ЗЕМЛЯ № 4(334) ИЮЛ Ь-А@ГJL \ 202!
И
ISSN 0044-3948
космонавтика
астрономия
ВСЕЛЕННАЯгеофизика
Нам 55 леГП'
В ЛУЧАХ ЗВЕЗДЫ ПО ИМЕНИ СОЛНЦЕ. ИСЗФ СО РАН - 60 ЛЕТ
ПЕРЕМЕННАЯ ЗВЕЗДА СОЛНЦЕ И ЕГО МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
ВЗГЛЯД НА ИОНОСФЕРУ ЗЕМЛИ ЧЕРЕЗ GPS И ГЛОНАСС
УНИВЕРСИТЕТСКАЯ АСТРОНОМИЯ:
ИССЛЕДОВАНИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ДВОЙНЫХ СИСТЕМ В ГАИШ МГУ
НОВЫЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
ПО СЛЕДАМ ОЧЕНЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
ЗЕМЛЯ №4 (334)
ИЮЛЬ-АВГУСТ, 2020
И
ISSN 0044-3948
космонавтика
астрономия
ВСЕЛЕННАЯгеофизика
Научно-популярный журнал В НОМЕРЕ:
Российской академии наук
Издается под руководством Колонка главного редактора 3
Президиума РАН 5
Выходит с января 1965 года ЧЕРЕПАЩУК А.М. Университетская астрономия:
6 раз в год наблюдения рентгеновских двойных систем на 22
«Наука» Кавказской горной обсерватории и Крымской 27
Москва станции ГАИШМГУ 31
НОВИКОВ И.Д. Новый этап развития общей теории
На стр. 1 обложки: относительности 32
Солнце над Землей, АРЕФЬЕВ В.А. По следам очень большого взрыва 45
фотография сделана 59
с Международной космической In Memoriam
станции 24 мая 2020. 72
Фотография: NASA Михаил Николаевич Павлинский 88
(08.12.1959-01.07.2020)
94
Институты. Обсерватории 109
МЕДВЕДЕВ А.В., ЯЗЕВ С.А. Влучах звезды
по имени Солнце. Институту солнечно-земной
физики СО РАН - 60 лет
ГРИГОРЬЕВ В.М., ГОЛОВКО А.А. Переменная звезда
Солнце и его магнитное поле
ЯСЮКЕВИЧ Ю.В., ЯСЮКЕВИЧ А.С. Взгляд на
ионосферу Земли через GPS и ГЛОНАСС
Люди науки
БОРОВИН Г.К., ГОЛУБЕВ Ю.Ф., ЕФИМОВ Г.Б.,
КОЗЛОВ Н.Н., ТУЧИН А.Г. Тимур Магометович
Энеев (к 95-летию со дня рождения)
РОМЕЙКО В.А. Человек Вселенной
(памяти Бориса Григорьевича Пшеничнера)
История науки
ГЕРАСЮТИН С.А. Аварийный полет корабля
«Союз-1» (расшифровка переговоров В.М. Комарова
с Центром управления полетом)
Table of Content and Selected Abstracts
© Российская академия наук, 2020
© Редколлегия журнала «Земля и Вселенная» (составитель), 2020
© ФГУП «Издательство «Наука», 2020
Earth&Universe: Astronomy, Geophysics, Cosmonautics
Bimonthly popular scientific magazine of the Russian Academy of Sciences & NAUKA Publishing.
Founded 1965.
Published by NAUKA Publishing, Profsoyuznaya Str., 90, 117997, Moscow, Russia.
Редакционная коллегия: Editorial Board:
Editor-in-chief
главный редактор Acad. Dr. Lev M. ZELENYI
академик Л.М. ЗЕЛЁНЫЙ, Acad. Dr. Anatoly M. CHEREPASCHUK
Dr. Konstantin V. IVANOV
летчик-космонавт Pilot-cosmonaut Alexander Yu. KALERI
П.В. ВИНОГРАДОВ, Deputy Editor-in-chief
Acad. Dr. Vladimir M. KOTLYAKOV
зам. главного редактора Dr. Olga Yu. LAVROVA
кандидат филолог, наук Dr. Alexander A. LUTOVINOV
О.В. ЗАКУТНЯЯ, Deputy Editor-in-chief
Dr. Oleg Yu. MALKOV
доктор исторических наук Dr. Igor G. MITROFANOV
К.В. ИВАНОВ, Acad. Dr. Igor I. MOKHOV
летчик-космонавт RAS Corr.Member Dr. Igor D. NOVIKOV
А.Ю. КАЛЕРИ, Dr. Stanislav P. PEROV
Dr. Konstantin A. POSTNOV
зам.главного редактора Dr. Mikhail V. RODKIN
академик В.М. КОТЛЯКОВ, Faina B. RUBLEVA
Dr. Vladislav V. SHEVCHENKO
кандидат физ.-мат. наук RAS Corr. Member Dr. Boris M. SHUSTOV
О.Ю. ЛАВРОВА, RAS Corr. Member Dr. Alexey L. SOBISEVICH
RAS Corr. Member Dr. Vladimir A. SOLOVYEV
доктор физ.-мат. наук Pilot-cosmonaut Pavel V. VINOGRADOV
А.А. ЛУТОВИНОВ, Deputy Editor-in-chief
Dr. Olga V. ZAKUTNYAYA
зам. главного редактора
доктор физ.-мат. наук
О.Ю. МАЛКОВ,
доктор физ.-мат. наук
И.Г. МИТРОФАНОВ,
академик И.И. МОХОВ,
член-корр. РАН
И.Д. НОВИКОВ,
доктор физ.-мат. наук
С.П. ПЕРОВ,
доктор физ.-мат. наук
К.А. ПОСТНОВ,
доктор физ.-мат. наук
М.В. РОДКИН,
научный директор
Московского планетария
Ф.Б. РУБЛЁВА,
член-корр. РАН
A.Л. СОБИСЕВИЧ,
член-корр. РАН
B.А. СОЛОВЬЁВ,
академик
A.М. ЧЕРЕПАЩУК,
доктор физ.-мат. наук
B.В. ШЕВЧЕНКО,
член-корр. РАН
Б.М. ШУСТОВ
Колонка главного редактора
Уважаемые читатели, коллеги, друзья! н омеров мы расскажем об интересней-
ших результатах, полученных на TGO.
Високосный 2020 год, как и полагается
високосному году, принес всем нам мно- Июль в этом году был оптимальным
жество проблем и даже трагедий. Наша месяцем для старта экспедиций к Мар-
космическая промышленность во время су, и мы (российские и европейские уче-
пика коронавирусной инфекции потеря- ные) не без грусти наблюдали старты це-
ла одного из своих лидеров – генераль- лой «флотилии» межпланетных кораблей.
ного конструктора пилотируемых кос- Первым стал орбитальный аппарат Объе-
мических комплексов академика Евге- диненных Арабских Эмиратов под назва-
ния Анатольевича Микрина (1955–2020). нием «Аль-Амаль» («Надежда»), поднятый
Мы скорбим вместе с родственниками японской ракетой-носителем с космодро-
и друзьями Евгения Анатольевича. ма на острове Танегасима утром в поне-
дельник, 20 июля. Следующей последо-
Сейчас жизнь постепенно возвращает- вала масштабная китайская экспедиция
ся к своему нормальному течению, хотя «Тяньвэнь‑1» («Вопр осы к небесам»), стар-
все понимают, что многое в нашем ми- товавшая 23 июля. Эта миссия впервые
роощущении, привычках и поведении включает в себя полный набор космиче-
изменилось навсегда. Коронавирус стал, ских аппаратов: и орбитальный аппарат,
по крайней мере, одной из причин пере- и посадочный, и марсоход. И, наконец,
носа запуска к Марсу космического ап- 30 июля состоялся запуск очередного мар-
парата российско-европейской програм- сохода NASA под названием Perseverance
мы «ЭкзоМарс». Аппарат должен был до- («Настойчивость»). Мы, конечно, жела-
ставить к Марсу российскую научную ем нашим коллегам всяческих успехов –
посадочную платформу с европейским Марс трудная планета, не очень охотно
марсоходом. Старт этой экспедиции те- раскрывающая свои тайны.
перь перенесен на 2022 год и, надеюсь,
будет успешным. Определенный опти- Хорошие новости получили россий-
мизм вселяет то, что орбитальный аппа- ские астрофизики в самом начале лета:
рат TGO (Trace Gas Orbiter) – первый ап- телескопы ART-XC и eROSITA на борту
парат программы «ЭкзоМарс», запущен- российской рентгеновской обсервато-
ный в 2016 году, продолжает успешно ра- рии «Спектр-РГ», год назад стартовав-
ботать у Марса. В одном из следующих шей с космодрома Байконур, завершили
Карта первого обзора СРГ/ART-XC в диапазоне 4–12 кэВ, в галактических координатах.
Подписаны несколько наиболее ярких и интересных объектов и область Галактического
центра (c) ИКИ РАН
Земля и Вселенная, 4/2020 3
СРГ/еРОЗИТА Нейтронная звезда
Скорпион Х-1
Остаток Черная дыра Скопление галактик Скопление галактик Дева
вспышки сверхновой Лебедь Х-1 Волосы Вероники
Кассиопея А Крабовидная Туманность
и пульсар
Скопление Область
галактик в Персее звездообразования
Туманность Ориона
Нейтронная звезда
Остаток
Лебедь Х-2 вспышки сверхновой
в Парусах
Остаток Центр Галактики Галактика Большое
сверхмассивная Магелланово Облако
вспышки Сверхновой черная дыра SGR A*
Петля Лебедя МПЕ
Первый обзор неба СРГ/eROSITA с указанием наиболее ярких и примечательных объектов
и протяженных структур. Темная полоса на экваторе карты соответствует плоскости
нашей Галактики Млечный Путь (c). М. Гильфанов, Р. Сюняев, Е. Чуразов (ИКИ), H. Brunner,
A. Merloni, J. Sanders (МПЕ)
первый (из запланированных восьми) об- сколько массивных скоплений галактик).
зоров всего неба. Эти карты мы публику- Чувствительность обзора будет расти
ем здесь. пропорционально времени экспозиции.
К сожалению, годовщина запуска Второй телескопа на борту «Спект
была омрачена безвременной кончи- ра-РГ» – eROSITA, создан в Германии. Как
ной Михаила Николаевича Павлинского было предварительно договорено задолго
(1959–2020), создателя ART-XC – перво- до запуска, российские ученые обрабаты-
го российского зеркального рентгенов- вают данные с одной стороны неба, а уче-
ского телескопа, чрезвычайно успешно ные Германии работают с рентгеновски-
работающего сейчас на борту КА «Спект ми фотонами, пришедшими с другой по-
ра-РГ». Научный руководитель проек- ловины неба. Уже первая карта всего неба,
та «Спектр-РГ» академик Р.А. Сюняев построенная двумя научными консорци-
выступил с предложением увекове- умами, оказалась удивительно информа-
чить память о М.Н. Павлинском, назвав тивной. Всего за полгода сканирования
созданный им телескоп его именем – неба eROSITA смогла удвоить полное чис-
ART-XC им. М.Н. Павлинского. Это пред ло источников, зарегистрированных все-
ложение получило безусловную поддерж- ми спутниками в мире за 60 лет рентге-
ку у российского научного сообщества. новской астрономии.
Число уже зарегистрированных теле- Это добрые новости в наше непрост ое
скопом ART-XC источников после перво- во всех отношениях время, и будем на
го обзора составило около 600: две тре- деяться, что за ними придут и новые, с ко-
ти из них находятся в нашей Галактике торыми мы постараемся знакомить вас.
(компактные объекты с черными дыра-
ми, нейтронными звездами, белыми кар- Главный редактор журнала
ликами, остатки вспышек сверхновых) «Земля и Вселенная»
и около трети – за ее пределами (в основ-
ном активные ядра галактик, а также не- академик Лев Матвеевич Зелёный
4 Земля и Вселенная, 4/2020
Астрофизика
УНИВЕРСИТЕТСКАЯ АСТРОНОМИЯ:
НАБЛЮДЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ
ДВОЙНЫХ СИСТЕМ НА КАВКАЗСКОЙ
ГОРНОЙ ОБСЕРВАТОРИИ И КРЫМСКОЙ
СТАНЦИИ ГАИШ МГУ
ЧЕРЕПАЩУК Анатолий Михайлович,
академик РАН
Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ им. М. В. Ломоносова
DOI: 10.7868/S0044394820040015
Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга (ГАИШ МГУ) –
уникальный учебно-научный центр, где подготовка астрономических кадров ведется
параллельно с научно-исследовательской деятельностью. За 188 лет существования
ГАИШ обзавелся солидной базой для выполнения научных астрономических наблюдений
и проведения студенческой практики. К концу 1980-х гг. ГАИШ располагал тремя
астрономическими обсерваториями: в Крыму, Узбекистане и Казахстане. Однако
в связи с распадом СССР, в 1993–1994 гг. ГАИШ потерял две высокогорные обсерватории,
распложенные в Узбекистане (гора Майданак) и Казахстане (в горах Тянь-Шаня
близ г. Алма-Аты). Крымскую станцию нам удалось сохранить для ГАИШ, а после
исторического воссоединения Крыма с Россией эта наблюдательная база стала
полноправной российской обсерваторией. Потеря двух высокогорных обсерваторий
отбросила Институт на уровень 1960-х гг. – по степени оснащения астрономическими
наблюдательными средствами. Поэтому руководство ГАИШ при поддержке ректора МГУ
академика В.А. Садовничего предприняло большие усилия по реализации строительства
новой собственной высокогорной обсерватории на российской территории.
НОВАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ ку за рубежом современного высоко-
НА КАВКАЗЕ технологичного телескопа с зеркалом
диаметром 2,5 м и установку этого те-
В 2005 г. по инициативе ГАИШ МГУ об- лескопа в горах Кавказа, около г. Кисло-
ратился в Правительство РФ с просьбой водска. Письмо с такой просьбой было
о выделении целевых средств на закуп- подписано ректором МГУ академиком
В.А. Садовничим, министром образова-
Земля и Вселенная, 4/2020 5
Кавказская горная обсерватория ГАИШ МГУ: купол башни 2,5-метрового телескопа, а также
два купола, где размещены 60-см дистанционно управляемый телескоп и 40-см телескоп.
На переднем плане видны научные лабораторные, бытовые и инженерно-хозяйственные
корпуса. Общая площадь всех строений 4160 м2. Фотография из архива ГАИШ МГУ
ния и науки А.А. Фурсенко и президен- кризис 2008–2009 гг., но, в конце кон-
том РАН Ю.С. Осиповым. Правитель- цов, все трудности были преодолены.
ство РФ положительно отнеслось к этой
просьбе, и в конце 2005 г. были выделе- Строительство обсерватории нача-
ны необходимые финансовые ресурсы. лось в июле 2011 г. Официальное от-
Немаловажную роль при этом сыгра- крытие Кавказской горной обсервато-
ло то обстоятельство, что в 2005 г. МГУ рии ГАИШ МГУ (КГО ГАИШ МГУ) состоя
им. М.В. Ломоносова отмечал 250-летие лось 13 декабря 2014 г.
со дня своего основания. Далее после-
довал выбор фирмы-изготовителя для Кавказская горная обсерватория
2,5-метрового телескопа (французская МГУ расположена в урочище Шатджат-
фирма SAGEM/REOSC), составление со- маз Малокарачаевского района Кара-
ответствующего технического задания чаево-Черкесской республики РФ. Вы-
и заключение контракта на изготовле- деленный местными властями земель-
ние телескопа. ный участок площадью 8,7 га находится
в центральном секторе Большого Кав-
Параллельно с изготовлением теле- каза на высоте около 2100 м над уров-
скопа руководство ГАИШ вело актив- нем моря в 27 км к югу от г. Кисловод-
ную работу с Правительством РФ по ска. Обсерватория соседствует с Кисло-
финансовому обеспечению капиталь- водской горной астрономической стан-
ного строительства на территории но- цией ГАО РАН. Руководство станции
вой обсерватории: башни телескопа, и ГАО РАН всегда активно помогало нам
научных, жилищных и инженерно-тех- при решении вопросов, связанных со
нических сооружений, а также отрезка строительством, за что ГАИШ МГУ вы-
дороги, ведущей на вершину горы, где ражает свою признательность.
размещается обсерватория. Велись так-
же работы по проектированию зданий Площадь всех построек (башня
и сооружений обсерватории. Всему это- 2,5-метрового телескопа с пристрой-
му серьезно помешал экономический кой, лабораторные корпуса, гостиница
со столовой, конференц-зал на 50 мест,
6 механические мастерские, инженер-
Земля и Вселенная, 4/2020
ное, энергетическое и автохозяйство) системы Ричи–Кретьена, что соответ-
составляет около 4160 м2. Напомним, ствует лучшим мировым стандартам.
что все главное здание ГАИШ в Москве Диаметр без аберрационного поля зре-
на Воробьевых горах занимает 4600 м2. ния телескопа составляет 10 угловых
минут без линзового фокального кор-
С 2007 г. на КГО ГАИШ МГУ ведутся ректора и до 40 угловых минут с трех-
систематические астроклиматические линзовым кварцевым корректором.
исследования с помощью автоматизи- Телескоп имеет кассегреновский фокус
рованного комплекса ASM, состоящего и 4 фокуса Несмита. Скорость наведе-
из небольшого телескопа-робота, изме- ния телескопа 3 градуса/сек.
ряющего параметры мерцания звезд,
созданного в ГАИШ под руководством Как часто бывает при монтаже круп-
В.Г. Корнилова. Наблюдения показа- ных телескопов, на начальном этапе
ли, что в среднем количество наблюда- эксплуатации 2,5-метрового телескопа
тельного времени в обсерватории рав- выяснилось, что ряд его электромеха-
но 1222 час/год – примерно 180–200 нических узлов, а также программное
ясных ночей в год. Качество изображе- обеспечение для наведения и автомати-
ния (по медиане) составляет 0,96 секун- ческого гидирования телескопа нужда-
ды дуги. При этом количество наблюда- ются в существенной доработке. Поэто-
тельного времени с качеством изобра- му параллельно с наблюдениями велась
жения лучше 0,6 секунды дуги ~10%. работа по усовершенствованию различ-
Наиболее благоприятное время для на- ных узлов телескопа, которая, благода-
блюдений – с августа по март. Яркость ря активным усилиям нового директора
ночного безлунного неба в обсервато- ГАИШ профессора К.А. Постнова, заме-
рии составляет в среднем 21,0 ± 0,3m стителя директора А.А. Белинского, за-
с квадратной секунды дуги в фильтре V. ведующих лабораториями Н.И. Шатско-
го и В.Г. Корнилова – к настоящему вре-
Основной инструмент обсервато- мени близка к завершению.
рии – 2,5-метровый альт-азимутальный
зеркальный телескоп системы Ричи– Навесными приборами являются:
Кретьена с гиперболическим главным оптическая фотометрическая ПЗС-ка-
зеркалом. Зеркало выполнено из це- мера, инфракрасная камера – фото-
родура (стеклянная керамика, про- метр-спектрограф, камера спектр-по-
изводимая фирмой «Schott» в Майн- ляриметр. В самое последнее время
це, Германия) с практиче-
ски нулевым коэффициен-
том расширения. Телескоп
обеспечивает концентра-
цию 80% световой энер-
гии в изображении звез-
ды в пределах кружка ди-
аметром 0,3 секунды дуги
в режиме двухзеркальной
2,5-метровый телескоп 7
в башне с открытыми
створками. Справа – башня
60-см дистанционно
управляемого телескопа.
Архив ГАИШ МГУ
Земля и Вселенная, 4/2020
Область кассегреновского фокуса ционно из Москвы, на котором ведут-
2,5-метрового телескопа с двухканальным ся регулярные фотометрические на-
спектрографом. Архив ГАИШ МГУ блюдения.
2,5-метровый телескоп силами сотруд- Телескоп с зеркалом диаметром 2,5-м
ников ГАИШ (С.А. Потанин) удалось ос- по современным меркам является
настить двухканальным спектрогра- сравнительно скромным инструмен-
фом с разрешением λ /∆λ ≅ 2500 для том, однако он очень хорош для разви-
«красного» канала и 1500 для «синего» тия университетской науки. Его мож-
канала. Кроме того, в 2018 г., благодаря но эффективно использовать для под-
активности А.А. Белинского и помощи готовки специалистов-астрономов
со стороны руководства МГУ (в рам- высокого класса на астрономическом
ках программы развития МГУ) в КГО отделении физического факультета
ГАИШ МГУ был установлен полностью МГУ им. М.В. Ломоносова, а также для
автоматизированный 60-см телескоп научных исследований в области фи-
с ПЗС-камерой, управляемый дистан- зики звезд, планет (включая экзопла-
неты), физики галактик, внегалактиче-
ской астрономии и для наземной под-
держки российских и международных
космических программ, содействия
различным направлениям современ-
ной многоканальной астрономии (ис-
следования гравитационных волн, чер-
ные дыры, нейтрино и др.).
Здесь мы изложим результаты на-
блюдений, выполненных на Кавказ-
ской горной обсерватории ГАИШ МГУ
по программе исследований рентге-
новских двойных систем.
Общий вид телескопа с зеркалом диаметром 2,5 метра. Архив ГАИШ МГУ
Защитные крышки Автоматическая
зеркал (температурная)
коррекция фокуса
Порты N3, 4 "студен-
ческие", поле 15ʹ, 25 кг М2 (вторичное зеркало)
F/8 (экв), центр. экр. 17%
Порт N2: поле 15ʹ, Al + SiO2, управляемая
опт. деротатор, 400 кг оправа
Монтировка alt-az, М3 (зеркало Нэсмита), Т
наведение 3 гр./сек, поворота/откидывания
точность слежения 0.2, <2 мин, точность 2ʹ,
"слепая зона" <2 гр Al + SiO2
ПЗС-камера 4К × 4K, Порт N1: поле 40ʹ, деро-
cryociger, UBVRIHa, татор, автогид, корректор,
pix 15 mu вынос >200 mm, 400 кг
Гидростатический Главное зеркало D250 cm,
масляный F2.2, ситалп или зеродур
подшипник
Порт С1: поле 40ʹ, деро-
татор, автогид, корректор,
вынос ~500 mm, 250 кг
8 Земля и Вселенная, 4/2020
РЕНТГЕНОВСКИЕ ДВОЙНЫЕ Художник изобразил черную дыру
СИСТЕМЫ с орбитальной звездой-спутником, которая
превышает свой предел Роша. Масса
Рентгеновскими двойными называют- от звезды-компаньона притягивается
ся тесные двойные системы (ТДС), со- к черной дыре, образуя аккреционный диск
стоящие из оптической звезды-донора По данным NASA/ESA
вещества и релятивистского объекта,
нейтронной звезды (НЗ) или черной Тем не менее, проблема исследова-
дыры (ЧД), на который идет аккреция ния рентгеновских двойных систем
(выпадение) вещества. не потеряла своей актуальности. Дело
в том, что в гравитационно-волновых
Рентгеновские двойные начали ак- двойных системах открываются в ос-
тивно изучаться в середине 1960-х – новном ЧД больших масс (до ~ 50 М8).
начале 1970-х гг. как теоретически В то же время рентгеновские двой-
(имеются в виду основополагающие ные системы несут информацию о ЧД
работы академика Я.Б. Зельдовича и сравнительно малых масс (4 ÷ 16 М8).
его учеников по теории аккреции), так Поэтому исследования рентгеновских
и наблюдательно после запуска 12 де- двойных и гравитационно-волновых
кабря 1970 г. на околоземную орбиту систем прекрасно взаимно дополня-
американской специализированной ют друг друга, что позволяет изучать
рентгеновской обсерватории «Ухуру» спектр масс ЧД в широком диапазоне –
(UHURU), или SAS-A. До недавнего от ~ 4 М8 до ~ 50 М8. Нет нужды го-
времени именно рентгеновские двой- ворить о колоссальной важности этих
ные системы были главным источни- данных для релятивистской астрофи-
ком получения информации о массах зики и теории эволюции звезд. Кроме
звездных черных дыр (ЗиВ, 2010, № 3; того, в рентгеновских двойных систе-
2016, № 4; 2018, № 1). Однако сейчас мах наблюдаются различные нестаци-
стало ясно, что «пальма первенства» онарные процессы, изучение которых
в измерениях масс ЧД переходит от представляет самостоятельный инте-
рентгеновских двойных к гравитаци- рес для релятивистской астрофизи-
онно-волновым двойным системам, ки. В частности, в особом классе рент-
открываемым по всплескам гравита- геновских двойных систем – рентге-
ционно-волнового излучения от слия новских новых, когда они находятся
ния двойных ЧД (ЗиВ, 2018, №№ 3, 4).
Действительно, за более чем полве- 9
ка исследований рентгеновских двой-
ных систем ученым удалось измерить
массы всего лишь около трех десят-
ков звездных ЧД (по движению опти-
ческих компонент и с использовани-
ем закона тяготения Ньютона). В то
же время, лишь за несколько лет гра-
витационно-волновых наблюдений на
обсерваториях LIGO и VIRGO (2015–
2019 гг.) открыто много десятков гра-
витационно-волновых двойных си-
стем и измерены массы свыше сотни
звездных ЧД (!).
Земля и Вселенная, 4/2020
в спокойном состоянии, наблюдаются Под действием приливных сил начина-
так называемые адвекционно-домини- ется истечение вещества более массив-
рованные диски вокруг релятивистских ной звезды через внутреннюю точку
объектов с ничтожно малой рентгенов- Лагранжа L1. Вещество оседает на вто-
ской светимостью. Такие же диски су- рой звезде и увеличивает ее массу. При
ществуют и вокруг сверхмассивных перетекании вещества от более массив-
ЧД в неактивных ядрах галактик (чис- ной к менее массивной звезде расстоя-
ло которых превышает 90% от общего ние между компонентами уменьшает-
числа галактик). Поэтому наблюдатель- ся, что стимулирует перенос вещества,
ное изучение структуры аккрецион- поэтому время первичного обмена
ных дисков вокруг ЧД в рентгеновских масс почти на три порядка короче вре-
двойных системах представляет собой мени ядерной эволюции звезды. Важ-
самостоятельную актуальную задачу. но то, что во время первичного обме-
на масс общая оболочка не образуется,
ТИПЫ РЕНТГЕНОВСКИХ и система эволюционирует как полу-
ДВОЙНЫХ СИСТЕМ разделенная. На месте первоначально
более массивной звезды образуется ге-
Массивные рентгеновские двойные. лиевая звезда с мощным звездным вет-
Рентгеновские двойные подразделя- ром – звезда Вольфа–Райе (WR). Через
ются на два больших класса по массам несколько сотен тысяч лет звезда WR
звезд-доноров. В массивных рентге- коллапсирует и формирует релятивист-
новских двойных системах оптическая ский объект (НЗ или ЧД). Далее, вто-
звезда-донор вещества является мас- рая звезда системы, нарастившая мас-
сивной звездой с массой более 5–7 М8. су, расширяется, приближается к гра-
Движущей силой эволюции таких сис- ницам своей полости Роша и начина-
тем является ядерная эволюция компо- ет истекать на релятивистский объект,
нент и связанное с ней эволюционное вокруг которого образуется аккреци-
увеличение радиусов звезд. На началь- онный диск. В центральных частях ак-
ном этапе система состоит из двух мас- креционного диска скорости движения
сивных звезд с небольшим различием вещества достигают скоростей, близ-
в массах. Первоначально более массив- ких к скорости света. Взаимное тре-
ная звезда эволюционирует быстрее ние и столкновение потоков газа при-
своей соседки и первой заполняет свою водит к разогреву плазмы до темпе-
внутреннюю критическую полость ратур в десятки миллионов градусов
Роша (далее – просто полость Роша). и формированию мощного компактно-
го рентгеновского источника. Теория
Нормальная Рентгеновское дисковой аккреции веще-
звезда излучение ства на релятивистские
объекты была развита
Черная в 1972–1973 гг. в работах
дыра Н.И. Шакуры и Р.А. Сюняе-
ва, Дж. Прингла и М. Риса,
Направление Диск аккреци- Формирование аккреционного
вращения рующего вещества диска в рентгеновской
по орбите Направление двойной системе
вращения в представлении художника
диска
10 Земля и Вселенная, 4/2020
И.Д. Новикова и К.С. Торна. В итоге на эволюции больше возраста Вселенной
месте начальной массивной ТДС обра- (1,4 × 1010 лет). Если такая звезда вхо-
зуется массивная квазистационарная дит в состав рентгеновской двойной,
рентгеновская двойная система типа то ядерной эволюцией этой звезды
CygX‑1, CenX‑3 и др. можно пренебречь; ее радиус не рас-
тет. Поэтому главной движущей силой
Если при первичном обмене масс эволюции маломассивных рентгенов-
звезда-реципиент (получатель веще- ских двойных систем является потеря
ства) наряду с массой аккумулирует энергии и углового момента системой
значительный угловой момент и ста- под влиянием истекающего из звезды
новится быстро вращающейся Be-звез- намагниченного звездного ветра и из-
дой, то она формирует в экваториаль- лучения двойной системой потока гра-
ной плоскости сравнительно плотную витационных волн. Такая потеря си-
газовую дискообразную оболочку, ве- стемой энергии орбитального движе-
щество которой также может «питать» ния компонент приводит к сокраще-
аккрецию на релятивистский объект. нию расстояния между компонентами
В этом случае задолго до заполнения и, в конце концов, по прошествии мил-
Be-звездой своей полости Роша в си- лиардов лет, полость Роша «садится» на
стеме формируется мощный транзи- звезду малой массы. В системе начина-
ентный (вспышечный) рентгеновский ется вторичный обмен масс, в резуль-
источник – это массивные рентгенов- тате чего вокруг релятивистского объ-
ские транзиенты. Вспышки рентгенов- екта формируется аккреционный диск,
ского излучения в таких системах про- что может приводить к формированию
исходят из-за усиления темпа аккре- мощного компактного рентгеновско-
ции вещества, когда релятивистский го источника. На начальном этапе си-
объект при орбитальном движении по стема состояла из массивной звезды
эллиптической орбите попадает в наи- (M > 8 ÷ 10 М8), предшественника ре-
более плотные слои экваториальной лятивистского объекта, и маломассив-
околозвездной оболочки Be-звезды. ного спутника (M 1 М8). Релятивист
ская компонента в маломассивных
Когда и вторая звезда заканчивает рентгеновских двойных сформирова-
свою эволюцию, чаще всего образуется лась ранее, на конечной стадии эволю-
пара релятивистских объектов (НЗ + НЗ, ции первичной, изначально массив-
НЗ + ЧД, ЧД + ЧД), дальнейшее сбли- ной (M 8 ÷ 10 М8) звезды системы.
жение которых из-за потери энергии При этом, вследствие большого раз-
в виде излучения гравитационных волн личия в начальных массах компонент,
приводит к их слиянию и формирова- первичный обмен масс происходил не
нию всплеска гравитационно-волно- в виде полуразделенной двойной си-
вого излучения. Эволюция массивных стемы (как это имеет место в массив-
ТДС вплоть до самых поздних стадий ных рентгеновских двойных), а в виде
была изучена в 1972–1976 гг. в работах стадии эволюции с общей оболочкой,
А.В. Тутукова, Л.Р. Юнгельсона и Е. Ван окружающей двойную систему. Поте-
ден Хейвела. ря энергии и углового момента систе-
мой из-за динамического трения звезд
М аломассивные рентгеновские в этой оболочке приводит к резкому
двойные системы. сокращению радиуса орбиты двойной
Масса звезды-донора в маломассив- системы, а общая оболочка рассеи
ных рентгеновских двойных системах вается в окружающее межзвездное
порядка или менее 1 М8. Для звезд
с массами менее 0,8 М8 время ядерной 11
Земля и Вселенная, 4/2020
месяца или нескольких
месяцев. Такие вспышки –
Нейтронная следствие различных не
звезда устойчивостей в аккреци-
РПоолшос
реизнтлгуечПнеоонтвиосяккого онном диске, приводящих
тьа к усилению турбулентной
вязкости вещества и уси-
Звезда лению темпа аккреции на
Аккрецион- центральный релятивист-
ный диск ский объект.
Ор Выброс газа Удивительной особен-
бита нейтронной звезды ностью рентгеновских но-
вых является то, что в спо-
койном состоянии, когда
рентгеновская светимость
пренебрежимо мала, во-
Маломассивная рентгеновская двойная круг релятивистского объекта продол-
система с обычной звездой, заполнившей жает оставаться вращающийся газовый
свою полость Роша. Рисунок NASA диск. Это доказывается наличием дву-
горбых профилей линий излучения во-
дорода в спектрах «спокойных» рентге-
пространство. Стадия эволюции с об- новских новых, что характерно имен-
щей оболочкой может реализоваться но для вращающихся газовых дисков.
и в массивных рентгеновских двойных То есть диск из вещества вокруг ре-
системах, когда осуществляется вто- лятивистского объекта наблюдается,
ричный обмен масс и различие в мас- а рентгеновское излучение почему-то
сах компонент велико. В конце такой не формируется. Существует несколь-
стадии может сформироваться либо ко гипотез для объяснения этого очень
тесная пара релятивистских объектов, интересного феномена: адвекцион-
либо так называемый объект Торна– но-доминированный диск, ламинар-
Житков – полностью конвективный ный диск-накопитель и т.п., однако ни
красный сверхгигант с релятивист- одна из них к настоящему времени не
ским объектом в центре, который так- считается доказанной.
же в конце концов порождает реляти-
вистский объект, скорее всего ЧД. НАБЛЮДЕНИЯ МАЛОМАССИВНЫХ
Как и в случае массивных рентге- РЕНТГЕНОВСКИХ ДВОЙНЫХ
СИСТЕМ
новских двойных систем, маломассив-
ные рентгеновские двойные бывают
либо квазистационарными (например,
системы ScoX‑1, CygX‑2), либо тран- Мы выполнили фотометрические на-
зиентными (системы типа А0620-00, блюдения двух рентгеновских новых
XTEJ1118+480 и др.). К классу транзи- в спокойном состоянии: А0620-00 в со-
ентных маломассивных рентгеновских звездии Единорога (3 тыс. св. лет от
двойных принадлежат рентгеновские нас) и XTEJ1118+480 в созвездии Боль-
новые. В этих системах спорадически, шой Медведицы (6 тыс. св. лет от нас),
в среднем раз в несколько лет, проис- которые выполнены в оптическом
ходят мощные вспышки рентгеновско- (λэф @ 6400 Å) и инфракрасном диа-
го излучения длительностью порядка пазонах (фильтры J, λэф = 1,25 мкм и
12 Земля и Вселенная, 4/2020
a b
1.7 17.6
1.8 J, magnitude
1.9 17.7
C 17 2.0 17.8
2.1
17.9
2.2
2.3 18.0
1.7 16.8
C 18-1 1.8 16.9 K, magnitude
1.9
2.0 17.0
2.1 17.1
2.2
2.3 17.2
2.4 17–.30.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
1.7 Optical phase
1.8
1.9 Графики средних орбитальных
C 18-2 2.0 оптических и инфракрасных кривых
2.1 блеска рентгеновской новой XTEJ1118+480
2.2 в спокойном состоянии. Оптические кривые
2.3 блеска (слева) соответствуют трем
2–.40.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 сезонам наблюдений: в ноябре 2017 г.,
в июне 2018 г. и в ноябре 2018 г.
Optical phase Из Cherepashchuk et al., MNRAS v. 490, 2019
K, λэф = 2,2 мкм). Инфракрасные на- блеск системы в фильтре V составляет
блюдения выполнены на 2,5-метровом ~19m. Блеск системы, как в оптике, так
телескопе КГО ГАИШ МГУ, а оптиче- и в ИК-диапазонах, испытывает регуляр-
ские – на 1,25-метровом телескопе ЗТЭ ную орбитальную переменность – двой-
Крымской станции ГАИШ. ную волну за орбитальный период, что
связано с эффектом эллипсоидальности
Рентгеновская новая XTEJ1118+480 оптической K-M звезды и с переменным
(оптический аналог – звезда KVUMa вкладом незвездных компонент излуче-
переменная звезда в созвездии Боль- ния: диска и области взаимодействия га-
шой Медведицы) в спокойном состо- зовой струи с внешними частями диска.
янии имеет очень низкую рентгенов-
скую светимость Lx < 1031 эрг/с (в мак- Наблюдения выполнены в 2017–
симуме вспышки Lx повышается при- 2018 гг. в оптическом диапазоне (~ 600
мерно в миллион раз). Это система, индивидуальных наблюдений, точность
содержащая черную дыру, вокруг кото- ~ 0,02m) и в ИК-диапазоне (по ~ 500
рой вращается с периодом 0,17 суток индивидуальных наблюдений в фильт
(~ 4,1 часа) красный карлик спект рах J и K, точность ~ 0,02 ÷ 0,03m).
рального класса K7 ÷ M0, заполня-
ющий свою полость Роша. Средний Рентгеновская новая А0620-00 (оп-
тический аналог – звезда V616Mon
Земля и Вселенная, 4/2020
13
18.6 November 2017 График медленных
изменений среднего
18.7 June 2018 оптического блеска системы
November 2018 XTEJ1118+480, наложенных на
орбитальную переменность
C(Rc), magnitude 18.8 и обусловленных
переменностью
18.9 характеристик незвездной
компоненты излучения (диск
19.0 с областью взаимодействия
газовой струи с внешней
19.1 границей диска).
Из Cherepashchuk et al.,
19–.20.1 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 MNRAS v. 490, 2019
Phase
переменная звезда в созвездии Едино- с переменностью незвездной компо-
рога) также имеет очень низкую рент- ненты: диск плюс область взаимодей-
геновскую светимость в спокойном ствия диска с газовой струей, истека-
состоянии (Lx < 1031 эрг/с). Эта систе- ющей из звезды-донора. Такая пере-
ма содержит черную дыру и звезду-до- менность кажется удивительной: ведь
нор – красный карлик спектрально- рентгеновский поток от системы очень
го класса K3/4, заполняющий свою по- мал, в то же время оптическая свети-
лость Роша. Орбитальный период си- мость незвездной компоненты излуче-
стемы 0,32 суток (~ 7,7 часов), средний ния значительно меняется на временах
блеск системы V @ 18m. Наблюдения порядка месяцев. Оптическая звезда
выполнены в 2015–2017 гг. в оптиче- в системе XTEJ1118+480 – красный кар-
ском диапазоне (около 3400 индивиду- лик спектрального класса K-M, у кото-
альных наблюдений, точность ~ 0,01m) рого должна существовать значитель-
и в ИК-диапазоне (по ~ 600 индиви- ная поверхностная активность: пятна,
дуальных наблюдений в фильтрах J, K, факелы, активные области и т.п. Уста-
точность ~ 0,02m). новлено, что, скорее в сего, м едленные
изменения оптической светимости
Средние орбитальные кривые блеска незвездной компоненты «отслежива-
системы XTEJ1118+480 в оптическом ют» активность звезды-донора. По-
и ИК-диапазонах показывают двойную скольку темп истечения вещества че-
волну за орбитальный период. Опти- рез точку Лагранжа L1 очень сильно за-
ческие наблюдения были разбиты на висит от степени переполнения опти-
три эпохи: ноябрь 2017 г., июнь 2018 г. ческой звездой своей полости Роша,
и ноябрь 2018 г. Это сделано для срав- попадание активных областей звезды-
нения среднего за орбитальный пери- донора в точку L1 может либо усили-
од блеска системы. Средний блеск си- вать, либо блокировать (например по-
стемы с ноября 2017 г. по ноябрь 2018 г. средством влияния магнитных полей)
монотонно спадал, так что система темп истечения этой звезды. Это долж-
в среднем ослабела на ~ 0,1m к 2018 г., но приводить к изменениям оптиче-
что сравнимо с амплитудой регулярной ской светимости диска (из-за измене-
орбитальной переменности (~ 0,3m). ния выделения гравитационной энер-
Естественно связать оптическую пе- гии в нем) и к переменности свети-
ременность среднего блеска системы
Земля и Вселенная, 4/2020
14
мости области взаимодействия диска Disk
и газовой струи.
Hot line
Интерпретация орбитальных опти-
ческих и инфракрасных кривых бле- Optical star Hot spot BH
ска выполнена нами в рамках матема-
тической модели взаимодействующей Математическая модель
двойной системы со сложной обла- взаимодействующей двойной системы,
стью взаимодействия диска и газовой применяемая для интерпретации
струи. В этой модели звезда-донор за- оптических и ИК средних кривых блеска
полняет свою полость Роша и имеет рентгеновских новых в спокойном
сложное распределение температуры состоянии. Здесь optical star – звезда-
по поверхности. Область взаимодей- донор вещества, заполняющая свою
ствия диска со струей аппроксимиру- полость Роша, Disk – диск вокруг черной
ется совокупностью горячей линии, дыры (BH), Hot line – горячая линия, Hot spot –
расположенной вдоль газовой струи, горячее пятно на внешней границе диска
и горячего пятна, лежащего на внеш- (обозначено желтым цветом).
ней границе диска. Нагрев вещества Из Cherepashchuk et al., MNRAS v.490, 2019
горячей линии осуществляется при
сверхзвуковом обтекании струи внеш- Рентгеновская новая XTEJ1118+480
ними вращающимися частями дис- имеет очень большую высоту над пло-
ка. Вещество струи, нагретое в косой скостью Галактики z @ 1,7 кпк. Это мо-
ударной волне, затем присоединяется жет быть связано со взрывом сверхно-
к аккреционному диску, образуя горя- вой при формировании черной дыры,
чее пятно. Такая модель области вза- благодаря которому центр масс двой-
имодействия соответствует современ- ной системы получил большую про-
ным трехмерным газодинамическим странственную скорость – порядка
расчетам течения газа во взаимодей- сотни км/с. Кроме того, у некоторых
ствующих двойных системах, выпол- рентгеновских новых с черными ды-
ненных в работах группы Д.В. Бисика- рами в спокойном состоянии в спек-
ло и группы Н.И. Шакуры. трах маломассивных звезд-доноров
наблюдаются линии так называемых
С использованием такой модели, из α-элементов (кислорода, кальция, маг-
совместного анализа оптических и ин- ния и т.п.), которые не могут формиро-
фракрасных кривых блеска нам удалось ваться в недрах маломассивных звезд.
оценить наклонение орбиты системы Обогащение атмосфер маломассивных
XTEJ1118+480: i = 74 ± 4° и массу чер- звезд-доноров α-элементами, по-види-
ной дыры MBH = 7,1 ± 1 М8. Посколь- мому, произошло при обтекании этих
ку при интерпретации кривых блеска звезд обогащенной α-элементами обо-
в каждом диапазоне мы разлагаем сум- лочкой сверхновой звезды, сопутствую-
марный переменный блеск системы на щей образованию черной дыры. Таким
отдельные компоненты (звезда-донор, образом, рентгеновские новые с чер-
диск с горячим пятном, горячая линия), ными дырами дают нам важные свиде-
то смогли восстановить спектр незвезд- тельства о том, что, по крайней мере,
ной компоненты системы в д иапазоне в некоторых случаях, черные дыры об-
6400–22 000 Å, что очень важно для те- разуются не в результате так называ-
стирования теории адвекционно-доми- емого «тихого» коллапса ядра массив-
нированных дисков. Этот спектр можно ной звезды, а их образование сопровож
аппроксимировать степенным законом дается взрывами сверхновых. То есть
Fλ ~ λ–1,6.
15
Земля и Вселенная, 4/2020
a b
1.2 0.9 q = 73
1.1 q = 37
1.0 0.8
0.9 0.7
0.8
F(C 17) 0.7 Star 0.6
0.6 Disk + hot spot 0.5
0.5 Hot line 0.4
0.4 0.3
0.3 0.2
0.2
0.1 0.1
1.2 0.9
0.8
1.0 0.7
F(C 18-1) 0.8 0.6
0.5
0.6 0.4
0.3
0.4 0.2
0.2 0.1
0.1 0.0
1.2 0.9
0.8
1.0 0.7
F(C 18-2) 0.8 0.6
0.5
0.6 0.4
0.4 0.3
0.2
0.2 0.1
0–.10.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0–.00.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
Optical phase Optical phase
Графики оптических кривых блеска различных компонент рентгеновской двойной
XTEJ1118+480, восстановленные в результате интерпретации средних кривых блеска системы
при двух значениях отношения масс компонент: 1 – звезда-донор, 2 – диск с горячим пятном,
3 – горячая линия. Из Cherepashchuk et al., MNRAS v. 490, 2019
не вся масса ядра массивной звезды но изменился. Система в 2016–2017 гг.
коллапсирует в черную дыру. Этот вы- стала ярче на ~ 0,2m, что сравнимо с ам-
вод важен для построения адекватных плитудой орбитальной переменности
сценариев эволюции массивных ТДС, (~ 0,3m), при этом на регулярной кри-
приводящих к образованию гравита- вой блеска появилась сильная быстрая
ционно-волновых двойных систем. нерегулярная переменность – флике-
ринг (нестационарные процессы в обла-
Наблюдения рентгеновской двой- сти взаимодействия струи и диска). Ам-
ной системы А0620-00 в оптиче- плитуда фликеринга порядка амплиту-
ском и ИК-диапазонах были получены ды орбитальной кривой блеска. Важно
в 2015–2017 гг. Как и в случае системы подчеркнуть, что в упомянутой выше
XTEJ1118+480, средний блеск системы системе XTEJ1118+480 при изменении
за время примерно один год существен-
Земля и Вселенная, 4/2020
16
–16.4 q = 37 –16.4 q = 73
–16.6 –16.6
log Fλ –16.8 –16.8
–17.0 –17.0
–17.2 Observations –17.2 Observations
–17.4 Fλ ~ λ–1.67 –17.4 Fλ ~ λ–1.56
–17.6
3.7 3.8 3.9 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 3.7 3.8 3.9 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4
log λ, Å log λ, Å
Спектры излучения диска с горячим пятном для системы XTEJ1118+480 в диапазоне
λλ6400 ÷ 22 000 Å, восстановленные в результате интерпретации оптических
и инфракрасных кривых блеска при значениях отношения масс q = 37 и 73. Спектр может быть
аппроксимирован степенной функцией Fλ ~ λ–1,6. Из Cherepashchuk et al., MNRAS v. 490, 2019
среднего блеска фликеринг не появ- тонно убывает с увеличением дли-
лялся. Таким образом, возникновение ны волны. Это отражает тот факт, что
фликеринга при увеличении среднего вклад незвездной компоненты излуче-
блеска системы не является особенно- ния убывает с увеличением длины вол-
стью всех рентгеновских новых в спо- ны: в ИК-диапазоне доминирует излу-
койном состоянии. Явление фликерин- чение красного K-M карлика. В то же
га – сугубо индивидуальный эффект, ха- время в пассивной стадии зависимость
рактерный лишь для отдельных рентге- амплитуды фликеринга от длины вол-
новских новых. ны немонотонна: фликеринг максима-
лен в оптическом диапазоне, затем он
Интерпретация оптических и ин- убывает для диапазона J (λ = 1,25 мкм)
фракрасных кривых блеска систе- и далее он снова возрастает для диапа-
мы А0620-00 позволила восстановить зона K (λ = 2,2 мкм). Этот интересный
спектр незвездной компоненты в диа- наблюдательный факт требует дальней-
пазоне λ = 6400 ÷ 22 000 Å как для пас- шего подтверждения и физической ин-
сивной стадии (низкий средний блеск терпретации. Возможно, в фильтре K
системы, слабый фликеринг), так и для в пассивной стадии начинает прояв-
активной стадии (высокий блеск сис ляться фликеринг от нестационарных
темы, сильный фликеринг). Спектры процессов в релятивистском джете, ис-
незвездной компоненты могут быть текающем из центральных частей дис-
аппроксимированы степенными зако- ка. Недавно была обнаружена перемен-
нами: Fλ ~ λ–2,1 для пассивной стадии ная линейная поляризация от несколь-
и Fλ ~ λ–1,9 для активной стадии. Как ких рентгеновских новых в спокойном
уже отмечалось, эти данные важны для состоянии, что может свидетельствовать
проверки теории адвекционно-доми- о синхротронном излучении от реляти-
нированных дисков. вистских джетов, которые присутствуют
даже тогда, когда рентгеновская свети-
Отдельно нами был изучен флике- мость системы пренебрежимо мала.
ринг и его зависимость от длины вол-
ны для пассивной и активной стадий Мы восстановили зависимости аб-
А0620-00. В активной стадии ампли- солютных амплитуд фликеринга от
туда фликеринга велика, она моно
17
Земля и Вселенная, 4/2020
2.2 2.2
ΔC331–391
ΔC477–479
2.4 2.4
K J ∆C 2.6 2.6
2.8 2.8
3 3 ΔC711–728
ΔC777–782
15 J419 15
J421
15.2 J422 15.2
15.4 15.4 J801
J804
J819
14 J419 14
14.2 J421
14.4 J422 14.2
1 Phase 1.5
0.5 14.4 J801
J804
J819
0.5 1 Phase 1.5
Графики оптических и инфракрасных орбитальных средних кривых блеска рентгеновской новой
А0620-00 в спокойном состоянии для пассивной стадии системы, полученные в 2015–2016 гг.
(слева) и для активной, полученные в 2016–2017 гг. (справа). Представлены наблюдаемые
кривые блеска А0620-00 (точки). Видно увеличение среднего блеска системы в активной
стадии, обусловленное переменностью излучения незвездной компоненты (диск с областью
взаимодействия струи и диска). Видно также сильное увеличение фликеринга в активной
стадии системы. Из Cherepashchuk et al., MNRAS v. 483, 2019
длины волны для пассивной и актив- может быть связан со значительным
ной стадий, которые могут быть ап- усилением магнитного поля маломас-
проксимированы степенным законом: сивной звезды-донора во время стадии
Ffλl ~ λ–2,4 для пассивной и активной эволюции системы с общей оболоч-
стадий. кой. Сильное магнитное поле звезды-
донора приводит к истечению уси-
Недавно было открыто аномально ленного магнитного звездного ветра
быстрое укорочение орбитальных пе- из этой звезды. Это вызывает значи-
риодов у ряда маломассивных рент- тельную потерю энергии орбитального
геновских двойных систем с черными движения компонент и, как следствие,
дырами и нейтронными звездами. Мы к усиленному укорочению орбитально-
выполнили анализ эволюции таких си- го периода рентгеновской двойной.
стем. Показано, что этот новый эффект
Земля и Вселенная, 4/2020
18
∆C 2015–16 J 2016 K 2016 ∆C 2016–17 J 2017 K 2017
2.3 15.4 14.4 2.5 15.1 14.1
2.5 15.5 14.5 2.6 15.2 14.2
2.7 15.6 14.6 2.7 15.3 14.3
0.0 0.5 1.0 Phase 0.0 0.5 1.0 Phase 0.0 0.5 1.0 Phase 0.0 0.5 1.0 Phase 0.0 0.5 1.0 Phase 0.0 0.5 1.0 Phase
11 1 2.0 1 1.0 1
0.8
1.5 0.6 0.2 1.5 0.8 0.2 1
1.0 2 0.4 2 0.1 2 1.0 2 0.6 2 3
0.5 0.2 0.5 3 0.4 3 0.1 2
0.0 3 0.0 3 0.0 0.2
3 0.0 0.0 0.0
0.0 0.5 1.0 Phase 0.0 0.5 1.0 Phase 0.0 0.5 1.0 Phase 0.0 0.5 1.0 Phase 0.0 0.5 1.0 Phase 0.0 0.5 1.0 Phase
Оптимальные теоретические орбитальные кривые блеска системы А0620-00, наложенные на
наблюдаемые кривые (точки) для оптического и ИК-диапазонов и для двух стадий активности
системы: пассивной (слева) и активной (справа). Внизу показаны кривые блеска отдельных
компонент системы, восстановленные при интерпретации наблюдаемых кривых блеска:
1 – звезда-донор, 2 – диск с горячим пятном, 3 – горячая линия. Видно радикальное изменение
формы средних орбитальных кривых блеска А0620-00 при переходе от пассивной стадии
к активной, а также увеличение светимости всех компонент незвездного излучения системы
в активной стадии. Из Cherepashchuk et al., MNRAS v. 483, 2019
Графики эволюции системы δδ m 2.4 2015–16, ∆C 15.2 2016, J 14.2 2016, K
А0620-00: вверху – 2.6 15.3 14.3
наблюдаемые орбитальные 2.8 15.4 14.4
кривые блеска с наложенными 3.0 15.5 14.5
на них оптимальными 14.6
теоретическими кривыми для 0 0.5 1 ϕ 0 0.5 1 ϕ
пассивной стадии системы 0 0.5 1 ϕ
(вверху, оптический и 2.2 2016–17, ∆C 15.0 2017, J
ИК-диапазоны) и активной 2.4 15.1 2017, K
стадии (внизу, также 2.6 15.2 14.0
оптический и ИК-диапазоны); 2.8 15.3 14.1
внизу – «чистый» фликеринг 3.0 15.4 14.2
излучения системы А0620-00 14.3
для разных спектральных 0 0.5 1 ϕ 0 0.5 1 ϕ 14.4
диапазонов и для двух стадий
активности системы: 2015–16, C 2016, J 0 0.5 1 ϕ
пассивной (вверху) и активной
(внизу), полученный 2016, K
вычитанием из наблюдаемых
кривых блеска теоретических –0.2 –0.2 –0.2
кривых. Видно немонотонное 0.0 0.0 0.0
изменение амплитуды 0.2 0.2 0.2
фликеринга в пассивной
стадии при переходе от 0 0.5 1 ϕ 0 0.5 1 ϕ 0 0.5 1 ϕ
оптического к ИК-диапазону. 2016–17, C 2017, J 2017, K
Из Cherepashchuk et al., MNRAS
v. 483, 2019 –0.2 –0.2 –0.2
0.0 0.0 0.0
0.2 0.2 0.2
0 0.5 1 ϕ 0 0.5 1 ϕ 0 0.5 1 ϕ
Земля и Вселенная, 4/2020 19
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Следует отметить, что КГО ГАИШ
МГУ стала не только современным
Ввиду ограниченности объема статьи центр ом научных исследований, но
мы изложили лишь часть результатов и центром подготовки астрономи-
по программе наблюдений рентгенов- ческих кадров высокой квалифика-
ских двойных систем, выполняемых на ции, а также центром популяризации
КГО ГАИШ МГУ и Крымской станции астрономических научных знаний.
ГАИШ. В частности, нами получены ин- В обсерватории регулярно проходят
тересные результаты по наблюдени- астрономическую практику студенты
ям массивных рентгеновских двойных и аспиранты Астрономического отде-
систем (системы CygX‑3, SS433 и дру- ления физического факультета МГУ
гие). Хочется поблагодарить участни- им. М.В. Ломоносова. Здесь проводят-
ков нашей программы, являющихся ся Всероссийские научные конферен-
соавторами соответствующих науч- ции по различным разделам астроно-
ных статей: В.Ф. Есипова, И.И. Антохи- мии. Многочисленные группы люби-
на, Э.А. Антохину, А.В. Додина, А.М. Та- телей астрономии, в т.ч. из Москов-
тарникова, Н.И. Шатского, Т.С. Хрузину, ского планетария и других регионов
Н.А. Катышеву, М.А. Бурлак, С.Ю. Шу- России, регулярно приезжают на экс-
гарова, А.И. Богомазова, К.А. Постнова, курсии на Кавказскую горную обсер-
А.А. Белинского. ваторию.
На Кавказской горной обсерватории Таким образом, можно с удовлетво-
успешно ведутся также и другие на- рением заключить, что предпринятые
блюдательные программы. В частности, нами многолетние усилия по созда-
программа по исследованию молодых нию новой высокогорной обсерватории
звезд типа TTau, для которых использу- ГАИШ МГУ, расположенной на россий-
ется новый высокотехнологичный при- ской территории, увенчались успехом.
емник с высоким угловым разрешени-
ем – спектр-поляриметр, созданный со- Важно и то, что, несмотря на распад
трудником ГАИШ Б.С. Сафоновым. Од- СССР, нам удалось сохранить Крым-
новременно ведутся такие проекты, как скую станцию ГАИШ как российскую
программа инфракрасных наблюдений обсерваторию. КГО и Крымская стан-
симбиотических звезд, программа ис- ция ГАИШ прекрасно дополняют друг
следований сверхновых звезд, програм- друга по распределениям ясных ночей.
ма мониторинга активных ядер галак- Это позволяет вести мониторинг астро-
тик, программа ИК фотометрических номических объектов и проводить сту-
и спектральных наблюдений планет денческую астрономическую практику
и астероидов и др. Особенно важно то, почти круглый год.
что с 2018 г. 2,5-метровый телескоп КГО
оснащен спектрографом высокой эф- В заключение необходимо отметить
фективности, работающим в диапазоне важную роль, которую при создании
λ = 3500 ÷ 7500 Å. Это позволило значи- КГО ГАИШ МГУ сыграли члены Коми-
тельно расширить круг научных задач, тета по КГО. Этот Комитет был создан
решаемых на КГО ГАИШ МГУ. По мате- в 2005 г. сразу после получения финан-
риалам наблюдений, выполненных об- сирования на изготовление 2,5-метро-
серваторией, уже опубликовано мно- вого телескопа. Руководитель Комите-
го десятков научных статей в журналах та А.М. Черепащук (директор ГАИШ),
с высоким импакт-фактором. члены: Е.К. Шеффер, А.А. Павлов,
С.А. Ламзин, А.А. Белинский, В.Г. Кор-
20 нилов, Н.И. Шатский, С.А. Потанин,
В.Ф. Есипов, Б.П. Артамонов. Особая
Земля и Вселенная, 4/2020
нагрузка легла на заместителей дирек- К сожалению, Евгений Карлович Шеф-
тора ГАИШ А.А. Павлова, Е.К. Шеффера, фер сравнительно рано (в 70 лет) ушел
С.А. Ламзина и А.А. Белинского. Сле- из жизни и не дожил до даты офици-
дует отметить активность члена Ко- ального открытия обсерватории (13 де-
митета Е.К. Шеффера, который, буду- кабря 2014 г.). Не исключено, что тяже-
чи зам. директора по наблюдательным лая и ответственная работа, связанная
базам ГАИШ, курировал ответствен- с созданием новой обсерватории, по-
ные организационные усилия по соз- дорвала здоровье Евгения Карловича.
данию новой обсерватории ГАИШ и ос- Мы глубоко чтим память нашего кол-
нащению ее 2,5-метровым телескопом. леги и соратника.
От редакции
7 июля 2020 года Анатолию Михайловичу Черепащуку – замечательному российско-
му астроному, академику РАН, научному руководителю Государственного астрономи-
ческого института имени П.К. Штернберга МГУ им. М.В. Ломоносова, многолетнему
члену редколлегии и постоянному автору журнала «Земля и Вселенная» – исполни-
лось 80 лет.
Анатолий Михайлович родился в Сызрани Куйбышевской (ныне Самарской) обл.
и прошел путь от школьного любителя астрономии до профессора, академика и ди-
ректора крупнейшего астрономического института (1986–2018 гг.), а затем – его
научного руководителя.
Им получены всемирно известные научные результаты по исследованию физики
звезд и звездных систем, релятивистских объектов и активных галактических ядер,
а также по решению обратных задач астрофизики. В частности, он открыл оптические
затмения в уникальном объекте SS433 – «загадке века» – и показал, что этот объект
представляет собой массивную рентгеновскую двойную систему на продвинутой ста-
дии эволюции с прецессирующим сверхкритическим аккреционным диском вокруг
вероятной черной дыры. Исследования объекта SS433, выполненные А.М. Черепа-
щуком, привели к выделению нового класса объектов Галактики – микроквазаров.
Анатолий Михайлович опубликовал более 500 научных работ и около 20 моногра-
фий и популярных книг, последняя из которых «Многоканальная астрономия» вышла
в 2019 г. (см. ЗиВ № 5, 2019). Он активно пропагандирует астрономические знания
и борется со лженаукой и воинствующим невежеством, захлестнувшими сегодня
средства массовой информации.
За достижения в развитии науки и в области подготовки астрономических кадров
Анатолий Михайлович награжден правительственными орденами Дружбы (1999),
Почета (2005), а также орденом Александра Невского (2020). В 2008 г. он удосто-
ен Государственной премии Российской Федерации в области науки и технологий.
В 2013 г. – премии Правительства РФ в области образования. А.М. Черепащук – лау-
реат премии имени А.А. Белопольского РАН (2002). Его именем в 1997 г. был названа
малая планета Солнечной системы 4307 (Cherepashchuk).
Редакция сердечно поздравляет Анатолия Михайловича со славным юбилеем,
желает ему здоровья и новых творческих достижений в его активной научной
и организационной деятельности.
Земля и Вселенная, 4/2020 21
Астрофизика
НОВЫЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ
ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
НОВИКОВ Игорь Дмитриевич,
член-корреспондент РАН
Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева РАН
DOI: 10.7868/S0044394820040027
Более полувека тому назад в самом начале моей научной карьеры мне выпало счастье
участвовать в создании новой ветви физики и астрофизики – релятивистской
астрофизики. До начала шестидесятых годов прошлого века общая теория
относительности (ОТО), хотя и признавалась красивейшей физической теорией, вела,
как правило, весьма скромную жизнь где-то у окраин теоретической науки. Это было
связано с тем, что ни в физике, ни в астрофизике она не была нужна для описания
реальных процессов в известных тогда физических и астрофизических объектах.
В последние десятилетия в астро- теории, не имеющим никакого отноше-
физике были сделаны открытия ния к действительности. Таково было
удивительных объектов и явлений, мнение и самого Альберта Эйнштейна.
которые предсказывались ОТО дав-
ным-давно, но вначале были встречены Позже знаменитый американский
негативно почти всеми специалистами физик Кип Торн писал:
из-за своих крайне необычных свойств.
За примерами ходить далеко не надо. «…было ясно, что любой объект, по-
Черные дыры (ЧД). Они были пред- павший в черную дыру, никогда не смо-
сказаны немецким физиком Карлом жет вернуться обратно и даже не смо-
Шварцшильдом в 1916 г. Однако почти жет послать оттуда никакого сигнала.
все физики того времени и последую- Этого было достаточно, чтобы убедить
щих десятилетий посчитали, что этот Эйнштейна и большинство других физи-
вывод ОТО является необычным фор- ков тех лет в том, что черные дыры –
мальным математическим следствием это совершенно противоестественные
объекты, которым не место в реаль-
ном мире. Законы физики, считали они,
22 Земля и Вселенная, 4/2020
должны каким-то образом защищать Λ-член в уравнениях Эйнштейна
Вселенную от подобных монстров». описывает плотность энергии и дав-
Другой крупнейший специалист по ление вакуума. Он был добавлен
ОТО, известный английский астрофи- Эйнштейном в свою теорию в 1917 г.
зик Артур Эддингтон в 30-х гг. прошло- для построения статической моде-
го века писал по поводу Отметим, что ли Вселенной. После те-
превращения в конце эво- рассматриваемый оретического откры-
люции звезд в ЧД: «…Ду- тия российским ученым
маю, должен существовать объект не сразу Александром Фридма-
закон природы, не позволя- получил свое название – ном нестационарности
ющий звездам вести себя Вселенной, а затем от-
столь абсурдным образом». «черная дыра». Даже крытием американским
в конце 60-х гг. астрофизиком Эдвином
Но постепенно интерес они назывались
по-разному. В нашей
к ЧД, как к важнейшим, ин- стране мы называли Хабблом разбегания га-
тереснейшим выводам ОТО, их «застывшими лактик, необходимость
стал завоевывать свое пра- звездами» (или в статической модели от-
во на существование среди «замороженными пала, а значит, и Λ-член
специалистов. Начали раз- стал не нужен. Сам Эйн-
рабатываться методы их звездами»). На Западе штейн посчитал введе-
поиска во Вселенной. В се- использовали название ние Λ-члена в теорию
мидесятые годы прошло- «сколлапсировавшие» ошибкой. Большинство
го века ЧД были открыты физиков согласилось
в двойных звездных систе- звезды. Название с ним. Так, по мнению
«черные дыры» было
придумано знаменитым
американским физиком
мах, а затем и как сверх- Джоном Уилером В.Л. Гинзбурга, Л.Д. Лан-
массивные компактные в 1967 г. Оно быстро дау в 50-х и 60-х гг. про-
объекты в центрах неко- стало общепринятым. шлого века даже слышать
торых галактик. Сейчас мы не хотел о Λ-члене.
понимаем, что ЧД разного класса игра- Прошло еще полвека, и темная энер-
ют определяющую роль в эволюции гия была открыта астрофизиками по
Вселенной. ее гравитационному влиянию на дви-
Отметим, что рассматриваемый объ- жение галактик в больших масшта-
ект не сразу получил свое название – бах. Совокупное влияние на движение
«черная дыра». Даже в конце 60-х гг. гравитации положительной плотно-
они назывались по-разному. В нашей сти энергии вакуума и гравитации от-
стране мы называли их «застывшими рицательного давления вакуума ведет
звездами» (или «замороженными звез- к ускоренному расширению Вселенной.
дами»). На Западе использовали назва-
ние «сколлапсировавшие» звезды. На-
звание «черные дыры» было приду- Двумерный аналог «кротовой норы».
мано знаменитым американским фи- Туннель, лежащий вне нашей Вселенной,
зиком Джоном Уилером в 1967 г. Оно соединяет два удаленных места
быстро стало общепринятым. в пространстве нашей Вселенной
Обратимся теперь к другому удиви-
тельному объекту, давно предсказанно-
му ОТО, но, как и ЧД, поначалу «пре-
данному анафеме». Речь идет о «тем-
ной энергии», проявляющейся в урав-
нениях ОТО как Λ-член.
Земля и Вселенная, 4/2020 23
Винтовой электрический ток удерживает в один вход, пролететь сквозь туннель
однородное магнитное поле в нашей и вылететь из другого на огромном
Вселенной расстоянии от первого входа. Масса
входов может быть разной. Она никак
Это явление и было открыто на рубе- не связана с размерами входов. В прин-
же нашего тысячелетия. Так подтвер- ципе входы в одном из типов КН могут
дилось еще одно удивительное пред- лежать даже в разных вселенных. В лю-
сказание ОТО, долгое время казавше- бом случае туннель лежит вне нашего
еся невозможным. Список можно про- пространства-времени – в суперпро-
должать. странстве.
Здесь я расскажу еще об одном бо- Так же, как и в случае ЧД, эти объ-
лее чем необычном предсказании ОТО, екты не сразу получили свое имя. Ан-
судьба которого отличается от опи- глийский его вариант wormholes (черво-
санного выше. Речь идет о кротовых точина) был придуман тем же Джоном
норах (КН). Они были предсказаны Уилером.
в 1916 г. (в рамках ОТО) австрийским
физиком Людвигом Фламмом и связа- Уилер обратил внимание на КН в се-
ны с сильнейшим искривлением трех- редине 50-х гг. прошлого века. Среди
мерного пространства. Такой объект прочих удивительных свойств КН он
представляет собой скрученное в тун- отметил следующее. В обычном про-
нель трехмерное пространство, сое- странстве, если мы хотим иметь одно-
диняющее удаленные области нашей родное статическое магнитное поле,
Вселенной. Выходами из туннеля явля- то его нужно окружить электриче-
ются трехмерные отверстия, похожие ским током. Ток сдерживает давление
на черные дыры, но резко отличающи- магнитных силовых линий. Выклю-
еся от них по своим физическим свой- чите ток – и поле разлетится в виде
ствам. В черную дыру материя может электромагнитных волн. В случае КН
падать, но вылететь из нее невозмож- сквозь нее может проходить статиче-
но. Входы в кротовую нору проходимы ское магнитное поле без всяких токов.
в обоих направлениях1. Можно влететь Туннель препятствует разлету. У выхо-
дов из КН силовые линии расходятся
1 Мы здесь рассматриваем простейшие радиально, как будто это магнитный
статические КН, открытые Фламмом.
О других типах КН см. УФН, 188, 301– Однородное магнитное поле, проходящее
310 (2018). сквозь туннель кротовой норы
24 Земля и Вселенная, 4/2020
«Квантовая пена» пространства-времени в чрезвычайно малых размерах, управляемая
законами квантовой гравитации. Иллюстрация: NASA/CXC/M.Weiss
монополь. Вся картина будет статич- Во всяком случае, нет доказатель-
ной. КН, если она заполнена особой ства, что КН не может существовать.
экзотической материей, может быть А если так, то следует придерживаться
статической. шутливого правила в романе Т.Х. Уайта
«Король сегодня и навсегда»: «Все, что
Как уже говорилось, теоретически не запрещено, является принудитель-
КН была предсказана, как и ЧД, и тем- но-обязательным».
ная энергия – около ста лет назад. Но,
в отличие от последних двух объектов, Найти КН во Вселенной было бы
давно открытых в астрофизике, КН до крайне важным. Это не только бы
сих пор не открыты! Более того, мы означало прорыв в астрофизике, но
даже не знаем, как они могут образо- и повлияло бы на все наше мировоз-
ваться в реальной Вселенной. Одна из зрение.
возможностей была указана амери-
канским физиком Кипом Торном. Он Помня историю ЧД и темной энер-
отметил, что, согласно законам кван- гии, долгое время бывших в «науч-
товой физики, в очень малых масшта- ном изгнании», а затем триумфаль-
бах пространство-время не является но ворвавшимся, будучи открытыми
гладким и непрерывным. По-види- астрофизиками, мы посчитали есте-
мому, его следует рассматривать как ственным заняться поисками КН во
«квантовую пену», где существуют са- Вселенной. На рубеже нового тысяче-
мые причудливые связи и искривле- летия академик Н.С. Кардашев пред-
ния, в том числе и микроскопические ложил гипотезу, согласно которой ядра
КН. Торн писал: «Если квантовая пена некоторых галактик являются не мас-
существует, то есть шанс, что в резуль- сивными ЧД, а входами в КН. Как это
тате какого-то естественного процес- проверить? Надо найти наблюдатель-
са некоторые из микроскопических КН ные проявления КН, которые в корне
могут самопроизвольно разрастать- отличают их от ЧД. И надо организо-
ся до человеческих или даже больших вать наблюдение этих отличий. Было
масштабов» (2015). ясно, что для таких наблюдений нуж-
ны новые инструменты с чрезвычайно
Земля и Вселенная, 4/2020
25
Галактика и ее ядро. Изображение значенных для реше-
телескопа им. Хаббла ния целого ряда принци-
пиальных важнейших проб
высоким угловым разрешением, позво- лем астрофизики, вклю-
ляющим уверенно исследовать физиче- чая и поиск КН. Первый из
ские процессы вблизи центров галак- этих проектов был успеш-
тических ядер, находящихся на боль- но осуществлен в 2011–
ших расстояниях от наблюдателя. 2019 гг. Запуск в космос
«Миллиметрона» плани-
Н.С. Кардашев был инициатором, соз- руется на конец этого де-
дателем и руководителем двух проектов сятилетия. К сожалению,
космических интерферометров: «Радио мощность космического
Астрон» и «Миллиметрон», предна- интерферометра «Радио-
Астрон» позволяла прове-
Зеркало будущего космического сти только первую развед-
интерферометра «Миллиметрон» ку в этом направлении.
Проект «Миллиметрон»,
работа над которым успешно проводи-
лась под руководством Н.С. Кардаше-
ва, а после его смерти в 2019 г. продол-
жается его соратниками, позволит се-
рьезно углубиться в решение п роблемы
поиска КН.
Какие наблюдательные свойства КН
позволят отличить их от ЧД? Мы ука-
жем здесь следующие:
– это радиальное магнитное поле
у входа (такого поля у ЧД быть не может)2;
– это возможность истечения мате-
рии из КН, что невозможно в случае ЧД;
– это возможность в принципе ви-
деть сквозь туннель другой вход КН,
даже если он лежит в другой вселенной.
Как мы подчеркивали выше, откры-
тие КН было бы переворотом во всем
нашем мировоззрении.
Мы видим, что открытие во Вселен-
ной ЧД и темной энергии вместе с от-
крытием гравитационных волн при
слиянии ЧД и активные поиски КН зна-
менуют новый этап в развитии ОТО.
26 2 Исторически иногда называют теорети-
ческую модель Рейснера–Н ордстрема
с радиальным магнитным полем чер-
ной дырой. В действительности, это
вход в КН специального вида, см. УФН,
188, 301 (2018).
Земля и Вселенная, 4/2020
Астрофизика
ПО СЛЕДАМ ОЧЕНЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
АРЕФЬЕВ Вадим Александрович, на второе место после… самого Боль-
шого Взрыва, создавшего нашу Вселен-
кандидат физико-математических наук ную.
Институт космических исследований РАН
Первые намеки на то, что такое со-
DOI: 10.7868/S0044394820040039 бытие происходило, были получены
еще в 2016 г., когда при анализе глу-
М ы уже привыкли к тому, что в небе боких наблюдений рентгеновским те-
постоянно происходят (и реги- лескопом Chandra скопления галак-
стрируются) исключительно энергич- тик в Змееносце, находящегося на
ные события: взрываются сверхновые, красном смещении z = 0,029 (около
вспыхивают гамма-всплески, сталки- 390 млн св. лет), в рентгеновских изо-
ваются галактики и даже скопления га- бражениях был найден «вогнутый»
лактик – самых крупных гравитацион- разрыв плотности межгалактического
но-связанных объектов во Вселенной. газа2.
Если спросить, в каком же из этих ка-
таклизмов выделяется наибольшее ко- Тогда же была выдвинута гипоте-
личество энергии, то чаще всего сле- за, что это следы гигантской вспышки
дует ответ, что это гамма-всплески: активного ядра галактики (АЯГ), нахо-
в наиболее мощных из них выделяет- дящегося в центре скопления, и была
ся более 1054 эрг, что в несколько тысяч приближенно оценена энергетика та-
раз больше, чем при взрывах сверхно- кого события. Суммарная энергия этой
вых. Но действительно ли гамма-вспле- вспышки составила более чем 1061 эрг.
ски – самые энергичные события во Такая величина выглядела чудовищно,
Вселенной? Оказывается – нет. поэтому ученые с сомнением отнес-
лись к этому предположению. К тому
Недавно международная группа уче-
ных из США, Австралии и Новой Зелан- 2 N. Werner et al. Deep Chandra study of
дии открыла следы наиболее энергич- the truncated cool core of the Ophiuchus
ного события1, которое по суммарной cluster MNRAS, 460, Issue 3, 11.
выделенной энергии было поставлено
27
1 S. Giacintucci, M. Markevitch, M. John-
ston-Hollitt, D. R. Wik, Q. H. S. Wang, and
T.E. Clarke Discovery of a Giant Radio Fos-
sil in the Ophiuchus Galaxy Cluster, 2020,
ApJ, 891, 1 .
Земля и Вселенная, 4/2020
Sloshing edges раз, и разогрет настолько, что излуча-
ет именно в рентгеновском диапазоне.
Concave Southern
edge extension Однако температура газа так высо-
100 kpc ка, что он бы давно покинул скопление,
если бы не наличие еще одной «состав-
Рентгеновское изображение скопления ной части» – темной материи, чье гра-
в Змееносце, по данным телескопа Chandra, витационное поле и формирует само
в диапазоне 0,5–4 кэВ. Черный крест скопление и удерживает вместе все его
отмечает cD-галактику, в которой, компоненты.
вероятно, находится активное ядро
галактики, создавшее гигантский Если в скоплении ничего не проис-
«пузырь», чей край виден в левом нижнем ходит, то на рентгеновском изобра-
углу изображения как «вогнутая линия» жении оно выглядит как сферически
(отмечены стрелками). Изображение симметричное пятно: яркое в центре,
из статьи S. Giacintucci et al., 2020 где плотность межгалактического газа
больше, и более тусклое по краям, где
же в скоплении не наблюдалось ни она заметно уменьшается. При этом
активного ядра галактики, ни яркого ближе к центру богатых скоплений мо-
джета из релятивистских частиц, кото- гут находиться гигантские эллиптиче-
рые обычно сопровождают подобные ские галактики – так называемые га-
вспышки. лактики cD-типа.
Стало понятно, что по одним рентге- Если же в скоплении находится ак-
новским данным разгадать эту загадку тивная сверхмассивная черная дыра,
не получится – требовались наблюде- она же АЯГ, то в результате ее излуче-
ния в других областях электромагнит- ния межгалактический газ рядом с ней
ного спектра, которые в конце концов нагревается, формируются «пузыри»
и подтвердили эту гипотезу. Как это плотного горячего газа, которые мед-
было сделано и что нового было обна- ленно «всплывают» в более разрежен-
ружено в скоплении галактик в Змее- ную область на краю скопления.
носце, рассказывается ниже, но вна-
чале – несколько слов о том, что пред- Примером такого «активного» ско-
ставляют собой скопления галактик. пления может быть MS0735.6+7421 –
скопление галактик в созвездии Жира-
Как следует из названия, скопления фа на расстоянии около 2,6 млрд све-
галактик содержат галактики, но не товых лет от Млечного Пути. В изобра-
только их – значительную долю их мас- жении этого скопления, полученного
сы составляет горячий разреженный по данным телескопов Hubble (види-
межгалактический газ. По своей массе мый диапазон), Chandra (рентген), VLA
он может превышать массу видимых (р адиодиапазон), видно, что из цен-
галактик скопления в десять и более тральной cD-галактики бьют два радио
джета, которые создают хорошо ви-
28 димые разрежения в рентгеновском
излучении скопления вверху и внизу
изображения. При этом предполага-
ется, что в центральной cD-галактике
находится одна из крупнейших сверх-
массивных черных дыр, чье излучение
и создает эти джеты, которые взаимо-
действуют с межгалактическим газом
в центре скопления и формируют ра-
зогретые газовые пузыри, диаметром
600 тыс. световых лет каждый.
Земля и Вселенная, 4/2020
Поэтому у исследователей возникла Композитное изображение скопления
естественная мысль, что надо прове- MS0735.6+7421 в созвездии Жирафа
рить излучение скопления в Змееносце в видимом (белое), рентгене (синее)
в радиодиапазоне, чтобы определить, и радиодиапазонах (красное). Изображение
есть ли в нем характерные особенно- из архива обсерватории Chandra:
сти (джет и те самые пузыри), которые X-ray: NASA/CXC/Univ. Waterloo/B.McNamara;
помогут подтвердить или опровергнуть Optical: NASA/ESA/STScI/Univ. Waterloo/
наличие в прошлом гигантского вы- B.McNamara; Radio: NRAO/Ohio Univ./
броса энергии. L. Birzan et al.
Для этого были проанализированы зыря мало? Ответ: вероятно, нет. Из-
данные радиообзора GLEAM и наблю- за больших размеров образовавшейся
дений трех наземных радиотелеско- полости измеренный спектр является
пов: австралийского MWA, индийского суммой спектров большого числа раз-
GMRT и американского VLT, – которые личных участков, которые могут замет-
покрыли исключительно широкий диа- но отличаться друг от друга. Но можно
пазон от 74 МГц до 1477 МГц. оценить минимальное время сущест
вования пузыря. Если полость нача-
И действительно, оказалось, что ла свою жизнь вблизи центра скопле-
в радиоизображениях хорошо вид- ния cD-галактики Змееносца, то ей по-
ны структуры, заполняющие пузырь, требовалось бы не менее 240 млн лет,
чей край виден на рентгеновском изо- чтобы подняться до текущего положе-
бражении, причем границы структур ния, двигаясь со скоростью звука – это
в обоих диапазонах точно совпадают. верхний предел для скорости подъе-
Радиус этой полости, заполненной ре- ма. Ф актический же возраст «полости»
лятивистскими электронами, состав- больше этого.
ляет около 230 кпк. Оценки работы, не-
обходимой для создания пузыря тако- Казалось бы, получены ответы на все
го объема в межгалактическом газе, как интересующие вопросы, но как обычно
раз составляют около 5 · 1061 эрг. бывает в процессе исследования, вместе
с найденными ответами появляются но-
Сколько же времени потребовалось вые вопросы. При внимательном взгля-
для того, чтобы АЯГ смогло надуть та- де на композитное изображение ско-
кой пузырь? Часто в синхротронном пления в Змееносце не наблюдается ни-
спектре релятивистских электронов, каких следов джета ни в рентгеновском,
заполняющих такие полости, можно
наблюдать резкое уменьшение потока 29
именно высокоэнергичных фотонов.
Оно вызвано тем, что наиболее высоко-
энергетические релятивистские элек-
троны остывают первыми, и спектр
мощности электронов (и, соответствен-
но, спектр их синхротронного излуче-
ния) демонстрирует экспоненциаль-
ный спад, который с течением време-
ни переходит к более низким энерги-
ям. Это позволяет определить возраст
наблюдаемой структуры.
В спектре данного пузыря такого
экспоненциального спада не было об-
наружено – его можно описать степен-
ным законом с индексом 2.4. Означает
ли это, что время надувания этого пу-
Земля и Вселенная, 4/2020
Declination GMRT 240 MHz ни в радиодиапазонах (сравните с изо-
40:00.0 30:00.0 –23:20:00.0 10:00.0 250 kpc бражением скопления в созвездии Жи-
рафа на стр. 29). Также не видно второ-
Ridge го «реликтового пузыря», который дол-
жен наблюдаться с противоположной
Minihalo стороны относительно центральной
cD-галактики скопления.
45'' FWHM Relic lobe
В настоящее время центральное
30.0 13:00.0 30.0 17:12:00.0 30.0 11:00.0 АЯГ – слабый источник радиоизлу-
чения, так что в прошлом оно долж-
Right ascension но было быть намного мощнее, что-
бы произвести полость такого размера.
Радиоизображение, полученное телескопом Можно предположить, что уже длитель-
GMRT на частоте 240 МГц с угловым ное время аккреция на сверхмассив-
разрешением 45 угл. сек. Красной ную черную дыру мала (поэтому нет
штриховкой обозначен круг с границей, и джета), поскольку пик плотности ме-
совпадающей с границей впадины на жгалактического газа смещен по от-
рентгеновском изображении скопления. ношению к ядру скопления (там, где
Радиус круга 230 кпк. Желтым крестом н аходится cD-галактика), вероятно, из-
обозначена cD-галактика. Изображение из за воздействия излучения этого АЯГ во
статьи S. Giacintucci et al., 2020 время гигантской вспышки. Отсутствие
же второго реликтового пузыря, воз-
+ Central galaxy можно, связано с тем, что градиенты
location плотности газа в скоплении в том ме-
Cavity edge сте, где должен был бы находиться вто-
рой реликтовый пузырь – круче, и сле-
Radio emission дов от второго пузыря к настоящему
in cavity времени не осталось.
Chandra Чтобы проверить эти предположе-
ния, требуются гораздо более чувстви-
XMM/GMRT/2MASS тельные наблюдения в радио- и рент-
геновском диапазонах. Одним из таких
Композитное изображение скопления аппаратов, которые могли бы дать но-
в Змееносце в инфракрасном (белый вую информацию, является российская
цвет), рентгеновском (фиолетовый космическая обсерватория «Спектр-РГ».
цвет) и радиодиапазонах (синий цвет). В настоящее время она проводит обзор
Изображение: X-ray: Chandra: NASA/CXC/ всего неба в рентгеновском диапазоне,
NRL/S. Giacintucci, et al., XMM-Newton: ESA/ который станет рекордным по чувстви-
XMM-Newton; Radio: NCRA/TIFR/GMRT; Infrared: тельности среди всех предшествовав-
2MASS/UMass/IPAC–Caltech/NASA/NSF ших ему, а по его окончании приступит
к глубоким наблюдениям наиболее ин-
30 тересных источников. Много времени
будет посвящено именно наблюдению
скоплений галактик. Мы надеемся, что
большое поле зрения, высокая чувстви-
тельность, хорошее угловое и энергети-
ческое разрешение телескопов «Спектр-
РГ» позволят получить ответы и на те
загадки, которые продолжает загады-
вать скопление в Змееносце.
Земля и Вселенная, 4/2020
In memoriam
Михаил Николаевич ПАВЛИНСКИЙ
(08.12.1959–01.07.2020)
1 июля 2020 года, после тя- ного здоровья сил у Ми-
желой болезни, скончался за- хаила Николаевича уже не
меститель научного руково- осталось.
дителя проекта «Спектр-РГ»,
создатель и научный руково- Его детище – первый в
дитель российского рентге- России зеркальный рентге-
новского телескопа ART-XC новский телескоп ART-XC –
Михаил Николаевич Пав прямо сейчас продолжает
линский. обзор неба и собирает как
мозаику самую чувстви-
Михаил Николаевич ро- тельную карту всего неба
дился 8 декабря 1959 г. в в жестком рентгеновском
городе Саров Нижегород- диапазоне, которая уже во-
ской области. В 1983 г. по- шла в историю рентгенов-
сле окончания Московско- ской астрономии.
го инженерно-физического
института он пришел работать в Инсти- М.Н. Павлинский был
тут космических исследований АН СССР. Руководителем с большой буквы. Никог-
С ИКИ связана вся его трудовая деятель- да не раздавал приказы. Только убежде-
ность, в которой он прошел путь от млад- ние и собственный пример. Спорил. До-
шего научного сотрудника до заведующе- казывал. Такой стиль работ позволил ему
го одного из ведущих отделов и замести- собрать вокруг себя команду единомыш-
теля директора. ленников, доказавшую свою эффектив-
ность реальными делами. При этом он
М.Н. Павлинский был уникальным че- был оптимистичным и жизнерадостным
ловеком. Он создал телескоп АРТ-П на человеком. Свой оптимизм он подкре-
спутнике «Гранат» – первый полноценный плял огромной жизненной энергией и с
отечественный рентгеновский космиче- ее помощью принимался решать проб
ский инструмент. Он ввел в работу один из лемы, которых на его долю выпадало не-
самых эффективных отечественных опти- мало. Он всегда общался с юмором и лег-
ческих телескопов – Российско-Турецкий костью и со студентом, и с ведущим уче-
РТТ‑150. Став руководителем отдела, сво- ным, независимо от сложностей стоящих
ей кипучей энергией он смог «заразить» задач, ни на минуту не останавливаясь,
коллег и создать уникальный коллектив постоянно пребывая в поиске новых за-
ученых и инженеров. Михаил Николае дач, провоцируя и подталкивая окружаю-
вич все время торопился, подгонял себя щих к деятельности, при этом всегда за-
и нас, был жаден до работы. Интересовал- щищая и поддерживая своих коллег.
ся и вникал во все, что он делал, от начала
до конца. Был полон идей и планов. Неуемная энергия Михаила Николае-
вича не давала ему успокоиться даже пос
У Михаила Николаевича было упорство ле того, как он узнал о своей болезни. До
и дух победителя: в сложнейшее время самого последнего момента он не только
начала 2000-х, когда проект «Спектр-РГ» продолжал руководить отделом и целым
оказался на грани закрытия, он поднял рядом проектов, но и выполнял ведущую
его из руин и привел к запуску в 2019 г. роль по обработке и интерпретации по-
и последующим триумфальным резуль- лученных результатов. До последнего дня
татам. В этот проект Михаил Николаевич своей жизни он прорабатывал идеи новых
вложил все свои силы без остатка. Только проектов, думал о новых научных задачах.
благодаря его настойчивости, бескомпро-
миссности, знаниям и опыту проект со- Сегодня мы, соратники, коллеги, дру-
стоялся и дает бесценные научные дан- зья, скорбим по поводу его кончины. Нет
ные. После этого на сохранение собствен- слов, которыми мы могли бы выразить
боль от этой утраты.
Земля и Вселенная, 4/2020
31
Институты. Обсерватории
В ЛУЧАХ ЗВЕЗДЫ ПО ИМЕНИ СОЛНЦЕ
Институту солнечно-земной физики
СО РАН – 60 лет
МЕДВЕДЕВ Андрей Всеволодович,
член-корреспондент РАН
ЯЗЕВ Сергей Арктурович,
доктор физико-математических наук
Институт солнечно-земной физики СО РАН
DOI: 10.7868/S0044394820040040
60 лет тому назад, в 1960 г. в г. Иркутске был основан Сибирский институт земного
магнетизма ионосферы и распространения радиоволн (СибИЗМИР) Сибирского
Отделения АН СССР. Он стал крупнейшим научным центром в области физики
околоземного космического пространства в восточной части страны, создав
уникальный комплекс исследовательских установок. В 1986 г. Институт был
награжден орденом Трудового Красного Знамени. В 1993 г. СибИЗМИР был переименован
в Институт солнечно-земной физики (ИСЗФ) СО РАН. В настоящее время идут работы
по созданию на базе института Национального гелиогеофизического комплекса РАН,
который оснащается уникальными инструментами нового поколения.
НА ПУТИ К СОЗДАНИЮ ных учреждений в Сибири. Ее возгла-
ИНСТИТУТА вил Э. В. Штеллинг; после его перевода
в Тифлис, а затем в Санкт-Петербург,
1 ноября 1886 г. в г. Иркутске начала с 1895 г. – обсерваторией руководил
работу магнитно-метеорологическая А. В. Вознесенский. Впервые в Сибири
обсерватория – одно из первых науч- в 1907 г. он выполнил цикл аэрологи-
ческих наблюдений с борта аэрос тата.
32 Земля и Вселенная, 4/2020
В 1908 г. обсерватория зафиксирова- Во время войны, в 1942 г. развернулись
ла уникальное явление – магнитный исследования атмосферных электри-
след падения Тунгусского космическо- ческих разрядов и теллурических (зем-
го тела. В эти годы обсерватория ста- ных) токов.
ла полноценным научным учрежде-
нием, здесь велись профессиональные В 1948 г. в г. Иркутске з аработала
наблюдения и публиковались научные и оносферная станция под руководством
труды, в т.ч. о солнечно-земных свя- будущего руководителя иркутской ра-
зях. В 1914 г. из-за роста помех в горо- диофизической школы, профессора Ир-
де магнитные и аэрологические наблю- кутского государственного универси-
дения были перенесены в поселок Зуй, тета В. М. Полякова. В 1956 г. Иркутская
расположенный в 30 км к северо-запа- геофизическая обсерватория была ре-
ду от г. Иркутска. организована в гидрометеорологиче-
скую обсерваторию. На базе ее магнит-
Работа станции была продолжена ного отдела была сформирована Ком-
и при советской власти. В 1931 г. на- плексная магнитно-ионосферная стан-
чался ряд преобразований: обсервато- ция (Иркутская КМИС). В 1957–1958 гг.
рия стала Научно-исследовательским из-за нарастающих помех, вследствие
геофизическим институтом, в 1933 г. – электрификации Транссибирской ма-
Иркутской геофизической обсервато- гистрали (станция Зуй находилась
рией. Здесь были начаты исследования возле железной дороги), магнитные
«векового хода» геомагнитного поля. измерения были перенесены отсюда
Здание магнитно-метеорологической обсерватории, г. Иркутск 33
Земля и Вселенная, 4/2020
Один из основателей Института, в п оселок Патроны, где до сих ведутся
доктор технических наук Г. Я. Смольков непрерывные измерения геомагнитно-
го поля.
60 лет назад. Так начинался СибИЗМИР
СО АН СССР Приближался грандиозный проект
«Международный геофизический год»
34 1957–1958 гг. (МГГ; ЗиВ, 2007, № 4),
в котором принял участие СССР. Стра-
на серьезно подошла к научной про-
грамме МГГ. В 1956 г. было принято ре-
шение о расширении программы работ
иркутских геофизиков за счет оптиче-
ских и радиоастрономических наблю-
дений Солнца. На станцию в Зуе из Ле-
нинграда был доставлен солнечный
фотосферно-хромосферный телескоп
«АФР‑2». Возглавил новый отдел вы-
пускник ИГУ Г. Я. Смольков, под руко-
водством которого заработал первый
радиотелескоп в Сибири, созданный на
базе американского военного радара.
НОВЫЙ ИНСТИТУТ В ИРКУТСКЕ
Постепенно в Иркутске накапливался
научно-инструментальный потенци-
ал, а в университете готовились ква-
лифицированные научные кадры, по-
лучая опыт в процессе работы на гео
физических станциях. 27 мая 1960 г.
было подписано решение о созда-
нии на базе Иркутской КМИС Сибир-
ского института земного магнетизма,
ионосферы и распространения ради-
оволн – СибИЗМИР СО АН СССР. Пер-
вым исполняющим обязанности ди-
ректора был назначен выпускник фи-
зико-математического факультета ИГУ
В. Д. Кокоуров. Тогда же были опреде-
лены основные научные направле-
ния нового института. В их число во-
шли изучение земного м агнетизма и
и оносферы Земли (включая распрост
ранение радиоволн в ионосфере),
а также исследования феномена сол-
нечной активности и связанных с ней
явлений в околоземном космосе
и земных оболочках.
Земля и Вселенная, 4/2020
Помимо фундаментальных исследо- Член-корреспондент АН СССР В. Е. Степанов
ваний, планировались прикладные ра-
боты – деятельность Службы Солнца, обсерватории выдающегося советско-
в том числе в интересах обеспечения го гелиофизика, специалиста по сол-
радиационной безопасности пилоти- нечному магнетизму, будущего чле-
руемых космических полетов, контроль на-корреспондента АН СССР В. Е. Сте-
состояния ионосферы и геомагнитного панова. В 1964 г. он на 15 лет возглавил
поля, регистрация космических лучей. институт, а также его «солнечное» на-
Институт должен был передавать дан- правление. Под руководством В. Е. Сте-
ные своих наблюдений в прогности- панова велось сооружение новых теле-
ческие геофизические центры страны, скопов и обсерваторий, были начаты
обмениваться данными с зарубежными комплексные наблюдения и исследо-
обсерваториями. вания Солнца.
ОБСЕРВАТОРИИ И УСТАНОВКИ В Саянской обсерватории было воз-
ведено здание большого горизонталь-
В 1961 г. директором был назначен ного солнечного телескопа. Два зерка-
член-корреспондент АН Туркмен- ла целостатной установки (вспомога-
ской ССР Н. М. Ерофеев. Институт бы- тельная система из двух поворотных
стро развивался, и первоочередной за- плоских зеркал перед неподвижным
дачей для него стало создание целого объективом) направляют изображения
ряда собственных обсерваторий и по- Солнца на сферическое зеркало ди-
лигонов, расположенных в Восточной аметром 800 мм с фокусным рассто-
С ибири. янием 20 м. Телескоп оснащен спек-
трографом и магнитографом. На этом
В 1966 г. была сооружена Саянская инструменте выполнены сотни работ,
солнечная обсерватория в 300 км к за- посвященных исследованию магнит-
паду от Иркутска, в конце Тункинской ных полей солнечных образований, их
долины на территории Бурятии, вбли- лучевых скоростей и колебаний. Ис-
зи советско-монгольской границы. Она следования Солнца ведутся под науч-
расположилась в горах на высоте 2000 ным руководством члена-корреспон-
метров над уровнем моря, по итогам дента РАН В. М. Григорьева и заведую-
цикла астроклиматических исследова- щего отделом физики Солнца, доктора
ний, выполненных под руководством физико-математических наук М. Л. Де-
доктора физико-математических наук мидова.
Ш. П. Дарчия, было выбрано место для
строительства. Будущие ученые сами В Саянской солнечной обсервато-
строили свои установки. Так, в дере- рии, помимо солнечных инструментов,
вянном павильоне был собран горизон-
тальный солнечный телескоп АЦУ‑5, 35
установлен сначала малый солнечный
коронограф, а вслед за ним и большой
коронограф с диаметром объектива
535 мм. Именно наличие «коронально-
го» неба (низкого уровня рассеянного
света) в Саянских горах оказалось ре-
шающим доводом для переезда в Ир-
кутск из Крымской астрофизической
Земля и Вселенная, 4/2020
Здание автоматизированного солнечного телескопа. Саянская обсерватория ИСЗФ СО РАН.
Фото Е. В. Козырева
были установлены звездные телеско- ляются значения красного смещения
пы – «АЗТ‑14А» и «Цейсс‑600». Эти уже (индикатор расширения Вселенной)
старые инструменты, на которых неод- далеких галактик. Эти данные могут
нократно обновлялись средства реги- быть использованы для обеспечения
страции (от фотопластинок до телеви- работы российско-немецкой космиче-
зионной установки и цифровых камер), ской астрофизической обсерватории
успешно работают и сегодня, регистри- «Спектр-РГ», успешно работающей на
руя искусственные объекты (космиче- орбите с 21 октября 2019 г. Ведутся на-
ские аппараты и мусор) на околозем- блюдения и по другим программам,
ных орбитах. включая запросы Центра управления
полетами отечественных космических
Уже в XXI веке в Саянской обсер- аппаратов.
ватории появились два крупных
звездных телескопа, изготовленных в Второй крупный телескоп –
Санкт-Петербурге (Ленинградское оп- АЗТ‑33ВМ (2016 г.) оснащен главным
тико-механическое объединение, ныне зеркалом диаметром 160 см. Специ-
АО «ЛОМО»). В 2006 г. был установ- альная оптическая схема обеспечива-
лен рефлектор АЗТ‑33ИК с диаметром ет большое поле зрение (2,8 градуса).
главного зеркала 170 см, оснащенный Это позволяет проводить эффектив-
матрицей, работающей в ИК-диапазо- ные массированные наблюдения сла-
не. На нем в настоящее время ведут- бых оптических источников, включая
ся наблюдения в соответствии с науч- объекты Главного пояса астероидов,
ной программой ИКИ РАН – опреде- а также астероиды, угрожающие Земле.
36 Земля и Вселенная, 4/2020
Панорама Саянской обсерватории ИСЗФ СО РАН. Слева – башня АЗТ‑33ИК,
справа – башня АЗТ‑33ВМ. Фото Е. В. Козырева
На высоком берегу озера Байка- шение – около 0,4 угловых секунды.
ла в 70 км от Иркутска размещена еще БСВТ оснащен высокодисперсионным
одна обсерватория института – Бай- спектрографом, оптическая схема ко-
кальская астрофизическая обсервато- торого, разработанная доктором фи-
рия ИСЗФ СО РАН. Здесь под руководст зико-математических наук Н. М. Фир-
вом В. Е. Степанова и доктора физико- стовой, представляет схему Эберта–
математических наук В. Г. Банина был Фасти с фокусным расстоянием 15 м.
сооружен Большой вакуумный сол- С помощью спектрографа можно опре-
нечный телескоп (БСВТ). Отражение делять физические параметры солнеч-
Солнца от плоского метрового зерка- ной плазмы: скорость движения веще-
ла сидеростатной установки отправ- ства, химический состав, магнитное
ляется на 760-мм объектив, который поле, а также оценивать температу-
формирует изображения в нижней ру, скорость микротурбулентных дви-
части 40-метровой наклонной трубы жений и электронную концентрацию
телескопа, нацеленной на северный солнечной плазмы. Основным элемен-
полюс мира. Объектив был изготов- том спектрографа является дифракци-
лен группой оптиков института под онная решетка размером 200 × 300 мм,
руководством доктора физико-ма- имеющая 600 штрихов/мм. Спектраль-
тематических наук В. И. Скоморов- ное разрешение спектрографа для пя-
ского. Теоретическое пространствен- того порядка составляет 0,0007 нм.
ное разрешение телескопа составляет Здесь выполнены уникальные наблю-
0,2 угловых секунды, реальное разре- дения ряда солнечных вспышек.
Земля и Вселенная, 4/2020 37
Большой солнечный вакуумный телескоп. Байкальская астрофизическая обсерватория
ИСЗФ СО РАН. Фото Е. В. Козырева
Северный луч Сибирского солнечного радиотелескопа. Фото С. А. Язева
38 Земля и Вселенная, 4/2020
В урочище Бадары Тункинской доли- Научный руководитель ИСЗФ СО РАН,
ны (Бурятия), расположенном в 220 км академик РАН Г. А. Жеребцов
от г. Иркутска, в 1972 г. было разверну-
то строительство Радиоастрофизиче- ная концентрация в верхних слоях
ской обсерватории института и ее глав- атмос феры в диапазоне высот от 100 до
ного инструмента – Сибирского сол- 1000 км. Большой вклад в становление
нечного радиотелескопа (ССРТ). Этот этой установки и развитие исследова-
уникальный крестообразный радио- ния ионосферы методом некогерент-
интерферометр состоит из двух орто- ного рассеяния внес директор институ-
гональных 128-элементных антенных та в 2010–2016 гг. член-корреспондент
решеток длиной 622,3 м каждая. Эле- РАН А. П. Потехин.
менты решеток представляют собой
2,5-метровые антенны (тарелки). Со- Геофизическая обсерватория ИСЗФ
оружение ССРТ велось под общим ру- СО РАН расположена в 150 км от г. Ир-
ководством доктора технических наук кутска, вблизи поселка Торы в Тункин-
Г. Я. Смолькова. Уникальный всепогод- ской долине, на территории Бурятии.
ный радиотелескоп позволяет получать Здесь расположено антенное поле для
двумерные радиоизображения Солнца приема сигналов ионозондов – радио-
в сантиметровом диапазоне. В 1996 г. технических устройств, служащих для
большой коллектив специалистов, соз- определения действующих высот отра-
дававший этот инструмент, был удосто- жения радиоволн от ионосферы и вы-
ен премии правительства РФ в области сотного распределения электронной
науки и техники. концентрации. Кроме того, на обсерва-
тории установлены приемники сигна-
В период событий 1990-х гг., после лов трансионосферного зондирования
развала СССР, находившийся вблизи (метод диагностики неоднородностей
г. Усолье-Сибирское в 125 км от Иркут- в ионосфере). Эти ионозонды, разра-
ска военный радар системы «Д непр» ботанные в ИСЗФ СО РАН, имеют уни-
был готов к списанию и утилизации. кальные характеристики и позволяют
В институте (к тому времени он уже
именовался Институтом солнечно-зем- 39
ной физики СО РАН) было принято не-
простое решение – взять гигантский
дорогостоящий инструмент на ба-
ланс института. Ответственность тог-
да принял на себя тогдашний дирек-
тор, академик РАН, ныне научный ру-
ководитель института Г. А. Жеребцов.
Военная установка превратилась в на-
учный прибор – радар некогерентно-
го рассеяния для исследований ионо
сферы, который и сегодня успешно ра-
ботает в обсерватории радиофизиче-
ской диагностики атмосферы ИСЗФ СО
РАН. Радар представляет собой рупор-
ную антенну с апертурой 12,2 × 246 м.
С его помощью определяются скоро-
сти дрейфа, ионный состав, электрон-
ная и ионная температура, электрон-
Земля и Вселенная, 4/2020
Геофизическая обсерватория ИСЗФ СО РАН вблизи реки Иркут. Фото Е. В. Козырева
изучать структуру ионосферы с высо- бальных спутниковых навигационных
чайшим пространственным и времен- систем были осуществлены в институте
ным разрешением. Ионозонды позво- под руководством доктора физико-ма-
ляют восстанавливать тонкую струк- тематических наук Э.Л. Афраймовича.
туру высотного профиля электронной
концентрации, фиксируют скорости Кроме радиофизических исследо-
и направление перемещений неодно- ваний, в обсерватории в Торах ведут-
родностей в ионосфере. Использова- ся оптические (включая спектральные)
ние сигналов с линейной частотной наблюдения свечения ночного неба,
модуляцией позволяет таким ионозон- измеряется солнечная ультрафиолето-
дам проводить измерения на сверхма- вая радиация.
лой мощности, не создавая помех дру-
гим измерительным радиосредствам, Комплексная магнитно-ионосфер-
при этом ионозонды обладают воз- ная обсерватория ИСЗФ СО РАН вклю-
можностью приема сигналов других чает в себя две обсерватории – Бай-
источников радиоизлучения с линей- кальскую магнитотеллурическую в по-
ной частотной модуляцией на наклон- селке Узур на севере острова Ольхон
ных трассах распространения радио- (озеро Байкал), и магнитную на берегу
волн. Научная школа распространения Иркутского водохранилища, в пос. Пат
радиов олн КВ-диапазона создавалась в роны. На Байкале измеряется верти-
Институте доктором физико-матема- кальная компонента электромагнит-
тических наук И. И. Орловым. ного поля планеты на частотах до 300
Гц. С 1958 г. в пос. Патроны ведут-
Пионерские работы по трансионо ся непрерывные наблюдения геомаг-
сферному зондированию и методам ис- нитного поля, начатые еще в г. Иркут-
следования ионосферы с помощью гло- ске в 1887 г. и продолженные в г. Зуе
в 1914 г.
40
Земля и Вселенная, 4/2020
Высокоширотные наблюдения маг- ПРОЕКТ НАЦИОНАЛЬНОГО
нитного поля Земли и полярной ионо ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКОГО
сферы чрезвычайно важны для пони- КОМПЛЕКСА РАН
мания процессов, происходящих в маг-
нитосфере и ионосфере Земли. Такие В настоящее время в институте реали-
исследования проводятся институтом зуется крупный проект общенациональ-
в Норильской комплексной магн итно- ного и международного значения. Пла-
ионосферной обсерватории. Помимо нируется, что обсерватории ИСЗФ СО
ионосферной и магнитно-вариацион- РАН будут оснащены установками но-
ной станций, здесь работает нейтрон- вого поколения, которые могли бы вы-
ный монитор, регистрирующий ча- вести отечественную солнечно-земную
стицы высоких энергий (космические физику на новый уровень. Институт ста-
лучи), приходящие из глубин космиче- нет основой Национального гелиогео-
ского пространства. физического комплекса (НГК) РАН.
За 60 лет своего существования В Саянской обсерватории плани-
в ИСЗФ СО РАН и его обсерваториях руется сооружение нового крупного
работали тысячи специалистов, выпол- солнечного телескопа-коронографа
нено множество научных исследований КСТ‑3. Диаметр главного зеркала, ос-
в области гелиофизики и геофизики. нащенного активной оправой, составит
Разумеется, невозможно перечислить 3 м. Высота здания башни телескопа
всех сотрудников института, от док- будет достигать 42 м. С северной сто-
торов наук до лаборантов и техников роны к башне будет примыкать корпус,
на обсерваториях. Все они, кто больше, где разместится технологическое обо-
кто меньше, внесли свой вклад в исто- рудование, включая вакуумную уста-
рию института.
Проект большого солнечного коронографа КСТ‑3 Саянской обсерватории
Башня телескопа Управление телескопом
42 м 100 м - Оптические лаборатории
22 м - Серверы для хранения данных
- Жилой комплекс
Земля и Вселенная, 4/2020 Технологическое оборудование:
- вакуумная установка для нанесения
отражающих покрытий на зеркала
- обслуживание узлов телескопа
41
Проект многочастотного радиогелиографа ИСЗФ СО РАН
новку для напыления отражающих ния с атмосферой позволит определять
покрытий зеркал оптической систе- плотность среды, температуру, ско-
мы, серверы для хранения и обработки рость и направления ветра на разных
данных, а также жилые помещения для высотах, а также присутствие аэрозо-
приезжающих наблюдателей. Ввод ин- лей на высотах до 100–120 км. В числе
струмента в строй планируется в 2026 г. определяемых характеристик атмосфе-
ры – параметры озонового слоя в стра-
На базе Сибирского солнечного ра- тосфере, а также оптические свойства
диотелескопа создается новый инстру- слоя натрия в мезосфере. Лидар должен
мент – многочастотный радиогелио войти в строй в 2023 г.
граф. В его состав войдет новое ан-
тенное поле, которые будет включать В рамках проекта предполагает-
в себя три Т-образные решетки с дли- ся, что будет создана пространствен-
ной луча до 1000 м. Каждая решетка но распределенная система когерент-
будет состоять из 96 трехметровых ан- ных высокочастотных радаров. Задачей
тенн, работающих на частотах 3–6 ГГц, этих установок будет являться контроль
224 метровых антенн (8–224 ГГц) и 192 системы магнитосферно-ионосфер-
антенн диаметром 1,8 м (6–12 Ггц). ных связей в высокоширотных реги-
Угловое разрешение инструмента до- онах России. Многофункциональный
стигнет 5 угловых секунд, временное мезосферно-стратосферно-тропосфер-
разрешение – 0,01 с. Работы по соору- ный радар некогерентного рассеяния
жению новой установки и соответству- (НР-МСТ радар) будет размещен вбли-
ющей инфраструктуры обсерватории зи озера Байкал, в 250 км от Иркутска.
должны завершиться в течение бли- Основная цель этой части проекта – из-
жайшего года. учение динамики нейтральной и иони-
зованной компонент земной атмосфе-
Вблизи озера Байкал, в 250 км от ры в диапазоне высот от 10 до 2000 км
Иркутска, планируется разместить со- с высоким пространственным и вре-
временный мезосферно-стратосфер- менным разрешением. Планируется
ный лидар. Ожидается, что исследова- определять высотный профиль элек-
ние взаимодействия лазерного излуче-
Земля и Вселенная, 4/2020
42
тронной концентрации, температуру Проект мезосферно-стратосферного
электронов и ионов, химический со- лидара ИСЗФ СО РАН ИСЗФ СО РАН
став верхних слоев атмосферы, скоро-
сти дрейфа плазмы в ионосфере. Иссле- Нагревной стенд, который разместит-
дования высотно-временной структу- ся в 65 км к северу от г. Иркутска, будет
ры волновых возмущений с помощью осуществлять воздействие на ионосферу
НР-МСТ радара позволят установить мощным коротковолновым радиоизлу-
картину взаимодействия нижних слоев чением. Он позволит создавать практи-
атмосферы с ионосферой, восстановить чески лабораторные условия контроли-
поле нейтрального ветра во всей толще руемого воздействия на ионосферную
исследуемых высот.
Важная часть исследований, плани-
руемых на этой установке – изучение
результатов активного воздействия на
ионосферу с помощью мощного корот-
коволнового излучения. Кроме того,
радар сможет осуществлять контроль
околоземного космического простран-
ства, выполнять радионаблюдения низ-
коорбитальных космических аппаратов
и объектов космического мусора. Уста-
новка будет применяться и для изуче-
ния особенностей циркуляции воздуш-
ных масс над котловиной озера Байкал
и его окрестностями, а также для эко-
логического мониторинга атмосферы
в Восточной Сибири.
Проект системы когерентных высокочастотных радаров вблизи озера Байкал
Земля и Вселенная, 4/2020 43
плазму для изучения всего спектра не- Помимо того, в Иркутске предсто-
линейных явлений в этой среде. Область ит построить новый корпус для Центра
воздействия на ионосферу будет покры- управления Национального гелиогеофи-
ваться самой современной и всеобъем- зического комплекса (НГК) РАН. Центр
лющей системой диагностики, включа- будет координировать наблюдения на
ющей упомянутые выше систему рада- разных установках комплекса, а также
ров, лидар и комплекс современных оп- хранить и обрабатывать поступающие
тических инструментов. данные. В 2023 г. он должен быть вве-
ден в эксплуатацию. Стоимость проекта
Геофизическая обсерватория в Тун- составляет 25 млрд рублей. В настоящее
кинской долине в настоящее время ос- время развернуты работы по проекти-
нащается новым комплексом оптиче- рованию и изготовлению новых науч-
ских инструментов, которые позволят ных инструментов. Научным руководи-
вести мониторинг параметров атмо телем работ назначен академик Г. А. Же-
сферы, включая ее верхние слои – мезо ребцов, во многом, по инициативе кото-
сферу и термосферу. В комплекс входят: рого план создания НГК РАН на наших
интерферометр Фабри–Перо, широко- глазах становится реальным.
угольная камера для наблюдений све-
чения ночного неба в различных спек- Коллектив ИСЗФ СО РАН встреча-
тральных диапазонах, комплект спек- ет свое шестидесятилетие напряжен-
трографов для измерения вариаций ин- ным трудом. Начинается новый, чрез-
тенсивности различных спектральных вычайно интересный и ответственный
линий, чувствительные фотометры. этап развития института. Новые уста-
Ввод нового оборудования и нового новки Восточной Сибири обещают пе-
корпуса обсерватории в эксплуатацию редовые и важные результаты в облас
ожидается в течение ближайшего года. ти солнечно-земной физики.
44 Земля и Вселенная, 4/2020
Астрофизика
ПЕРЕМЕННАЯ ЗВЕЗДА СОЛНЦЕ
И ЕГО МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
ГРИГОРЬЕВ Виктор Михайлович, экземпляры магнитографа полного
вектора для шести обсерваторий СССР
член-корреспондент РАН и дружественных ГДР и Чехословакии,
что стимулировало прогресс исследо-
ГОЛОВКО Алексей Алексеевич, ваний и научные обмены в данной об-
ласти. В дальнейшем создание Солнеч-
кандидат физико-математических наук ного Телескопа Оперативных Прогно-
Институт солнечно-земной физики СО РАН зов и установка его экземпляров на
Саянской и Байкальской обсервато-
DOI: 10.7868/S0044394820040052 риях ИСЗФ, Горной астрономической
станции ГАО в Кисловодске и на Уссу-
В Институте солнечно-земной фи- рийской солнечной станции – явилось
зики СО РАН, отмечающем в этом хорошей инициативой для создания
году 60-летие, работает большой сла- новой современной «службы Солнца».
женный коллектив специалистов по О некоторых достигнутых научных ре-
физике Солнца и солнечно-земных зультатах коллектива рассказывается
связей. Одним из его научных на- в этой статье.
правлений является изучение глав-
ной причины наблюдаемых явлений 45
солнечной активности – магнитных
полей. В развитие этого направления
вложил много сил член-корреспон-
дент РАН Владимир Евгеньевич Сте-
панов. Приняв эстафету в создании
все совершенствующихся солнечных
магнитографов, иркутские «солнечни-
ки» совместно с опытным производ-
ством в советское время изготовили
Земля и Вселенная, 4/2020
а b c
200 200 100
X(n + 1) 100 50
100 0
0 –50
0 –100 –100
0 100 200 300 –100 0 100 200 –100 –50 0 50 100
X(n) X(n) X(n)
d e
5,0 100
2,5 50
X'(n) 0,0 0
–2,5 –50
–5,0 0 100 200 –1000 2000 4000
–100 X(n)
X(n) g
f 0,5
4
X'(n) 2 0,0
0
–2 –0,5
–4 –1,0
50 100 150 200 0 5 10 15 20
X(n) X(n)
Псевдофазовые портреты глобальных индексов солнечной активности (временной
ряд ежедневных чисел Вольфа – RW(t), суммарная площадь групп пятен – SA(t),
поток радиоизлучения на волне 10,7 см – F10,7 (t) и модуль общего магнитного поля Солнца –
|SMMF(t)|): a – временного ряда RW; б – квазирегулярной составляющей RW; в – нерегулярной
составляющей RW. Фазовые портреты временных рядов: г – RW; д – SA; е – F10,7; ж – |SMMF|.
На графиках обозначено: xn – координата точки в фазовой плоскости (x, x′) (точка – значение
того или иного глобального индекса солнечной активности в какой-то момент времени),
x′ – скорость перемещения точки
46 Земля и Вселенная, 4/2020
СОЛНЕЧНЫЙ ЦИКЛ активных областей. Квазирегулярная
структура переменности Солнца про-
Солнце является переменной звездой, является на временных масштабах бо-
и природа ее переменности представ- лее 2 лет, обладает нелинейными и ква-
ляет собой основную проблему сол- зипериодическими свойствами и ведет
нечной физики в ее фундаментальном себя подобно нелинейному осциллято-
значении для астрофизики и приклад- ру с фрактальной размерностью око-
ном – для прогноза и предупрежде- ло 2, обнаруживая признаки переме-
ния об опасных явлениях в околозем- жающегося хаоса1. Поэтому теоретиче-
ном космическом пространстве и в ат- ские модели, основанные на детерми-
мосфере Земли. Переменность Солнца нистском подходе, способны в общих
характеризуют глобальные параметры чертах описать только квазирегуляр-
Солнца как звезды: светимость, число ную составляющую солнечной пере-
солнечных пятен, напряженность сред- менности.
него магнитного поля, поток радио-
излучения на частоте 2800 МГц, поток ПРИРОДА ГЛОБАЛЬНОГО
излучения в ультрафиолете и рентгене, МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛНЦА
форма и структура солнечной короны.
Наиболее известной шкалой солнеч- Если бы на Солнце действовали толь-
ной переменности является 11-летний ко ядерные и гравитационные силы, то
цикл солнечной активности (ЗиВ, 1992, общая картина его эволюции отража-
№ 1; 2001, № 2; 2011, № 1). Он характе- ла бы постепенную диссипацию тепло-
рен такими явлениями, как: солнечные вой энергии, лишь иногда нарушаемую
пятна, факелы, вспышки, корональные взрывными процессами. Возмутите-
выбросы массы; их количество и ча- лем спокойствия и причиной перемен-
стота появления изменяются со вре- ности является магнитное поле. Энер-
менем. Изменения этих глобальных гия, выделяющаяся внутри Солнца, вы-
параметров со временем демонстри- зывает конвективные и турбулентные
руют сложную структуру на различ- движения в его внутренних слоях. Эти
ных временных масштабах, кажущую- движения плазмы действуют подобно
ся хаотической. Применение методов динамо-машине. Магнитные поля, ув-
нелинейной динамики – фрактально- лекаемые движениями плазмы, растя-
го и кластерного анализа – к времен- гиваются, изгибаются, усиливаются.
ным рядам глобальных индексов сол- Механическая энергия преобразуется
нечной переменности позволило выде- в энергию магнитного поля. Для дейст
лить нерегулярные и квазирегулярные вия динамо на Солнце необходимы два
составляющие этих рядов, исследовать условия: вращение и наличие достаточ-
их с войства. но глубокой конвективной зоны. Диф-
ференциальное вращение в конвектив-
Солнечная переменность имеет слу- ной зоне, при котором экваториальные
чайную природу на временном отрез- области вращаются быстрее, чем высо-
ке до 2 месяцев, от 2 месяцев до 2 лет коширотные, вытягивает полоидальное
переменность имеет характер флик- магнитное поле (направленное вдоль
кер-шума (электронный шум, его линий, проходящих через полюсы сфе-
источниками могут быть неоднородно-
сти в проводящей среде), что указывает 1 S alakhutdinova I.I. Solar Physics. 1999.
на действие механизма самоорганиза- V. 188. P. 377.
ции при формировании долгоживущих
47
Земля и Вселенная, 4/2020
ΦN, *1023 Mx 1950 2000 2050 2100 2150
23 24
6 a
4 N4
2 S3 S4
90
60
b
30 N1
N3
Latitude 0
N2
S1 S2
–30
ΦS, *1023 Mx–60
–906
4 c
2
2000 2005 2010 2015 2017
Графики изменений магнитного потока (в Максвеллах) в северном и южном полушариях
Солнца (a, c), широтно-временное распределение магнитных полей в 23-м и 24-м циклах.
По осям абсцисс указано время в кэррингтоновских оборотах (сверху) и в годах (снизу).
Магнитные поля положительных и отрицательных полярностей указаны в синем и красном
цветах (b). Черным окрашены зоны интенсивного пятнообразования (N1-N4, S1-S4), зональная
плотность магнитного потока которых превышает 27 Гс. Униполярные магнитные поля,
дрейфующие к полюсам Солнца, отмечены стрелками. Желтыми контурами показаны
области частого появления корональных дыр, долгоживущие полярные дыры отмечены
желтыми пятнами. Результат Е.М. Голубевой и А.В. Мордвинова
рической системы координат) и на- дит к развитию нелинейной теории ди-
матывает его силовые линии вокруг намо. Большой вклад в развитие такой
оси Солнца. Таким способом из поло- теории был сделан в ИСЗФ СО РАН, где
идального магнитного поля образует- создана реалистическая модель дина-
ся тороидальное, которое постепен- мо, включающая не только уравнения
но усиливается. Циклонические вихри генерации магнитных полей, но и опи-
в конвективной зоне регенерируют из сывающие закон вращения конвектив-
тороидального магнитного поля (поло- ной оболочки с учетом влияния маг-
идальное поле противоположного зна- нитных полей на источники дифферен-
ка). Так, в общих чертах, теория солнеч- циального вращения.
ного динамо описывает циклическое
изменение магнитного поля Солнца. Наша модель описывает закон диф-
ференциального вращения Солнца, ко-
Магнитное поле, усиленное неодно- торый удовлетворительно воспроизво-
родным вращением, в свою очередь, дит основные особенности изменения
оказывает влияние на дифференциаль- вращения внутренних слоев Солнца,
ное вращение. Учет влияния магнитно- полученные из наблюдений метода-
го поля на движение вещества приво- ми гелиосейсмологии (ЗиВ, 1983, № 3;
48 Земля и Вселенная, 4/2020
The words you are searching are inside this book. To get more targeted content, please make full-text search by clicking here.
2020_04
Discover the best professional documents and content resources in AnyFlip Document Base.
Search