29 и 30 ноября Информационный центр по атомной энергии (ИЦАЭ) Калининграда в рамках федерального проекта «Энергия науки» организовал три научно-популярных мероприятия с астрономом, кандидатом физико-математических наук, старшим научным сотрудником Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга, доцентом физического факультета МГУ, автором научно-популярных книг и популяризатор науки Владимиром Сурдиным.

На лекции в лицее №23 Владимир Георгиевич назвал Калининград одной из астрономических столиц мира, потому что, по его мнению, – это город, где великий Бессель впервые измерил расстояние до звёзд».

«В космонавтике наша страна умеет многое, как минимум, на уровне самых передовых в этом вопросе стран. Если вы задумаетесь о карьере учёного или какого-либо технического специалиста, то очень перспективным направлением является и будет являться космонавтика», – обратился к школьникам Сурдин.

«Люди научились летать в космос чуть более 50 лет назад. Но мечты о полётах в космос во сне и наяву встречаются гораздо раньше. Например, известный многим писатель-фантаст Жюль Верн в своих произведениях описывает макет будущей ракеты, а также делает пророческое предсказание полётов человека в космос, падение космического корабля в океан и многое другое. С научной точки зрения идею о космосе обществу представил Константин Циолковский, который позднее оформил её в целую теорию космонавтики, которой мы пользуемся и по сей день», – рассказал Владимир Сурдин об истории науки.
Слушатели узнали, что первая ракета, полетевшая в космос, была создана практически параллельно двумя учёными – немецким инженером Вернером фон Брауном и нашим соотечественником Сергеем Павловичем Королёвым. Однако именно Королёв создал «мирную ракету», которая смогла и спутник, и человека вывести в открытый космос.

Владимир Георгиевич упомянул и о первом полёте в космос человека: «Первое поколение космонавтов было героическим, они летали на не очень надёжных ракетах, идя на риск во имя науки и доказывая, что можно работать в космическом пространстве».

Эксперт объяснил аудитории, зачем человечеству космос. Благодаря Международной космической станции (МКС) происходит постоянный сбор актуальных гео- и фотоданных, искусственные спутники, работающие без присутствия на борту живого человека, обеспечивают связь по всему миру, осуществляют дистанционное зондирование Земли и навигацию.

«Как в двух словах объяснить, в какой точке Земли мы находимся, опираясь на механизм спутниковой навигации? Всё просто: один из спутников – это летающие атомные (то есть очень точные) часы, и больше там ничего нет. Эти часы хранят точное время на борту спутника. Они бывают цезиевые или водородные. Также в механизме связи принимает участие радиопередатчик точного времени. Наше устройство получает сигналы передатчика, определяется разница во времени, умножается на скорость света, и в итоге мы узнаём своё расстояние до спутника. Далее мы получаем сигнал от второго спутника, узнаём наше расстояние до него и получаем сигнал от третьего спутника. Его сфера пересекается с окружностью в двух точках, где одна из точек и есть наше местоположение», – привёл пример Владимир Сурдин.

На следующей лекции в ИЦАЭ Калининграда астроном рассказал слушателям о четырех «тёмных» сторонах Вселенной: тёмной стороне Луны, чёрных дырах, тёмной материи и тёмной энергии.

В астрономии первым «тёмным делом» является тёмная сторона Луны. Луна всегда смотрит на нас одной стороной, а вторую, обратную сторону, мы с Земли никогда не видели. На невидимую сторону заглянули ровно 60 лет назад, в 1959 году. Аппарат Луна-3 смог сфотографировать и передать на Землю изображения Луны. Оказалось, что обратная сторона Луны не похожа на видимую, то есть Луна загадочно состоит из двух совершенно разных полушарий. На видимой стороне Луны наблюдается много морей, залитых лавой. А на обратной стороне их не наблюдается. Почему Луна настолько ассиметрична, мы не знаем до сих пор.

Следующее, не менее загадочное явление в космосе, – чёрные дыры. Впервые концепция массивного тела, гравитационное притяжение которого настолько велико, что скорость, необходимая для преодоления этого притяжения равна или превышает скорость света, была высказана в 1784 году Джоном Мичеллом. Считалось, что чёрные дыры поглощают всю материю вокруг себя.

«Исследование чёрных дыр продолжалось: Стивен Хокинг предположил, что у чёрных дыр имеется излучение, которое впоследствии назвали хокинговским. В вакууме постоянно рождаются частицы и античастицы. Если это произойдёт не на горизонте событий, а немного выше и ниже его, одна из частиц «рухнет» вниз чёрной дыры, в то время как другая частица приобретет энергию и сможет вылететь из чёрной дыры. Мы снаружи это воспринимаем как излучение черной дыры. Пока это только теория, еще непроверенная на эксперименте», – объяснил учёный.

Как же образуются чёрные дыры? Они образуются из звезд, которые начинают сжиматься. Звезды типа Солнца после окончания термоядерного синтеза в ядре, сбросят верхние слои и оставят ядрышко, которого будет недостаточно для образования чёрной дыры, оно превратится в белый карлик, очень плотное тело. Более массивные звезды, прожив и сбросив оболочку в виде взрыва, могут из ядра образовать или нейтронную звезду, или чёрную дыру. Особенность чёрных дыр в том, что их нельзя увидеть, поскольку они поглощают свет. Мы лишь можем попробовать увидеть её влияние на близкие объекты.

«В чёрных дырах вещество спряталось глубоко, никакого взаимодействия вещества, кроме гравитационного, нам не суждено почувствовать. Предположение о существовании гравитационных волн выразил Эйнштейн. Их могут порождать массивные объекты, изменяя пространство-время», – прокомментировал спикер.

Гравитация – очень слабая сила. Её очень сложно детектировать, но в 2015 году удалось детектировать гравитационные волны, обсерваторией LIGO. За это открытие в 2017 году была присуждена Нобелевская премия. Учёные детектировали взаимодействия двойных систем массивных объектов, например, нейтронных звёзд, которые постоянно излучают гравитационные волны. Излучение постепенно сокращает их орбиты и в конечном счёте приводит к их слиянию, порождающему в этот момент особенно мощную гравитационную волну, буквально «прокатывающуюся» по Вселенной.

А совершенное недавнее открытие позволило подтвердить наши представления о том, как выглядят чёрные дыры. В 2019 году учёные впервые сделали фотографию чёрной дыры, чтобы ее сфотографировать, потребовалась сеть из восьми телескопов, расположенных на разных континентах. Эта фотография подтвердила существование черных дыр в нашей Вселенной, поскольку до этого времени их было невозможно увидеть.

Также Владимир Георгиевич рассказал посетителям о ещё двух тайнах астрофизики: тёмной материи и тёмной энергии. Тёмная материя недоступна наблюдению, она составляет около четверти массы всей Вселенной, она заметна лишь в гравитационном взаимодействии. Пока мы не знаем её состав и природу. Учёные обнаружили скопления галактик, которые не могли образоваться под действием массы, располагающейся в самой галактике. Исследование уникального скопления галактик Пуля, где, как выяснилось в ходе анализа снимков в разных диапазонах, тёмная и «светящаяся» материя оказались чётко разделены в результате прямого столкновения двух скоплений галактик. Это уникальное разделение было вызвано тем, что горячий газ одного скопления, взаимодействующий электромагнитно, столкнулся с горячим газом другого скопления, нагрелся ещё больше, замедлился и застрял в центре новообразованного скопления, а тёмная материя вместе со скоплениями галактик предположительно прошла сквозь друг друга и в результате оказалась распределённой симметрично по обе стороны от скопления Пуля. Таким образом, было подтверждено наличие скрытой массы в этих галактиках.

Больше всего во Вселенной тёмной энергии, около 74%, заполняющей все пространство. Она проявляется в антигравитации, в результате чего массивные тела отталкиваются друг от друга и происходит расширение Вселенной с ускорением.

Также 30 ноября Владимир Сурдин принял участие в устном журнале «Язык Эйнштейна», где обсуждались последние новости науки и технологий. На этом мероприятии спикер обсудил новости об определении потенциала гравитационного поиска чёрных дыр промежуточных масс, а также открытия российским школьником новой звезды.

«Сейчас накопилось большое количество снимков космоса, которые мы не можем обработать в полном объеме. Поэтому любой желающий, кому интересна наука, может поучаствовать в изучении космоса, изучая эти фотографии и совершить открытие», – считает астрофизик.

«Энергия науки» – это федеральный проект сети ИЦАЭ, направленный на знакомство жителей регионов с последними научными новостями и открытиями, которые получают возможность поговорить о науке и технологиях с известными российскими учёными.