Чем занимается институт
Астрофизический институт был основан в 1941 году Василием Григорьевичем Фесенковым и с 1989 года носит его имя. Основанием создания стало наблюдение солнечного затмения 21 сентября 1941 года, в составе экспедиции были астрофизики из Москвы и Санкт-Петербурга.
Здание института было построено после Второй мировой войны пленными японцами. Оно находится на территории Алматы на Каменском плато на высоте 1450 метров над уровнем моря. Институт занимается астрономическими наблюдениями, теоретическими исследованиями и компьютерным моделированием.
Для проведения астрономических наблюдений у института есть три стратегически важных базы, расположенные в горах вокруг Алматы. Одна из них — на Каменском плато. Наши корреспонденты побывали на этом историческом объекте и побеседовали с сотрудниками института.
Мы познакомились с одним из молодых и ведущих научных сотрудников института Виталием Кимом, который работает здесь уже шесть лет. По его словам, на территории наблюдательной базы на Каменском плато расположены четыре телескопа, на которых проводятся наблюдения галактик, звезд, планет и геостационарных спутников. Однако в настоящее время научные наблюдения проводятся только на одном из этих телескопов, и то достаточно редко из-за неблагоприятной экологической ситуации в городе. Остальные телескопы используются преимущественно для экскурсионных программ.
— Основные наблюдения у нас проводятся в Тянь-Шаньской астрономической обсерватории, расположенной вблизи Большого Алматинского озера, где работают два телескопа, а также в обсерватории Ассы-Тургень имени академика НАН РК Тукена Омарова, находящейся примерно в 100 км от Алматы. Здесь функционирует шесть телескопов, и площадка продолжает расширяться. Здесь также другие научные институты устанавливают свои телескопы для наблюдений в рамках сотрудничества с нами, — поясняет Виталий Ким.
Астрономические наблюдения в институте сосредоточены на изучении процессов на Солнце, атмосферах планет-гигантов, мониторинге спутников Земли и астероидов, а также на исследовании комет, межзвездной среды, туманностей и активных галактик. Теоретические исследования охватывают звездную динамику, небесную механику, космологические модели Вселенной, а также изучение темной материи и темной энергии.
— В целом институт охватывает широкий спектр исследований в области астрономии. Мы проводим наблюдения как объектов ближнего космоса — космического мусора, спутников Земли, астероидов и комет, так и объектов дальнего космоса, таких как переменные звезды, активные ядра галактик и другие, — добавил специалист.
Он пояснил, что ученые института исследуют астероидно-кометную опасность, то есть угрозу столкновения Земли с малыми телами Солнечной системы — астероидами, кометами и метеороидами. Также здесь проводятся наблюдения за искусственными спутниками, включая отслеживание космического мусора и опасность сближений. Все эти исследования ведутся в рамках международного сотрудничества с группами из Великобритании, США, Франции, Южной Кореи и России.
— К нам приезжают ученые из разных стран для проведения наблюдений. Например, в обсерватории Ассы-Тургень установлен телескоп Назарбаев Университета. С помощью этого оборудования группа ученых, возглавляемая Джорджем Смутом — лауреатом Нобелевской премии по физике, проводит исследования, — добавил Виталий Ким.
Состав института омолодился
Виталий Ким с детства интересуется астрофизикой и строением звёзд. Он обучался в Томске и Санкт-Петербурге, где специализировался на астрофизике и звёздной астрономии. С 2019 года работает в Астрофизическом институте, где занимается исследованиями рентгеновских пульсаров, нейтронных звёзд, массивных двойных систем, аккреционных процессов и эволюции звёзд.
— Я являюсь одним из основных наблюдателей на обсерватории Ассы-Тургень, где работаю на телескопе АЗТ-20. Также я занимаюсь программированием. Сейчас у нас реализуется проект виртуальной обсерватории — это предоставление наших наблюдательных данных через интерфейсы, заказ наблюдений. Я являюсь разработчиком, который поддерживает деятельность нашего веб-портала. Еще одно мое направление — это теоретическая астрофизика высоких энергий, — рассказал Виталий.
Помимо него в институте работают и другие молодые ученые. Он отмечает, что состав института значительно омолодился за последние пять лет, и это стало возможным благодаря созданию хороших условий для работы, поддержке со стороны государства и развитию научной инфраструктуры. Виталий также подметил важную перемену: если ранее специалисты уезжали за границу в поисках возможностей, то теперь многие возвращаются в Казахстан, чтобы продолжить свою деятельность в родной стране.
Одним из тех, кто получил образование за рубежом и вернулся на родину, является Денис Юрин. Молодой учёный, родом из небольшого села недалеко от Талдыкоргана, завершил обучение в одном из вузов в Алматы, а затем продолжил учёбу в Германии. Сегодня он возглавляет отдел теоретической астрофизики в институте. По его словам, в учреждении работает около 60 исследователей, и многие из них — молодые специалисты. Денис отмечает, что подготовку таких кадров в Казахстане ведут несколько университетов.
Адель Умирбаева — ещё один молодой специалист, занимающаяся исследованием архивных астрономических данных, программированием и обработкой астрономических пластин. Она является младшим научным сотрудником лаборатории физики звезд и туманностей. Успешно реализовала проект по созданию цифровой библиотеки, оцифровав снимки звёздного неба (негативы), полученные с помощью астрографов и телескопов.
— С наступлением цифровой эпохи было необходимо оцифровать эти данные, чтобы сравнивать их с современными изображениями, отслеживать изменения в движении и эволюции астрономических объектов, — поясняет она.
Сегодня Адель совместно с коллегой работает над созданием виртуальной обсерватории. Они разрабатывают программы, позволяющие использовать архивные данные с помощью современных технологий. Кроме того, Адель занимается исследованием молекулярных облаков, поляризацией в инфракрасном диапазоне, изучением магнетаров и нейтронных звёзд, а также программированием с использованием больших данных.
— У нас есть большая база данных, в которой хранятся наши наблюдательные исследования, полученные с помощью наших телескопов. Эти данные сейчас доступны в цифровом формате, и мировое сообщество имеет к ним доступ. Ученые из разных стран, которые не имеют возможности наблюдать с нашей точки, могут использовать наши данные через виртуальную обсерваторию. И, конечно, мы можем получать данные от них. Астрономия — это большое сообщество, и для нас весь земной шар важен. Каждая точка на планете — это потенциальная точка для наблюдения. Это открывает для нас новые возможности для поиска различных объектов и их наблюдения, — сказала она.
Поддержка государства
Денис Юрин отметил, что не каждая страна может похвастаться наличием Астрофизического института, и Казахстан в этом плане опережает своих соседей по Центральной Азии. На сегодняшний день государство уделяет большое внимание развитию науки астрономии и астрофизики.
— Государственное финансирование в нашей стране осуществляется через систему грантов и программы целевого финансирования для научных организаций. Астрономия и астрофизика всегда включены как одно из ключевых направлений развития науки, — добавил он.
Заместитель директора по научно-исследовательской работе Астрофизического института имени В. Г. Фесенкова Рашит Валиуллин сообщил, что институт на конкурсной основе получает финансирование на три года, что позволяет провести необходимые исследования и опубликовать научные работы. В настоящее время реализуется четыре программы, также предоставляются гранты учёным для проведения исследований и реализации научных проектов.
Телескопы
В обсерватории на Каменском плато располагаются четыре телескопа, на которых ведутся наблюдения различных астрономических объектов, таких как галактики, звёзды, планеты и геостационарные спутники:
АЗТ-8 с диаметром зеркала 700 мм — используется для наблюдений искусственного спутника Земли, активных ядер галактик и планетарных туманностей.
Цейс-600 — проводятся спектрофотометрические наблюдения планет.
50-сантиметровый рефлектор Герца — предназначен для абсолютной спектрометрии, был получен в результате репараций из Германии после войны. В настоящее время нуждается в ремонте и используется преимущественно для экскурсионных целей.
Светосильный менисковый телескоп Максутова АСИ-2 — используется для изучения тонкой структуры газопылевых туманностей. Это первый телескоп системы Д. Максутова, установленный в СССР. Именно на этом телескопе учёным Климу Чурюмову и Светлане Герасименко в сентябре 1969 года удалось открыть комету Чурюмова-Герасименко.
В обсерватории на высокогорном плато Ассы-Тургень регулярные наблюдения начались в 1981 году с использованием телескопа «Zeiss-1000», который работает здесь и по сей день. Здесь также есть телескопы RC-500 с диаметром зеркала 508 мм, CDK-700 с диаметром зеркала 700 мм. Также на обсерватории установлен крупнейший телескоп в Казахстане — АЗТ-20 с диаметром зеркала 1560 мм.
— Этот длиннофокусный телескоп изначально был предназначен для наблюдений за планетами. Но мы переоборудовали его для узкого круга задач, установив устройства, которые уменьшают фокусное расстояние, делая телескоп более широкоугольным. Это увеличивает поле зрения, и теперь мы можем одним снимком зафиксировать множество звёзд и галактик. Сейчас этот телескоп многозадачный — мы даже наблюдаем искусственные спутники, — рассказал Денис Юрин.
Денис Юрин отметил, что обсерватория Ассы-Тургень обладает лучшими астроклиматическими условиями в Казахстане. Здесь можно получить очень высокое угловое разрешение, благодаря высокой прозрачности атмосферы, отсутствию светового загрязнения и минимальной турбулентности воздушных масс. Эти факторы делают обсерваторию идеальным местом для задач наблюдательной астрофизики. В настоящее время многие научные организации из Китая, Польши, России и других стран выражают заинтересованность в установке своего оборудования на инфраструктуре этой обсерватории.
Он ранее рассказал, что Казахстан работает над созданием астрономического исследовательского хаба, который будет способствовать расширению международного сотрудничества. Это поможет оптимизировать использование технических ресурсов, расширит возможности наблюдений и стимулирует научный обмен, что, в свою очередь, позволит более эффективно решать сложные научные задачи.
Тянь-Шаньская астрономическая обсерватория была основана летом 1957 года в рамках программы Международного геофизического года как постоянная высокогорная экспедиция ГАИШ МГУ. В 1994 году обсерватория перешла под управление Астрофизического института имени В. Г. Фесенкова. В 2007 году была проведена её капитальная реконструкция, а в 2014 году завершилась модернизация телескопов. На сегодняшний день в обсерватории установлены телескопы Цейс-1000 и АЗТ-14.
Виталий Ким объяснил, что каждый телескоп разрабатывается с учетом конкретных научных задач и является уникальным. Однако для его полноценной работы требуются дополнительные компоненты, такие как камеры, павильоны для установки и техническое оборудование. Поэтому стоимость каждого телескопа может достигать десятков тысяч долларов.
— В планах института есть строительство крупных телескопов. К примеру, мы рассматриваем проект установки телескопа с диаметром зеркала 3,6 метра, который позволит получать более детализированные изображения процессов в глубоком космосе. На данный момент самым крупным телескопом в Казахстане является АЗТ-20, который также является одним из крупнейших в Средней Азии, — добавил он.
На сегодняшний день в Казахстане разработана программа создания сети телескопов для развития национальной системы космической ситуационной осведомленности. В рамках этой программы в будущем планируется проводить наблюдения не только в казахстанских обсерваториях, но и в обсерваториях других стран, например, в Чили.
Серверная
В здании института также имеется серверная комната. В современном мире ученые активно используют компьютеры для научных исследований, а именно — вычислительные технологии. Астрофизики сегодня могут создавать компьютерные модели, симуляции и виртуальную реальность, чтобы моделировать движение галактик и экспериментировать с небесными объектами.
— Наряду с телескопами высокопроизводительные компьютеры стали важным инструментом для изучения реальности. Создавая компьютерные симуляции астрофизических объектов, мы проверяем наши теории. Если результат моделирования совпадает с наблюдениями на небе, это подтверждает, что мы правильно интерпретируем данные. Мы сравниваем результаты и, если находим расхождения, стараемся понять их причины. Через компьютерное моделирование мы получаем глубокое понимание множества стратегических процессов в астрофизике, — отметил Денис Юрин.
Научные наблюдения и эффект Кесслера
Денис Юрин рассказал, что астрофизики Института проводят множество исследований в сотрудничестве с учеными из разных стран. Одним из таких примеров является исследование гравитационных волн — нового типа астрономических явлений.
Гравитационные волны, предсказанные Альбертом Эйнштейном в 1916 году, были впервые экспериментально обнаружены в 2015 году с помощью обсерватории LIGO, которая зафиксировала сигнал от слияния двух чёрных дыр. Это открытие принесло Нобелевскую премию по физике в 2017 году.
— С помощью специальных детекторов мы фиксируем эти явления, определяя направление и изучая, что произошло и где это случилось. Это очень важная и масштабная тема. Когда зафиксирована гравитационная волна, мы можем определить, откуда она пришла, что взорвалось и что её вызвало. Когда была зафиксирована первая гравитационная волна, мы сразу получили сигнал, и все телескопы направились к этой точке для наблюдений. Мы также участвовали в этом процессе, вместе с десятками обсерваторий по всему миру. Наши исследования были опубликованы в одном из ведущих научных журналов, — сказал он.
Он также добавил, что астрофизики занимаются сопровождением искусственных спутников Земли. Казахстан имеет свою спутниковую группировку, находящуюся на геостационарной орбите, например, KazSat-3, которая была запущена в 2014 году с Байконура.
— Геостационарная орбита насыщена, там много других аппаратов. Мы должны отслеживать их расположение, чтобы предотвратить возможные столкновения, поскольку спутники находятся в движении. Для этого мы наблюдаем за аппаратами с Земли через телескопы. У нас реализуется программа «Система ситуационной космической осведомленности», которая включает в себя наблюдения и сотрудничество для предотвращения столкновений не только между спутниками, но и с космическим мусором, — пояснил он.
Космический мусор возникает в результате запусков ракет и спутников людьми. Когда аппараты выходят из строя, они становятся отходами, которые остаются в космосе. С каждым годом эта проблема усугубляется, и мусора становится всё больше. Денис Юрин отметил, что недавно на геостационарной орбите, на высоте около 40 тысяч километров над Землей, взорвался американский коммерческий спутник связи Intelsat 33e. В результате взрыва образовалось около тысячи обломков, которые заполнили орбиту, создавая угрозу для других спутников.
— Сейчас ученые активно ищут решения для очистки космического мусора. Но геостационарная орбита расположена так высоко, что объекты с неё сами по себе не падают. На высоте 40 тысяч километров нет атмосферы, и всё, что попадает туда, остается на орбите навсегда. Геостационарная орбита имеет своё преимущество: аппараты на ней вращаются с такой же скоростью, как и поверхность Земли, что очень удобно. Поэтому все стремятся разместить свои спутники именно там, а места на орбите всё меньше, — пояснил он.
Из-за увеличения числа спутников на орбите Земли и их неизбежного устаревания возрастает риск возникновения эффекта Кесслера.
— Это явление происходит, когда один аппарат, взорвавшись, распадается на сотни обломков, которые начинают сталкиваться с другими спутниками, разрушая их. В результате запускается цепная реакция, при которой разрушения множатся, и может произойти лавина разрушений. Если такой гипотетический сценарий станет реальностью, то мы можем потерять всю связь и коммуникацию. Поэтому сопровождение спутников крайне важно. Все спутники приносят нам большую пользу. Наша задача — наблюдать за космосом, звездами, планетами, скоплениями галактик, и пытаться внести свою лепту в понимание того, как всё это появилось, — отметил Денис Юрин.
Стоит отметить, что Астрофизический институт имени Василия Фесенкова с 2012 года является членом Международного Астрономического Союза. Также он входит в региональное подразделение по развитию астрономии в Юго-Западной и Центральной Азии (SWCA ROAD).
Ранее сообщалось о том смогут ли казахстанцы давать звездам свои имена.