Интервью
Дмитрий Вибе (ИА РАН) об астрофизических измерениях
Научное знание копится веками. В стремлении постичь мир ученые строят гипотезы и теории, проектируют и воплощают в жизнь сложнейшие научные установки. В естественных науках все можно проверить экспериментом. Практически весь мир (условно, конечно) можно поместить в научной лаборатории. Именно здесь решаются проблемы медицины, физики, химии, биологии, генетики и других наук. Но есть нечто, что никогда не поместится ни в одну лабораторию мира. Это — наша Вселенная. «Эксперименты» с ней может проводить только сама природа, а человеку остается лишь наблюдать за этим процессом.
Астрономия, наука о строении, развитии и структуре небесных тел и Вселенной, стоит особняком среди естественных наук, так как ей недоступны прямые эксперименты, и строить свои теории она может, лишь отталкиваясь от наблюдательной базы. Тем не менее мы знаем, что такое звёзды, как движется межзвёздное вещество, почему и как Вселенная расширяется и другие, немыслимые для обывательского понимания вещи.
На чем основано это знание? Насколько оно надёжно и обоснованно? На что опирается астрономический научный аппарат? О методах астрофизических измерений мы разговаривали с доктором физико-математических наук, ведущим научным сотрудником Института астрономии РАН Дмитрием Вибе.
- Дмитрий Зигфридович, насколько обоснованно сегодня разделение астрофизики на наблюдательную и теоретическую?
- Это разделение присуще всем естественным наукам, и астрономия (астрофизика) — не исключение. Общий принцип работы незыблем: наблюдатель при помощи телескопов собирает информацию, теоретик при помощи моделей пытается понять, что она означает. При этом современный телескоп — это устройство, очень сложное в технологическом плане, и без должной квалификации невозможно ни составить план наблюдений, ни провести их, ни обработать потом результаты.
Астрофизические модели также очень сложны, поскольку моделировать приходится очень сложные реальные объекты. Поэтому даже в простой модели зачастую сочетаются в той или иной степени чуть ли не все отрасли современной физики. Поэтому быть одновременно и хорошим наблюдателем, и хорошим теоретиком одному человеку невозможно. С другой стороны, конечно, наблюдатель должен иметь представление о теоретических моделях (чтобы наблюдать то, что нужно для их подтверждения или опровержения, а не то, что удобно наблюдать), а теоретик должен иметь представление о возможностях современных телескопов (чтобы результатом моделирования была не красивая анимация, а реально проверяемое предсказание).
- 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
