстати, в последнее время хорошо налажено международное сотрудничество между астрофизиками, мы делаем совместные работы, часто встречаемся для обсуждения научных проблем.
— Вы многие годы читаете спецкурсы для студентов астрономического отделения физфака МГУ, работаете со студентами и аспирантами, готовите кандидатов наук. Как вы считаете, за последнее время уровень учащихся снизился или повысился? И почему?
— Раньше в МГУ на естественно-научные факультеты был огромный конкурс — 8–10 человек на место. Отбор был самый жесткий, поступали сильнейшие. Но на волне этой всеобщей моды на физику в университет поступало много хотя и хорошо подготовленных, но одновременно недостаточно мотивированных ребят. Многие из этих физиков в 90-е годы ушли в бизнес.
Сейчас конкурс стал меньше, зато
в вуз поступают настоящие любители астрономии. Ко мне приходят брать темы для курсовых и дипломных работ замечательные и сильные студенты!
— Над какими темами вы работаете в данный момент?
В настоящее время я продолжаю исследовать различные типы аккреционных дисков со сложной структурой.
— Как вы считаете, в каком состоянии находится современная астрофизика в нашей стране?
— Перед российской астрофизикой сейчас стоит ряд трудностей. В частности, у нашей страны имеются трудности с финансированием науки. Особенно эти проблемы затронули наблюдательную астрономию: современные телескопы являются очень затратными. Тем не менее МГУ недавно построил отличную обсерваторию с современным телескопом недалеко от Кисловодска. Мы возлагаем большие надежды на эту обсерваторию.
Хорошие результаты дает разработанная в нашей стране под руководством профессора Московского университета Владимира Липунова автоматическая сеть небольших телескопов — система «Мастер», с помощью которой можно непрерывно наблюдать за небом во многих точках земного шара. Эта система, кстати, уже позволила выявить множество ранее неизвестных звездных объектов.
— Как объяснить человеку, далекому от науки, в чем смысл затрат на астрофизические исследования? Какой практический смысл несут такие исследования?
— Пытаться заглянуть за горизонт — это очень человеческое качество! Иначе чем бы мы отличались от животных? Вложение в развитие космических систем уже дает весьма ощутимую пользу для народного хозяйства. Я говорю о слежении за движением атмосферных вихрей, фиксировании и оценке площадей лесных пожаров из космоса, отслеживании и прогнозе астероидной опасности. Список можно продолжать.
Кроме того, страна без развитой астрономии не может претендовать на роль великой мировой державы — она будет обречена полагаться на чужую информацию, у нее не будет стимулов для развития своей научной базы для фундаментальной науки. Все это приведет к деградации общества и страны, к ее отставанию от других государств.
А еще астрономия — это самая мировоззренческая наука: мы должны представлять, в каком мире и в какой Вселенной мы живем.
— В большинстве современных школ больше нет астрономии. Что вы думаете по этому поводу? Как, на ваш взгляд, можно вдохновить современного школьника на занятия астрофизикой и астрономией?
— И преподавание астрономии в школах, и качество учебников оставляют желать лучшего. Отсутствие астрономии в школах можно (и нужно!) компенсировать хорошим и систематическим показом научно-популярных фильмов и телепередач. Может быть, это даже даст больший эффект, чем изучение скучного учебника, излагаемого занудными преподавателями.
Есть серия замечательных фильмов по астрономии производства «Би-би-си» — их следовало бы закупить и почаще показывать по телевизору.
Также хорошо было бы создать в интернете интерактивные обучающие программы по астрономии с возможностью получать консультации и ответы на интересующие вопросы у квалифицированных астрономов-специалистов.
Мне бы еще хотелось, чтобы в стране было больше планетариев — хотя бы в каждом областном городе! А при планетариях — тематические кружки для любителей астрономии.
Какой-то минимум астрономических знаний нужно давать, конечно, и в школе — возможно, дополнив учебник физики главами по основам устройства Вселенной и нашей Солнечной системы.
— Какие, на ваш взгляд, главные загадки современной астрофизики? Природа черных дыр, формирование экзопланет?..
— Одна из главных загадок — это темная материя, которая не видна, но проявляется в гравитационных эффектах. Видимая материя — это видимые звезды, звездные скопления, скопления газа, и это всего 4% от вещества Вселенной! Все остальное — загадочная темная материя и не менее загадочная темная энергия. Да и вообще, исследование нашей Солнечной системы постоянно приносит все новые сюрпризы и новые неожиданные открытия. И в Солнечной системе, поверьте, еще много неизвестного.
— На сегодняшний день существует огромный разрыв между учеными и обществом. Астрофизика, к примеру, — это область, вселяющая страх в среднестатистического гуманитария. Как можно победить этот разрыв и возможно ли это в условиях, когда даже физики, занимающиеся разными сферами, не всегда понимают предмет исследований друг друга?
Обществу нужно смотреть научно-популярные фильмы по астрономии — тогда и разрыв уменьшится, и страх исчезнет.
По поводу узкой специализации — она неизбежна, но для того и дается базовое университетское образование — тот фундамент, который позволяет легко переключаться и легко включаться в различные области исследований.
В этом как раз и заключается преимущество нашей сложившейся в 50–60-е годы системы подготовки научных кадров. В отличие от, например, американской, с ее слишком ранней узконаправленной специализацией.
А для гуманитариев хорошо бы ввести обязательный минимальный курс высшей математики, ведь это базовый элемент общей культуры — культуры мышления! Будет меньше проблем во взаимопонимании, станет меньше разобщенности в обществе.
Вспомните, что, поступая на гуманитарный факультет университета, Лев Николаевич Толстой сдавал вступительный экзамен по математике. И ему попался билет с биномом Ньютона!