100 великих научных достижений России - Виорель Ломов

Физик, астрофизик; профессор МФТИ и почетный профессор 20 ведущих университетов и институтов мира, член 20 зарубежных академий и научных обществ, академик АН СССР (РАН); главный научный сотрудник Института космических исследований РАН, директор астрофизического отделения Института Макса Планка в Гархинге (Германия); руководитель нескольких международных космических проектов; главный редактор журналов «Письма в Астрономический журнал» и «Astrophysics and Space Physics Reviews»; лауреат 17 отечественных и международных наград, в том числе Государственной премии РФ и премии Крафурда по астрономии Королевской АН Швеции (аналог Нобелевской) – Рашид Алиевич Сюняев (род. 1943) написал 1400 персональных и коллективных работ (данные SAO/NASA ADS) по теоретической астрофизике, космологии, астрофизике высоких энергий, рентгеновской астрономии, космическим исследованиям, взаимодействию вещества и излучения в астрофизических условиях. Несколько фундаментальных открытий ученого: эффект Сюняева – Зельдовича (SZeffect), теория дисковой аккреции (совместно с Н.И. Шакурой) и др. – принадлежат к числу самых цитируемых трудов в области астрофизики.

Р.А. Сюняев не раз возглавлял отечественные и международные коллективы ученых, занимавшиеся астрофизическими исследованиями Вселенной: рентгеновскими, гамма– и прочими наблюдениями с модуля «Квант» комплекса орбитальной станции «Мир», с орбитальной обсерватории ГРАНАТ, с гамма-обсерватории ИНТЕГРАЛ, в рамках международного астрофизического проекта «Спектр-Рентген-Гамма»… Уже свыше 30 лет Сюняев является непререкаемым авторитетом в одном из важнейших разделов астрономии, космологии – физическом учении «о Вселенной как едином целом и о всей охваченной астрономическими наблюдениями области Вселенной как части целого» (БСЭ). Эта наука основывается на системе знаний эпохи, прежде всего – на законах физики и на результатах исследования однородности, изотропности и расширения части Вселенной, доступной для астрономических наблюдений.

Р.А. Сюняев

В фундаменте космологии заложены общая теория относительности, теория поля, внегалактическая астрономия и другие науки. Общепринятой стала модель горячей Вселенной, в которой на ранней стадии развития вещество и излучение имели очень высокую температуру и плотность. Расширение привело к их постепенному охлаждению и образованию атомов, галактик, звезд и других космических тел. Наблюдаемое реликтовое излучение с температурой около 3 °К – это «остывшее» излучение, сохранившееся с ранних стадий развития Вселенной, со времен Большого взрыва. Снижение температуры микроволнового фонового излучения, происходящее при его взаимодействии с массивными объектами получило название эффекта Сюняева – Зельдовича. (Я.Б. Зельдович – академик АН СССР, выдающийся физико-химик.) В терминах астрофизики SZeffect интерпретируют как «изменение интенсивности радиоизлучения реликтового фона из-за обратного эффекта Комптона на горячих электронах межзвездного и межгалактического газа». Приводя еще и формулу изменения радиоизлучения (даже с расшифровкой всех латинских букв), мы вряд ли проясним сущность этого открытия непосвященным:

В этом выражении главным символом является y . Суть же эффекта такова: «Кванты редкого излучения при пролете через галактику, могут получать дополнительный “толчок” от движущихся с высокими скоростями электронов» (А. Тимошенко.) То есть при прохождении фотонов через горячий газ часть их рассеивается на электронах, получая при этом некоторую энергию. Отклонение спектра фотонов от спектра абсолютно черного тела и есть y .

Статья Сюняева и Зельдовича «The observations of relic radiation as a test of the nature of X-ray radiation from the clusters of galaxies», содержащая это открытие, была опубликована в 1972 г.

О «практическом» применении эффекта Сюняева – Зельдовича можно найти сообщения в астрофизических журналах, в пресс-релизах астрофизических центров, на официальных сайтах РОСКОСМОСА и НАСА, в СМИ. То и дело появляются новые сообщения о том, как с использованием этого эффекта астрономы обнаружили 10 новых скоплений галактик; идентифицировали 20 из 169 подобных скоплений; открыли самое большое из известных скоплений галактик – объект SPT-CL J0546–5345 массой в 800 триллионов Солнц и т. д. Одна из последних публикаций сообщает о необъяснимом природном явлении – движении со скоростью в миллионы км/час под действием неизвестных сил галактик, удаленных от Земли на расстояние 300–2500 млн световых лет. Попутно говорится и об аномальном замедлении системы зондов «Пионер» (автоматических межпланетных станций), летящих за рамки Солнечной системы…

Эффект Сюняева – Зельдовича позволяет определять расстояние до скоплений галактик с горячим межгалактическим газом, постоянную Хаббла, характеризующую темп расширения и возраст Вселенной, измерять скорость движения скопления галактик относительно микроволнового фонового (реликтового) излучения.

Более полная информация о десятках тысяч далеких скоплений галактик по эффекту Сюняева – Зельдовича позволит ученым судить о параметрах нашей Вселенной, даст возможность «уточнить природу “темной энергии” и наблюдать эволюцию темпа расширения Вселенной и постоянной Хаббла».

За это открытие Международный астрономический союз присудил Р.А. Сюняеву важнейшую в мире награду в области космологии – премию Грубера и Золотую медаль (2003), а в 2008 г. ученый был удостоен премии Крафурда Королевской АН Швеции – аналога Нобелевской премии.

Нобелевскую премию теоретикам (особенно советско-российским) присуждать не любят, а вот зарубежные экспериментаторы за подтверждение этого открытия две премии получили.

Не менее важным открытием Сюняева в астрофизике стала «стандартная теория» аккреции (процесс падения вещества на космическое тело из окружающего пространства) на релятивистские звезды, созданная им совместно с астрофизиком Н.И. Шакурой (1972–1973). Это учение является сегодня основой при описании процессов в окрестностях черных дыр и нейтронных звезд.

В 1970 г. у Сюняева и Зельдовича вышла статья «Small-scale fluctuations of relic radiation», в которой ученые «предсказали существование акустических пиков в угловом распределении реликтового излучения». В 1983 г. это явление было обнаружено при наблюдениях, а через 17 лет с его помощью впервые была измерена скорость галактик. Сегодня изучением перемещений галактик занимаются специализированные спутники, обычное радио-, оптические и инфракрасные телескопы.

Мировое значение имеют работы астрофизика, связанные с наблюдением рентгеновских лучей от Сверхновой в Большом Магеллановом облаке 1987А; открытием восьми черных дыр в нашей Галактике и подтверждением описанного Сюняевым механизма засасывания вещества черными дырами (1987–1992); получением формулы Сюняева – Титарчука, описывающей формирование спектров излучения в горячей астрофизической плазме. В 2000 г. Сюняев получил Государственную премию России за результаты наблюдений черных дыр и нейтронных звезд приборами орбитальной обсерватории ГРАНАТ.

Сегодня коллективные работы – залог успеха большинства исследований. У Сюняева много таких трудов: с Я.Б. Зельдовичем и В.Г. Куртом они рассчитали кинетику рекомбинации водорода во Вселенной; с Ю.Н. Гнединым предсказали существование циклотронных линий в спектре излучения рентгеновских пульсаров – нейтронных звезд с сильными магнитными полями; с В.М. Лютым и А.М. Черепащуком предложили оптические методы поиска двойных рентгеновских систем и т. д.

Физика

ВОЛЬТОВА ДУГА ПЕТРОВА

Электротехник, самоучка физик-экспериментатор, лектор; преподаватель курса физики и математики в Академии художеств и во 2-м Кадетском корпусе, заслуженный профессор и заведующий кафедрой физики Императорской медико-хирургической академии, академик Петербургской АН и Медико-хирургической академии, почетный член Эрлангенского физико-математического общества и ряда других ученых обществ; создатель и руководитель физического кабинета; действительный статский советник, Василий Владимирович Петров (1761–1834) является одним из первых русских исследователей в области электротехники и практического применения электричества. Первым в мире наблюдал дуговой разряд и открыл электросварку.

В XVIII–XIX вв. Россия напоминала прихожую, сквозь которую научные открытия проходили в горницу Европы не задерживаясь. Стоило русским ученым вдруг заявить о своем приоритете, Европа каждый раз недоумевала так, точно эти открытия не к ней зашли через переднюю, а от нее вышли в свет. Открытие В.В. Петровым электросварки прекрасно иллюстрирует сей казус. «Трагедия изоляции от мировой науки работ Ломоносова, Петрова и других наших ученых-одиночек и состояла только в том, что они не могли включиться в коллективную работу ученых за границей, так как они не имели возможности путешествовать за границу. Это и есть ответ на вопрос – о причине отсутствия влияния их работ на мировую науку… Работы ученого, происходящие вне коллектива, обычно остаются незамеченными» (П.Л. Капица). Время, а еще больше старания министра просвещения С.С. Уварова, питавшего к Василию Владимировичу за его независимость суждений личную неприязнь, убрали из памяти потомков имя и дела Петрова (не сохранился даже портрет ученого, и была заброшена его могила). Во всяком случае, русские физики, а тем более европейские во второй половине XIX в. не имели никакого представления о великих трудах электротехника. В 1886 г. на глаза одному студенту случайно попалась работа Петрова «Известие о гальвани-вольтовских опытах посредством огромной батареи, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков» (180), о которой тот поведал научной общественности. Русскому ученому был возвращен приоритет открытия электросварки, принадлежавший английскому физику Г. Дэви, который, кстати, вовсе и не претендовал на первенство. Англичанин, хорошо наслышанный об экспериментах Петрова, в 1808 г. лишь повторил их.