Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 45

- Астрономия вообще и, в частности, астрофизика, развивается стремительнее многих других наук. С чем это связано? Что является двигателем прогресса в этой науке?

- Двигателем прогресса в астрофизике, как ни скучно это прозвучит, является развитие технологий. За последние несколько десятилетий (начиная, скажем, с середины прошлого века) астрофизическая картина мира претерпела кардинальные изменения. При этом собственно физическая основа астрофизических моделей за это время проэволюционировала не столь значительно. До сих пор в профессиональной литературе в ходу имена Кеплера, Ньютона, Эйлера, Максвелла... Но вот техника наблюдений и моделирования изменилась неимоверно. Соответственно, грандиозно вырос объём информации о Вселенной, которую мы в состоянии получить и обработать. Главное достижение состоит, пожалуй, в том, что у нас появилась возможность проводить наблюдения во всём диапазоне электромагнитных волн — от гамма-излучения до радиоволн. Да и компьютерная техника заметно «подросла». Первые численные модели астрофизических процессов в 1960-е годы выполнялись на компьютерах, которые в современном мире по мощности могли бы конкурировать разве что с мобильниками.

Если же говорить более конкретно, то большой вклад в развитие астрофизики внесла гонка вооружений. Многие численные гидродинамические модели, физические базы данных попадали в астрофизику из Лос-Аламоса и других подобных учреждений. Не для астрофизических нужд разрабатывались изначально такие прорывные технологии, как адаптивная оптика и детекторы жёсткого излучения. Некоторые важные астрофизические явления и объекты (гамма-всплески, инфракрасные тёмные облака) были обнаружены при помощи военных спутников.

- Каждая наука имеет свою методологию. Какие есть особенности у методологии астрофизики?

- Можно, пожалуй, выделить две ключевые особенности: невозможность проведения запланированного эксперимента и возможность наблюдения исследуемых объектов только с одной стороны. Физик (как правило) имеет возможность так построить эксперимент, чтобы в нём наиболее выпукло проявлялся какой-то специфический процесс. В астрофизике эксперимент ставит Природа, которая нимало о нуждах исследователя не заботится. Допустим, физик хочет в деталях исследовать колебания маятника. Он сделает его из немагнитного материала, поместит на жёстком подвесе в суперизолированное помещение, откачает воздух, поставит десять камер, чтобы следить за маятником с разных ракурсов. В астрофизике тот же маятник будет сделан из материала с неизвестными магнитными свойствами, помещён в магнитное поле, подвешен на резинке, с одной стороны на него будет налетать поток газа, с другой — космические лучи, и наблюдать всё это можно будет только с одной стороны, как правило сбоку в плоскости колебаний.

Ещё один важный фактор — разнообразные эффекты наблюдательной селекции, суть которых сводится к тому, что внимание наблюдателя привлекают, в первую очередь, наиболее яркие и, как следствие, наименее типичные объекты.

Из-за этих ограничений в астрофизике к теоретической интерпретации наблюдений приходится подходить особенно жёстко. В частности, обязательно необходимо проверять, насколько предлагаемое объяснение согласуется с данными из других отраслей астрофизики. Это в общем тоже ложится на учёного дополнительным бременем: он не может позволить себе разбираться только в своей узкой области.

- В астрономии много разделов, какой из них самый сложный в смысле получения информации?

- Да в общем-то ни один из этих разделов особой лёгкостью не отличается. Но самые значительные сложности, наверное, у космологов. Им приходится иметь дело с очень большим объектом, и для выявления каких-то закономерностей необходимо с высоким качеством наблюдать если не всё небо, то по крайней мере значительные его участки, причём с

использованием космических обсерваторий. Эта задача всё ещё остаётся очень ресурсоёмкой.

- Каким инструментарием обладает астрофизика? Каким образом, наблюдая свет от удаленных звёзд, астрофизики определяют их параметры?

- Практически единственный источник информации о космических объектах — это электромагнитное излучение. Конечно, есть ещё космические лучи и нейтрино, но по информативности они со светом конкурировать не смогут ещё очень долго. Поэтому в основе астрофизического инструментария лежит, с одной стороны, необходимость зарегистрировать электромагнитное излучение, с другой стороны, необходимость понять, как оно было сгенерировано.

К счастью, электромагнитное излучение буквально напичкано информацией. Эта информация зашифрована в виде спектра — распределения энергии излучения по частотам. Общая форма спектра зависит от температуры объекта: чем объект горячее, тем дальше максимум его излучения сдвинут в область больших частот (очень горячие объекты светят в рентгеновском и гамма-диапазонах, очень холодные — в инфракрасном и миллиметровом диапазонах), сдвиг спектральных линий относительно «лабораторного» положения говорит о скорости движения вещества по лучу зрения, ширина спектральных линий — о температуре и плотности вещества. По интенсивности различных линий одного и того же элемента можно определить его содержание и состояние ионизации.

- Предположим, природу звёзд еще можно постичь. А как быть с более абстрактными явлениями, такими, как кривизна пространства?

- На самом деле, природа звёзд не более и не менее абстрактна, чем природа гравитации. Астрофизика, физика, вообще наука — это очень практическая часть человеческой деятельности, в которой не так много места для абстракций. Во всех случаях мы имеем дело с одной и той же логической схемой: есть наблюдения и есть модель, которая их объясняет. Свойства звёзд удаётся объяснить, исходя из предположения, что в их недрах происходят термоядерные реакции. Поведение луча света вблизи Солнца или, например, смещение перигелия Меркурия удаётся объяснить, исходя из предположения об искривлении пространства. Оба предположения являются равноправными составными частями общей физической картины Мира.

- Как обнаруживают экзопланеты, ведь они невидимы напрямую?

- Почему же не видны? В некоторых случаях внесолнечные планеты уже удаётся наблюдать непосредственно. В других случаях (их, правда, пока большинство) на помощь приходят косвенные методы, из которых наиболее продуктивны метод лучевых скоростей и метод затмений. В первом методе используется тот факт, что на самом деле не планета вращается вокруг звезды, а звезда и планета вращаются вокруг общего центра масс. Это небольшое движение звезды приводит к тому, что она движется то к наблюдателю, то от него. В результате из-за эффекта Допплера её спектральные линии смещаются то в синюю, то в красную область спектра. Эти колебания и выдают присутствие невидимого спутника. Если масса спутника не превышает 13 масс Юпитера, его считают планетой. Правда, метод лучевых скоростей позволяет определить не саму массу, а только её нижнюю границу, точнее, он позволяет определить произведение массы планеты на синус угла между плоскостью её орбиты и небосводом.