Гамма-всплески, марсианский лед и космическая пассионарность: как Россия исследует Вселенную. Интервью с Игорем Митрофановым

— В уже далеком 1984 году, 40 лет назад вы начали работать в институте космических исследований с легкой руки Иосифа Самуиловича Шкловского. Как это было?

— Начать нужно с того, что я питерский, приехал в Москву в 1981 году по приглашению Иосифа Самуиловича. Неожиданному для меня. Я окончил физфак Ленинградского университета, кафедру квантовой механики, и поступил в аспирантуру  самого лучшего, на мой взгляд, физического института страны — питерского Физтеха им. А. Ф. Иоффе. Тогда происходила вторая революция в астрономии. Первая, напомню, датируется серединой XVI — началом XVII века и связана с именами Коперника и  Галилея. 

А тут началась космическая эра, и физики совместно с астрономами смогли выводить свои приборы в космос. Они увидели совершенно новую Вселенную, которую было не видно через атмосферу Земли. Началась рентгеновская астрономия, гамма-астрономия, а эти виды электромагнитного излучения очень близки к ядерной физике, квантовой механике, ко всем этим элементарным частицам. Мое образование в области «квантОв» для новой астрономии очень подходило.

Я работал в секторе Аркадия Захаровича Долгинова, это был сектор теоретической астрофизики. Он и сейчас есть в теоретическом отделе ФТИ им. А. Ф. Иоффе. В то время туда пришло много молодых ребят — тогда был пик интереса к астрофизике. Я там стал работать, и все больше и больше смещаться из теоретической науки, квантовой механики, в сторону экспериментов. Когда в космическом проекте открывается новое астрономическое явление, очень важно не только то, что ты знаешь про его квантовую природу, но также как устроен этот спутник, как он работает, как следует эти данные обработать. Поэтому я стал активно интересоваться экспериментальной рентгеновской и гамма-астрономией. 

— Тогда как раз начали регистрироваться космические гамма-всплески? 

— Да. До сих пор люди до конца не поняли, что это такое, а тогда мы вообще ничего про них не понимали. Причем в то время в институте работала группа Евгения Павловича Мазеца, которая в эксперименте «Конус» получала уникальные данные об этом явлении. Естественно, что я увлекся гамма-всплесками.

В Москве также в области новой астрономии бурлила активная жизнь. Еженедельно проходил ОАС — объединенный астрономический семинар, которым совместно руководили такие светила советской астрофизики, как Виталий Лазаревич Гинзбург, Яков Борисович Зельдович и Иосиф Самуилович Шкловский. Встречались в ГАИШе, потому что это вуз (Государственный астрономический институт им. П. К. Штернберга входит в МГУ им. М. В. Ломоносова. — ред.), свободный вход, пропуска не нужны. Естественно, нам в Питере хотелось рассказать коллегам в Москве, что мы придумали. Поэтому мы часто ездили на эти семинары, именно тогда я лично познакомился с Иосифом Самуиловичем. 

— Какое он на вас произвел впечатление? Говорят, он был эмоциональным человеком.

— Он был очень эмоциональным, но это мне стало понятно значительно позже, когда я начал с ним работать в ИКИ. В формальной обстановке семинара он был довольно сдержан. На что я сразу обратил внимание: у него была, думаю не только в научном плане, но и в житейском, необычная логика мысли. В докладах, да и в личных беседах, им зачастую одновременно обсуждались, переплетаясь, сразу несколько сюжетов, и слушатели даже не догадывались, почему он их решил как-то объединить. И потом вдруг, в выводах, они сходились в единую концепцию. 

— А он эту связь сразу видел? 

— Да, он ее сразу видел. Это на меня произвело сильное впечатление. Шкловский очень любил Питер и тоже часто к нам приезжал из Москвы. Он всегда останавливался в гостинице рядом с Эрмитажем — академия приобрела там несколько огромных коммунальных квартир, и в них устроили академическую гостиницу. Живя там, вблизи Атлантов и Дворцовой площади, он очень любил погулять по замечательным окрестностям питерскими белыми ночами. 

Однажды в один из таких его приездов у нас возникла необходимость с ним посоветоваться. Это был серьезный разговор. В нашем секторе работал выдающийся физик с нетривиальной судьбой Эраст Борисович Глинер. Однажды  ему  коллеги из ГОИ (Государственного оптического института) предложили поучаствовать вместе с ними в создании, ни много ни мало, детектора-интерферометра для регистрации космических гравитационных волн (11 февраля 2016 года коллаборации LIGO и VIRGO объявили об обнаружении гравитационных волн путем их прямого детектирования 14 сентября 2015 года. — ред.). 

— Это очень серьезная тема! 

— Да, и Эраст Борисович позвал меня поработать с ним в этом направлении. И я предложил Эрасту Борисовичу: давайте со Шкловским посоветуемся. Шкловский очень гармонично сочетал опыт теоретических исследований с практикой конкретной экспериментальной работы. Мы напросились на разговор, пришли к нему на Дворцовую и сказали, что пришло время астрономии гравитационных волн: с космическим рентгеном вроде как уже разобрались. 

Шкловский очень интересно с нами поговорил: с одной стороны, он явно не хотел нас отговаривать, с другой — пессимистично высказался, что вряд ли из этого что-то получится, «но можете попробовать». На самом деле, это был первый разговор, в котором я начал понимать, что жизнь теоретика принципиально отличается от жизни экспериментатора. Последняя гораздо интереснее: можно получить что-то неожиданное, но при этом можно очень крупно проиграть. 

— Что же у вас тогда получилось? 

— Естественно, ничего. Мы довольно быстро догадались, что те наши коллеги, которые предложили нам поучаствовать в создании этого телескопа для гравитационных волн, на самом деле думали о том, как бы пополнить свой бюджет. Эта история продолжалась всего полтора-два года. 

И вот как-то весной 1981 года после очередного семинара в ИКИ Иосиф Самуилович позвал меня в холл вблизи его кабинета поговорить. Мы уселись в «красные кресла» — тогда в холлах около лифтов были такие  кресла, старожилы ИКИ их помнят. Шкловский начал без обиняков: «Вы тогда говорили, что хотите изучать гравитационные волны, у вас, естественно, ничего не получилось, а у нас тут в отделе ведутся большие работы по гамма-астрономии…» А у меня тогда уже были статьи по гамма-всплескам, попыткам понять их природу. Иосиф Самуилович продолжил: «Поговорите с Татьяной и переходите в ИКИ ко мне в отдел». Татьяна — моя жена. 

— Как она к этому отнеслась? 

— В процессе разговора Шкловский, тонкий психолог, передумал: «Вы с ней лучше пока не говорите. Вскоре будет всесоюзная астрономическая конференция у вас, в Петергофе, я туда приеду, вы туда ее привозите, я сам с ней поговорю». 

— Так и вышло? 

— Почти. Он ехал в Питер с одним из ИКИшных коллег и в поезде сказал ему, что собирается переводить к себе Митрофанова. И первый человек, которого мы встретили с Татьяной, когда приехали в Петергоф, был этот самый сотрудник. Он тут же подошел к Татьяне и сказал: «Здравствуйте, москвичка…» 

— Какая у нее была реакция? 

— Во-первых, шок: какая же она москвичка? Во-вторых, она сразу же сообразила, что я как-то в этом замешан. Поэтому, пока мы добрались до Иосифа Самуиловича, секрет был уже раскрыт. В итоге согласие жены было получено, и с декабря 1981 года я стал сотрудником отдела Шкловского.

— Что представлял собой этот отдел? 

— Астрофизический отдел Шкловского в Институте космических исследований, с моей точки зрения, был великим отделом. Тогдашняя советская структура академических институтов была такой: в каждом институте были «первый отдел» — это безопасность, «второй отдел» — воинский учет. Так вот, отдел Шкловского был третьим. Директором тогда был Роальд Зиннурович Сагдеев, который одобрил мой перевод в ИКИ РАН. Я стал работать в лаборатории гамма-астрономии, которая тогда делала достаточно большую космическую обсерваторию в гамма-диапазоне, «Гамма-1». Меня назначили теоретиком-интерпретатором: когда эта «Гамма-1» полетит, пойдут данные, они тут же должны обрабатываться и обсуждаться. К сожалению, приборы этой обсерватории после запуска не заработали, и моей основной задачей по-прежнему остались гамма-всплески. 

Четыре года я работал под непосредственным руководством Шкловского. А в 1985 году он скончался. Одна из последних статей Иосифа Самуиловича была написана вместе со мной про природу источников гамма-всплесков. Мы тогда предложили свою гипотезу, но она не подтвердилась. 

— А что вы тогда предложили? 

— У гамма-всплесков есть такое основное свойство: они возникают внезапно, и никто не понимает заранее, откуда они придут. Это сильная вспышка гамма-лучей, которая продолжается от миллисекунд до десятков секунд. Уже потом обнаружили послесвечение: люди увидели после всплеска затухающее свечение в рентгене, в оптическом излучении, даже в радиоизлучении. А тогда, в 1980-е годы, на месте всплеска на небе ничего не оставалось. С другой стороны, энергетика источников всплесков зависит от того, на каком расстоянии они находятся. В рамках науки про пульсары, про источники рентгеновских лучей, про нейтронные звезды все более или менее привыкли, что эти объекты находятся внутри нашей Галактики, а наша Галактика — Млечный Путь — плоская. Поэтому все ожидали, что и гамма-всплески на небе, там, где они произошли, будут концентрироваться ближе к Млечному Пути. 

Это оказалось не так. Они приходили фактически изотропно, со всего неба. Значит, либо источники расположены очень близко — находятся в толщине галактического диска, и поэтому концентрация к Млечному Пути не проявляется, либо, наоборот,  источники расположены очень далеко. 

— Но где? 

— Сейчас уже установлено, что они очень-очень далеко, это, можно сказать, край нашей Вселенной. Но это потом увидели, благодаря наблюдению послесвечений. А тогда таких данных не было.  

— Гамма-всплески — это своего рода сигнальные огни? 

— Да. Причем из-за того что это край наблюдаемой Вселенной, у них гигантская энергетика. За несколько секунд или даже миллисекунд в гамма-лучах излучается энергия, соответствующая тому, как если бы несколько масс Солнца превратились в гамма-лучи. А тогда, в 80-е годы, мы с Иосифом Самуиловичем предположили: если источники всплесков не внутри галактического диска, то, может быть, они в «короне» Галактики? Наша Галактика — это диск, и у него есть протяженная корона: туда после вспышек Сверхновых могут вылететь образовавшиеся нейтронные звезды, которые могут быть источниками гамма-всплесков. Мне до сих пор нравится эта статья: по-моему, идея была красивая. Жаль, что она не подтвердилась. Я считаю Шкловского моим последним учителем, который меня направлял. Дальше у меня уже наступило «свободное плавание». 

— Что было после его смерти?

— Уже в 1984 году наш третий отдел начал распадаться, становился не таким полифоничным. Прежде в отделе были лаборатории, которые проводили космические исследования практически во всех диапазонах электромагнитного излучения: от радиоволн до гамма-лучей. Также в отделе был сектор Игоря Дмитриевича Новикова по теоретической астрофизике. В принципе, такая структура отдела отражала стиль научного творчества самого Иосифа Самуиловича, широту его кругозора. Но в 1984 году в институте был провозглашен принцип тематического структурного устройства. Возник отдел астрофизики высоких энергий, его возглавил Рашид Алиевич Сюняев с участием Зельдовича. Все занимавшиеся рентгеном и гамма-лучами должны были перейти в этот отдел. Я переходить не хотел. 

— Почему? 

— Дело в том, что еще при жизни Шкловского в моей персональной карьере возник новый сюжет: я начал участвовать в эксперименте на борту межпланетного аппарата. В области планетных исследований в ИКИ имело место бурное сотрудничество с французами. Они тогда очень активно летали с нами в космос, в частности на Венеру. Они очень часто сюда приезжали, привозили свой кофе. Здесь у нас в здании, которое называется КИС — контрольно-испытательный стенд, французские коллеги даже устроили свое кафе. Совместно с французами  готовился большой марсианский проект с космическими аппаратами «Фобос-1» и «Фобос-2». Сроки их запуска были намечены на 1988 год.

При этом мне было непонятно, где же гамма-всплески все-таки возникают? Тогда мы не могли делать такие детекторы гамма-лучей, чтобы они увидели, где находится источник вспыхнувшего всплеска. Приборы были всенаправленные. И поэтому возникла идея регистрации всплесков методом «межпланетной триангуляции». Я знал людей, которые это придумали, с одним из них — французом Кевином Орли — активно работал. Идея была в том, что надо установить гамма-детекторы на межпланетные аппараты, и тогда каждый из них в разных точках солнечной системы будет регистрировать всплески немного в разное время. Отсюда можно определить направление прихода гамма-лучей и найти положение источника на небесной сфере. 

Так вот, поскольку наш отдел очень активно взаимодействовал с французами в области планетных исследований, мне было известно, что на борту наших аппаратов «Венера» они устанавливают свои детекторы гамма-всплесков. На борту аппаратов «Фобос» были установлены советские детекторы гамма-излучения ГС-14 для измерения с орбиты собственного гамма-излучения Марса и Фобоса. У меня возникла идея дополнить эти приборы дополнительными блоками, которые бы регистрировали отсчеты от гамма-лучей с детекторов ГС-14 с максимально высоким временным разрешением. Тогда с данными проекта «Фобос» мы сможем принять участие в программе локализации источников гамма-всплесков методом «межпланетной триангуляции». 

— Получилось? 

— За планетные исследования у нас в стране тогда в основном отвечал Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского, поэтому Иосиф Самуилович вначале согласовал мое предложение с директором ИКИ Ренадом Зиннуровичем Сагдеевым, который порекомендовал сделать такой прибор вместе с французами, а потом договорился с Юрием Александровичем Сурковым, руководителем эксперимента ГС-14 из ГЕОХИ, чтобы дополнить эксперимент ГС-14 нашим всплесковым гамма-спектрометром (сокращенно ВГС). Так возник наш совместный эксперимент с Институтом Вернадского в Москве и Центром изучения космической радиации в Тулузе. Улетать мы должны были в 1988 году. 

В рамках тематической реорганизации за тем отделом, который возникал на месте бывшего третьего отдела, была закреплена радиоастрономия, и им руководил Николай Семенович Кардашев. Он был в статусе замдиректора, когда Шкловский меня переводил в Москву. Именно Кардашев ездил со мной в Моссовет, чтобы мне разрешили поменять квартиру в Ленинграде на квартиру в Москве. С этим были некоторые сложности: из Москвы в Ленинград выезжало два человека, а въезжало три: мы с женой и дочка. Таким образом, Николай Семенович лично хлопотал за нас в Моссовете, чтобы нам разрешили такой обмен. 

— В какой же в результате вы пошли отдел? 

— Николай Семенович предложил мне заниматься радиопульсарами, но при этом я должен был бросить мой новый межпланетный эксперимент ВГС в проекте «Фобос». Я этого сделать не смог, и мы фактически стали самостоятельной группой. Именно эта группа, возникшая в 1985 году, стала тем коллективом, который в итоге превратился в нынешний отдел ядерной планетологии. 

— Которым вы и руководите. 

— Именно так. Вот, наконец, я ответил и на ваш исходный вопрос. Первый аппарат «Фобос-1» мы потеряли на межпланетном перелете из-за глупейшей ошибки управленцев. А на втором мы с этими двумя приборами ГС-14 и ВГС  прилетели к Марсу. Прибор Суркова был как фотограф — при пролете над Марсом он включал экспозицию для накопления данных, а у нас было высокое временное разрешение, и пока аппарат пролетал над поверхностью Красной планеты, мы снимали профили переменности потока гамма-лучей, делали как бы кино. Марсианским измерениям с борта нашего «Фобоса» был посвящен специальный выпуск журнала Nature, у нас там была статья. Мы иногда хвастаемся, что первые спектры гамма-излучения Марса были получены нами вместе с Юрием Александровичем Сурковым. Так началась моя вторая научная карьера исследователя планет.

— Почему важно получать гамма-спектры планет? 

— Очень хороший вопрос — о физической сути нашего метода. Космическое пространство заполнено потоком энергичных заряженных частиц — галактическими космическими лучами. Они взаимодействуют с поверхностями небесных тел без атмосферы или с тонкими атмосферами. С Землей не взаимодействуют, потому что есть толстая атмосфера и магнитосфера. А вот Луна, которой я сейчас активно занимаюсь, или Марс — другое дело. У Луны вообще нет атмосферы, а у Марса она очень тонкая. Космические лучи свободно долетают до поверхностей Луны или Марса и взаимодействуют с веществом верхнего слоя поверхности. Оно состоит из различных химических элементов, у каждого элемента — свое ядро. У каждого ядра при ударе заряженной частицы возникают свои возбуждения квантовых энергетических уровней, или оно может даже расколоться с излучением вторичных нейтронов. 

Квантовые уровни — как колокольчики: у каждого уровня свой тон, а у каждого ядра свой набор уровней с разными энергиями. Космические лучи бьют, ядра возбуждаются, излучают гамма-лучи с конкретными энергиями, а наши гамма-спектрометры измеряют спектральные линии гамма-излучения на разных энергиях. А мы уже знаем, какое ядро на каких энергиях излучает свои линии. Измерив интенсивность этих линий и сделав соответствующий анализ, мы можем определить содержание в веществе различных элементов — сказать, сколько там процентов железа, хлора, кремния и т. д. Гамма-спектрометрия — один из классических методов определения состава вещества.

— На Земле его тоже применяют? 

— Да, другие люди и по-другому назначению. В житейской ситуации — это ядерная медицина, в пограничной службе — таможенный контроль. В геологоразведке методом ядерного каротажа можно определить состав вещества вокруг скважины на расстоянии около метра. 

После эксперимента на борту проекта «Фобос» началось постепенное расширение области моей научной деятельности от гамма-всплесков к планетам, но при этом она оставалась связанной с гамма-лучами, с астрофизикой высоких энергий. 

В начале 90-х случилось так, что у нас распался СССР и с нами очень сдружились американцы. Эта глава моей научной биографии могла бы называться Mars together. Французы куда-то пропали, французское кафе закрылось. Мы потеряли СССР, но при этом продолжали космическую деятельность. Страна все еще интересовалась Марсом, и мы продолжали делать унаследованный из советской программы проект «Марс-96».  Американцы начали тогда активно с нами дружить в космосе это было время, когда они летали на нашем «Мире» и мы совместно делали МКС. 

Кстати, эта атмосфера дружбы сыграла большую роль и в той части моей научной карьеры, которая связана с гамма-всплесками: мы с моей группой продолжали их изучать и благодаря этому в 1991 году подружились с ведущей в то время по гамма-всплескам командой Джерри Фишмана из Хантсвилла (США). У него был огромный комплекс для изучения гамма-всплесков БАТСЕ на орбитальной космической обсерватории НАСА «Комптон». На этом спутнике размером с автомобильчик на каждом углу стоял огромный детектор гамма-лучей с высоким временным разрешением. Мы почти половину рабочего времени тратили на изучение данных БАТСЕ. У нас было тесное сотрудничество, по данным БАТСЕ мои ученики защищали диссертации, со многими коллегами из Хантсвилла у нас завязалась дружба.

— Сейчас вы поддерживаете отношения, переписываетесь? 

— Время от времени. Поздравляем друг друга, спрашиваем о делах, делимся научными новостями, политику не обсуждаем. Это считается дурным тоном. 

— Отсутствие международного сотрудничества наносит урон науке? 

— Конечно. И нам, и им. Я очень активно продолжаю работать с теми приборами, которые мы сделали для проектов НАСА много лет тому назад. Сейчас у нас уже более 20 лет летает прибор вокруг Марса, на марсоходе Curiosity работает прибор ДАН с 2012 года. Вокруг Луны сейчас мы также летаем с нашим прибором ЛЕНД на их спутнике ЛРО. Мы сделали хорошие приборы, с них идет хорошая наука, но ничего нового нет и не планируется.

— Они согласны с вами, что политика не должна вмешиваться в науку? 

— Она не может не вмешиваться. Космическая наука — серьезная отрасль с большим финансированием, и неизбежно политические сюжеты на нее влияют. Если бы мы были исследователями шумерской письменности, мы бы, вероятно, не зависели от политических сюжетов. А в космосе, поскольку отрасль очень затратная, безусловно, такая зависимость есть. 

Возвращаясь к тем давним временам, могу сказать, что параллельно с гамма-всплесками продолжилась моя планетная карьера. В проекте «Марс-96» я участвовал с гамма-спектрометром. Американцы делали свой проект Mars observer также с гамма-спектрометром. Их марсианский аппарат до Марса не долетел. У него замерзло топливо, и на последнем этапе перелета в 1993 году он потерпел аварию. Вся американская команда исследователей Марса осталась без хорошего гамма-спектрометра. И я пригласил их в наш эксперимент, чтобы  сделать такой инструмент совместно на нашем «Марсе-96». 

Руководство обоих космических агентств одобрило такое сотрудничество, и мы начали создавать большой полупроводниковый гамма-спектрометр ПГС совместно с ребятами из Лос-Аламоса. Они нам предоставили хорошие детекторы из высокочистого германия, а мы сделали все остальное. Это был некий начальный этап нашего сотрудничества, когда дело дошло до совместного создания конкретного, как мы выражаемся, «железа». С Джерри Фишманом мы  писали совместные статьи, а все «железо» было его. И при совместной работе мы еще больше убедились, что американцы в том, что касается работы, очень похожи на нас. 

— Чем же? 

— Вот конкретный пример. Для ПГС ребята из Лос-Аламоса сделали аналоговую электронику для своих детекторов, а мы — ответную часть электроники для спектрометрии и логическую часть электроники для прибора в целом. Проводим у них в Лос-Аламосе обычную на первом этапе разработки общего прибора стыковку двух блоков — американского и российского. И, естественно, не получается, идут шумы. Их электронщик и наш целый день пытаются как-то что-то заэкранировать, чтобы эти шумы убрать, а уже девять вечера. Мы-то в гостях, нам все равно, а они с семьями, их ждут. Вот они звонят домой, чтобы к ужину их не ждали, и мы едем покупать пиццу. Возвращаемся — вот что я вижу: электронщики разложили все блоки прибора на полу, потому что тогда помех вроде как меньше, и ползают вокруг него на коленках, пытаются найти причину шумов. В итоге к двум часам ночи они ее находят, и мы разъезжаемся. 

Этот прибор ПГС, первый российско-американский планетный прибор, который мы вместе создали, в итоге «Марсе-96» никуда не улетел. Упал где-то в лесах Чили. Но я думаю, что те доклады, которые наши коллеги написали в соответствующие ведомства, дали НАСА основания предполагать, что «с этими русскими» можно что-то путное делать. И поэтому когда они также потеряли Mars observer, приехали в ИКИ со своей программой Mars together, и у нас с ними завязался конкретный разговор. Они сообщили, что будут дальше делать новый марсианский проект, и если мы хотим в нем участвовать, то нужно написать им в НАСА proposal (это такое официальное предложение, что мы готовы при поддержке Российского космического агентства сделать российский прибор для проекта НАСА). Имея опыт общения с ребятами из Лос-Аламоса, мы его быстро написали — предложили сделать нейтронный детектор, который можно будет отправить на одном из их будущих марсианских аппаратов. 

— Почему именно нейтронный? 

— Как я уже говорил, каждое ядро вещества поверхности при ударе заряженной частицей галактических космических лучей звучит немного по-своему, и измерения спектральных линий гамма-лучей можно использовать для оценки содержания каждого элемента. Но это не полная картина. А полная заключается в том, что космические лучи не только возбуждают ядра, они некоторые ядра еще и раскалывают, как орехи, и оттуда вылетают нейтроны. Эти нейтроны также бьют по ядрам. При ударе нейтрона по ядру он иногда поглощается и образует новое ядро, а иногда его возбуждает. Новое или возбужденное ядро испускает гамма-лучи с определенной энергией. Мы его также регистрируем, но теперь, чтобы определить содержание таких ядер, нам нужно знать поток налетающих нейтронов. Если нейтроны ударяют по ядрам часто, то интенсивность гамма-лучей в линии велика, хотя таких ядер там немного. А может быть наоборот — нейтроны ударяют изредка, но зато самих ядер там много. Кстати, когда нейтрон сталкивается с ядром водорода, то образуется дейтерий и фотон гамма-лучей с энергией 2,2 МэВ — его регистрация самый прямой признак наличия в грунте воды, ведь в ее молекуле два ядра водорода.

Поэтому регистрация нейтронов —важная часть ядерно-физических исследований планет, и делегация НАСА предложила нам сделать отдельный прибор для нейтронов, чтобы включить его в состав своего гамма-спектрометра. Сам спектрометр должны были делать физики из университета Тусана в штате Аризона. Получался отличный прибор для гамма-спектрометрии марсианского вещества. 

В Тусане наше предложение вначале рассмотрели скептически и сказали, что вообще-то они могут и сами сделать такой нейтронный прибор, если в НАСА им дадут денег. А практичные люди НАСА им возразили: зачем вам давать денег, если русские такой нейтронный детектор смогут сделать для нас бесплатно? В итоге руководитель эксперимента с гамма-спектрометром согласился, и с тех пор мы с Биллом Бойнтеном друзья, многое вместе прошли. 

— А прибор-то сделали? 

— Сделали, он называется HEND (High Energy Neutron Detector). После начала работы этого прибора на борту марсианского спутника НАСА «Марс Одиссей» в 2002 году я сильно сместился в ядерную планетологию, фактически, перестал заниматься гамма-всплесками. Когда ты ведешь эксперимент, на это уходит много времени, и уже не хватает сил и мозгов на остальное, поэтому любимые гамма-всплески отошли у нас на периферию сознания. Кстати, наш «хендушка» все еще работает, уже более 22 лет. Вместе с Бойнтоном  мы, всем на удивление, обнаружили, что на Марсе много воды, точнее — водяного льда. Это похоже на якутскую вечную мерзлоту. Выше широты 60 градусов на юге и на севере лед в грунте может составлять десятки процентов. Это значительный результат. Он изменил представление о Марсе как о планете, которая когда-то была влажной и теплой, где текли реки, а потом вода ушла и планета высохла.

— А что случилось на самом деле?

— Точного понимания этого факта нет. Есть гипотезы. Вот у меня карты рельефа Марса, которую сделали мои коллеги, одна из них — Мария Зубер, она до недавнего времени ежегодно приезжала к нам зимой, потому что ей нравилось кататься на коньках на Красной площади. Так вот, Мария вместе с Дэвидом Смитом лазерным высотомером измерила рельеф Марса. На карте, там, где синева,— это большая глубина. Если взять Марс как некую идеальную сферу, то выше нее — горы, обозначенные красным цветом, а то, что уходит вглубь, — это низменности, обозначенные синим. И вот самая большая синяя область — это гигантская впадина, называется Эллада. Сюда когда-то давно ударил очень большой астероид. Ударил так сильно, что сотряс всю планету. На карте слева по диагонали от Эллады красная область — там возникли вулканы от такого сотрясения. Вероятно, от этого удара Марс потерял магнитное поле, которое предохраняло его плотную атмосферу от солнечного ветра. Атмосфера практически полностью ушла, и вместе с ней с поверхности ушла вода. Вероятно, из-за этого гигантского катаклизма изменилась природная среда на Марсе. 

— Могла ли до этого быть жизнь?

— Я думал на эту тему. И мой ответ такой: на молодом Марсе была толстая атмосфера. Текли реки, были озера и даже моря. Было тепло. Такая же примерно природная среда существовала и на молодой Земле, где в то время уже была примитивная жизнь. Если на моем огороде появились сорняки, так и у моего соседа должны появиться такие же?

— То есть мы бы находили там останки вымерших организмов? А их нет. 

— Это с одной стороны. С другой — мы только начали искать. Вот мы сейчас также участвуем в проекте Curiosity, это большой исследовательский марсоход, там тоже стоит наш прибор ДАН. Марсоход ищет признаки прошлой или нынешней жизни, пока не нашел. Но возможно, мы просто не там ищем. Сейчас мы точно знаем, что на Марсе под поверхностью есть водяной лед, как в Якутии, а в якутской вечной мерзлоте люди откапывают мамонтов. На Марсе пока еще ничего такого не откопали. Но есть одно но. Когда в НАСА обсуждался район посадки марсохода Curiosity, он раньше назывался Марсианской научной лабораторией, то очень подробно изучали вопрос, куда лучше садиться. И нам запретили садиться туда, где может быть лед. Многие ученые были недовольны, но им сказали: «А если мы разобьем аппарат? А там радиоактивный источник, который расплавит этот лед. И то, что аппарат тогда принесет с Земли в растаявшей воде, начнет плавать, бегать и прыгать. Мы рискуем занести на Марс земную форму жизни». И они правы. Поэтому нам запретили садиться в районы мерзлоты, где есть возможность найти эти самые вмерзшие остатки древней марсианской жизни. 

— А еще на Curiosity была история с метаном, который марсоходы то находили, то не находили. В итоге Curiosity так и не удалось обнаружить в атмосфере Красной планете следов этого важного признака жизни.

— Если бы достоверно нашли, то это была бы твердая аргументация, что там есть какая-то активная биосфера. Сейчас прямых доказательств существования жизни нет, но, с моей точки зрения, есть большая вероятность найти ее останки, какие-то реликтовые формы в ледяных отложениях. Их надо исследовать. 

С нашим участием в марсоходе Cuiriosity случилась такая история. В 2005 году после запуска HEND американцы, уже понимая, что мы можем и умеем делать хорошие приборы, приехали к нам в ИКИ и говорят: «А ведь у вас есть нейтронные генераторы!» Я ответил: да! «А мы тут собираемся запускать Марсианскую научную лабораторию на марсоходе. Было бы здорово, если бы у него на борту оказался нейтронный генератор. Тогда мы могли бы измерять массу воды под поверхностью вдоль трассы движения марсохода по потоку отраженных поверхностью нейтронов». 

Это как швейная машинка: генератор запускает под поверхность пучки нейтронов с энергиями 14 МэВ, они бьют по ядрам, замедляются и вылетают обратно уже с другими энергиями. Если мы с Биллом с борта «Марса Одиссея» искали признаки воды по тому, как искажается спектр нейтронов над всей планетой, то здесь присутствие воды измеряется локально, с непосредственной окрестности марсохода. 

А в то время в исследованиях Марса был лозунг не только Mars together, но еще и Follow water — в том смысле что нужно искать марсианскую жизнь там, где много воды. Тогда получается, что марсоход едет, нейтроны от генератора «прозванивают» поверхность — и вдруг резкое изменение потока отраженных нейтронов. Марсоход останавливается, и начинается исследование грунта, поиск возможных признаков существования там жизни. Вначале мы все гордо говорили, что так будем искать жизнь. Потом, уже когда поехали по Марсу, а жизнь все не находилась, эту фразу аккуратно заменили: стали говорить, что ищем «признаки того, что здесь могли быть природные условия для поддержания жизни». 

— Но пока что не находятся даже признаки? 

— Нет. Я думаю, что пока не доставят грунт на Землю, и не найдут. 

— А когда доставят — найдут?

— Не знаю. Но достоверность знания о том, была там жизнь или нет, повысится очень сильно. 

— Ваш учитель Шкловский в конце жизни не верил в существование жизни во Вселенной где-либо, кроме нашей планеты. 

— Да, он очень сильно изменил свою точку зрения. В книге «Вселенная, жизнь, разум» он дописал отдельную главу. Вообще он стал пессимистичным к концу жизни. Когда мы с ним познакомились в тот период прогулок белыми ночами по Ленинграду, он был гораздо более оптимистичен. Наверное, из-за того что жизнь стала складываться не так, как хотелось, ему стало казаться, что и во Вселенной все не так весело.

— Вы думаете, что может быть не так?

— Уже после смерти Иосифа Самуиловича я написал статью, которая перекликалась с его последними размышлениями о жизни во Вселенной. Там упоминается знаменитая фраза Энрико Ферми: «Где они все?» Это как некий эпиграф ко всем этим вопросам. Действительно странно, что никаких признаков «кого-то» мы в космосе не видим. Но с другой стороны, мы также не понимаем, как жизнь появилась на Земле. 

— Мы даже не понимаем, что такое жизнь. 

— Ну, по крайней мере, мы точно знаем, что жизнь как космическое явление существует. Но не понимаем, как она возникла, почему и зачем она эволюционирует. И, наконец, почему жизнь «поумнела». Если говорить о марсианской жизни, то, чтобы с ней разобраться, нужно доставить образцы вещества. Если там была или есть жизнь, то, согласно концепции Вернадского о биосфере, она должна носить глобальный характер. Это должен быть процесс, который захватывает всю планету. Тогда почему не захватил? 

— Но вернемся к вашему нейтронному генератору… 

— Да. Так вот, американцы захотели, чтобы на борту их марсохода аппарата был нейтронный генератор, чтобы лучше отыскать возможное место, где много воды в грунте и поэтому наиболее вероятно обнаружить останки простейших организмов или хотя бы сложные биологические молекулярные соединений. А у нас в Москве есть Институт им. Духова (ВНИИА). Тогда он назывался Всесоюзный, сейчас — Всероссийский институт автоматики, в котором такие генераторы придумали. Мы еще без американцев туда поехали и сказали, что вот американцы спрашивают о ваших генераторах. И тогдашний директор Юрий  Николаевич Бармаков сказал: «Ну хорошо, оформляйте их визит, поговорим». 

Приехали американцы, в галстуках, официальные. Бармаков их принял. Они сказали, что хотят попробовать применить на Марсе вакуумный нейтронный генератор. И спросили: «А могли бы вы сделать такой вместе с ИКИ?» Нейтронный генератор — это сложное ядерно-физическое устройство. В генераторе ионы дейтерия разгоняют в сильном электрическом поле, они ударяются о мишень, где присутствует тритий, и происходит маленькая термоядерная реакция, в результате которой в импульсе за 2 микросекунды из мишени вылетают миллионы нейтронов, причем все с одной энергией около 10¹⁴ МэВ.

— Зачем такие приборы производил институт автоматики? 

— К тому времени институт Духова уже давно приспособил их для мирных задач: для поиска нефти. Когда бурят скважину для поиска нефтяных ресурсов, на бур ставят такой генератор. Бур бурит, генератор излучает импульсы нейтронов, нейтронный детектор регистрирует вторичное гамма-излучение, и по нему можно видеть признаки нефти: далеко она, близко, сколько ее? 

Конечно, такие промышленные генераторы были сделаны под технологии бурения. Когда вопрос использования генератора на марсоходе стали обсуждать конкретно, то было предложено, чтобы мы превратили генератор в трубе в генератор в пенале. Именно такой облик приобрел генератор для эксперимента ДАН, созданный в Институте имени Н.Л. Духова. Он прекрасно отработал на Марсе более 10 лет и только в этом году перестал излучать нейтронные импульсы. Это совершенно законно, потому что формальный срок службы у него вообще был год. Настолько хорошо все было сделано. 

Я хочу подчеркнуть, что таких генераторов нет ни у кого. Они уникальны. Исходные прототипы были сделаны очень давно, чтобы «поджигать» атомную бомбу. Поэтому, когда американские коллеги спросили: «А вы экспортировали такие генераторы в Америку?» Юрий Николаевич сказал: «К счастью, нет». 

Сейчас детекторы прибора ДАН продолжают работать. Мы теперь работаем в пассивном режиме, когда нас обеспечивают исходным излучением космические галактические лучи, которые создают в грунте вторичное нейтронное излучение. Марсоход едет по Марсу, ребята из нашей группы управления в каждом сеансе получают данные о поверхности и подтверждают, что все бортовые системы нашего прибора в полном порядке. Так что Марс продолжается.

— А что с Луной? 

— Последняя советская «Луна-24» в 1976 году доставила вещество с глубины 2 метра, американцы слетали на Луну в экспедициях программы «Аполлон» — и все  успокоились. Стали изучать Венеру и Марс. Но в самом конце 90-х годов американцы отправили на Луну маленький спутник Lunar Рrospector, это была такая скромная миссия, совсем не «мейнстрим», но они полетели на полярную орбиту. До них никто над полюсами Луны не летал, летали на умеренных широтах. И они обнаружили, что при пролетах над полюсами наблюдаются существенное изменение потока нейтронов, которое указывает на то, что на глубине под поверхностью присутствует большое количество водорода. А повышенная концентрация водорода указывает на присутствие воды. Это был тот же эффект, о котором я говорил раньше. Именно он позволил нам обнаружить воду под поверхностью Марса прибором HEND. Ученые,  которые сделали это открытие для Луны, были сотрудниками Лос-Аламоса, они работали в соседней комнате, когда мы вместе с их коллегами боролись с шумами при стыковке блоков нашего ПГС.  Руководителем эксперимента на лунном спутнике был Вильям Фелдман. Он с коллегами сразу же написал статью, что в окрестностях лунных полюсов в лунном реголите видит воду. 

И вот тут снова наступило время активного интереса к Луне: если на лунных полюсах есть вода, то это существенно меняет перспективы ее освоения.  

— Что именно меняется в этих планах? 

— Лунную воду можно расщеплять на кислород и водород. Поэтому, если строить на Луне базу, то воду и кислород для жизнеобеспечения космонавтов туда везти не нужно. Это первое. Самые современные ракеты имеют кислородно-водородные двигатели. Получается, что топливо для дальних межпланетных полетов также можно добывать прямо на лунных полюсах, не вытаскивать из гравитационной ямы Земли в громадных ракетах. Это второе. По подсказке НАСА президент США Буш-старший тогда провозгласил начало новой лунной программы Constellation. В этой программе учитываются новые особенности полярной Луны.  

Первым проектом этой программы стал Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO). Была задумана такая большая лунная орбитальная машина, запускаемая на «Атласе», которая должна была поточнее разведать полярные признаки воды, которые увидел Фелдман, построить карту водных полярных ресурсов: где и сколько. И американские коллеги нам опять посоветовали подавать proposal. Ведь если русские за свои деньги сделают хороший нейтронный телескоп, будет хорошо и тем, и другим. Имы создали российско-американскую команду и подали в НАСА совместный proposal. 

— Как «Роскосмос» отнесся к нашему сотрудничеству с НАСА? 

— Очень положительно. Мы все наши приборы делали за российские деньги на основе межагентских соглашений, и при этом получали с этих приборов уникальные научные данные. Мы ездили туда в командировки на испытания за наши деньги, ни в коем случае не чувствуя себя нахлебниками. Американцам такое сотрудничество также было интересно: если мы можем сделать нейтронный телескоп, который построит карту распределения воды в окрестностях полюсов, то они с удовольствием на это пойдут. 

Но теперь уже мы должны были участвовать в конкурсе. В НАСА опубликовали Announcement of opportunity по участию в LRO, где подчеркнули, что «international cooperation is very much welcome». В нашей команде были как наши прежние партнеры по проекту «Марс Одиссей», так и новые участники лунных исследований из Годдардского центра НАСА и из университета штата Мэриленд. Американская часть команды должна была получить деньги НАСА на участие в эксперименте, но с самого начала было договорено, что наш прибор LEND (Lunar Exploration Neutron Detecor) делают русские и за русские деньги. 

— Вы говорите, что это был конкурс. Кто же одержал победу? 

— Да, и тут начинается самое интересное. Наша команда в этом конкурсе победила. А проиграла команда Фелдман. Конечно, они очень обиделись. Очень. Они направили жалобу на людей в комиссии, которые нас отобрали. Эти люди, по их мнению, «не разобрались». История продолжалась примерно полтора года. Мы уже начали разрабатывать прибор, пока продолжались разборки и мы находились в немного подвешенном состоянии. Вопрос закрыл Эд Вайлер, директор Центра Годдарда, который до этого был заместителем по науке руководителя НАСА. На одном из совещаний он сказал, что обсуждение нашего участия в проекте прекращает: конкурсный отбор завершен, русские участвуют, прибор делают, и больше никаких обсуждений на эту тему не должно быть. 

Тут вот что важно. Фактически нам удавалось твердо стоять на своем в этой истории, потому что мы — великая ядерная держава. Мы владеем всеми ядерными знаниями. У нас есть Дубна, и по всем нашим делам и вопросам мы ездили туда. Валерий Швецов, в то время директор нейтронной лаборатории имени Франка в ОИЯИ, был членом нашей команды.

— В чем заключался смысл LEND? 

— Чтобы построить карту нейтронного излучения поверхности Луны с орбиты, надо, чтобы поле зрения детектора было маленьким. Но для этого те нейтроны, которые летят отовсюду за пределами поля зрения, необходимо не пропустить в детекторы, то есть создать вокруг детекторов такие «колодцы» с толстыми стенками, которые бы не пропускали боковые нейтроны и формировали бы узкое поле зрения. Именно Швецов нам подсказал, как это сделать. 

Основная проблема нейтроных телескопов — нужно много массы, чтобы их зарегистрировать с тех направлений, которые нас интересуют, и не допустить их регистрацию с других направлений. Поэтому коллимировать лунный нейтронный  поток нужно специальным слоистым коллиматором, который обеспечивал бы максимальное поглощение. Это мы разработали совместно с коллегами из Дубны, они соавторы нашего прибора. Без Дубны мы бы LEND не сделали. 

Вообще необходимо подчеркнуть, что наши возможности делать хорошие приборы для ядерных исследований планет, для гамма-астрономии, для изучения гамма-всплесков мы получили только потому, что у нас в стране есть ядерная наука высших мировых достижений, есть ясные головы, которые могут реально конкурировать с кем угодно. 

— Вы говорите, что мы великая ядерная держава. Остаемся ли мы великой космической державой?

— Потенциально — да, остаемся. Но, к сожалению, сейчас у нас в стране  понизилась «космическая пассионарность». В советское время страна не жалела денег на космос, в нашем обществе было твердое убеждение в том, что мы великая космическая держава, лидер мировой космонавтики. Наши дети мечтали быть космонавтами. И это при том, что война закончилась всего полтора десятка лет назад, денег у страны было совсем немного. Когда 12 апреля 1961 года Юрий Гагарин полетел в космос, на физфаке ЛГУ студенты вышли на стихийную демонстрацию. Вероятно, эта была первая стихийная студенческая демонстрация в стране. Отсутствие пассионарности в космосе — это то, чего нам сейчас не хватает.

— Не просто не хватает: сейчас появилось настроение в обществе «зачем нам космос, нам на Земле проблем хватает». Это распространенная точка зрения, когда люди думают, что можно решать земные проблемы, не развивая космос. 

— Именно! А еще некоторые говорят: да не были американцы на Луне — зачем же нам жилы рвать, если американцы все в Голливуде сняли. Это мораль завистливых неудачников, но их меньшинство. Я думаю, что сейчас мы находимся на переломе. Мое предсказание звучит следующим образом: когда в 2030 году и американцы, и китайцы сядут на Луну, то народ нас спросит: а почему мы до сих пор не на Луне? И придется их срочно догонять, наверстывать упущенное. Я уверен, что наша космическая пассионарность восстановится, и мы, хоть и с запозданием, обязательно будем на Луне. Ситуация постепенно меняется в лучшую сторону, но процесс этот длительный, и он еще только начинается. 

_{Опубликовано при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий» № 075-15-2024-571}.