Казанский след на Луне

Занятная история не так давно произошла в Институте космических исследований РАН. Группа специалистов разрабатывала навигационное устройство, необходимое для передвижения лунохода. А когда работа была завершена, неожиданно выяснилось: подобное устройство… уже было изобретено. Ещё в 1956 году, задолго до первых полетов к спутнице Земли. Сделал это казанский астроном Авенир Яковкин! Память о знаменитом учёном увековечена на космическом уровне: в честь астронома назван один из кратеров Луны.

Луне не меньше полутора десятков наберётся! – рассказывает доцент кафедры астрономии и космической геодезии Института физики КФУ Михаил Шпекин. – Николай Лобачевский, Дмитрий Дубяго, Игорь Белькович, Анатолий Нефедьев… Исторически так сложилось, что именно на исследование Луны наша наука затратила колоссальные усилия. Скажу больше, по этой части мы очутились в числе лидеров не только в России, но и в мире! Можно сказать, специализируемся на Луне. Не случайно именно в Казани проводятся международные лунные симпозиумы, на которые съезжаются ведущие астрономы и планетологи.

И сегодня столица Татарстана свои «лунные» позиции не сдаёт. Работа ведётся одновременно по многим направлениям. Возможно, совсем скоро эти разрозненные исследования объединит один мощный проект – создание лунной обсерватории. Как вы уже догадались, корни у него тоже казанские.

МЕСТО ДЛЯ ЛУННОЙ ОБСЕРВАТОРИИ

Далёкая деревенька Молебка снискала славу самой аномальной зоны России – местечко это более известно как Пермский треугольник. Но для российской астрономической науки у неё своя значимость – именно там обитает аспирант КФУ Борис Епишин. Известность в научных кругах он получил за свои точные расчёты движения небесных тел. Над Луной.

– Знаете, какую красивую анимацию он к ним сделал! – восклицает Михаил Иванович. – Борис анализирует разные территории лунной поверхности, чтобы найти место с лучшими условиями для астрономических наблюдений.

Движение на небе Луны значительно отличается от того, что мы привыкли созерцать с Земли. У нас на востоке небесные тела взошли – на западе через двенадцать часов закатились. Там же есть и такие, что вообще не заходят за горизонт! А в целом этот период длится две недели. Сложные расчёты Епишина являются, по сути, эфемеридой – таблицей координат звёздного неба над спутником Земли, рассчитанной заранее, на будущие даты.

– Скорее всего, на Луне телескоп вручную никто наводить не станет – это будет делаться дистанционно, – комментирует Михаил Шпекин. – Поэтому, как понимаете, для лунной обсерватории работа Бориса Епишина имеет первостепенную важность.

МЯГКАЯ ПОСАДКА

14 марта 2017 года Роскосмос объявил о старте кампании по отбору космонавтов. 6-8 счастливчиков войдут в историю как первые пилоты нового российского космического корабля «Федерация», а также станут первыми россиянами, которые полетят к Луне. Возможно, совершить мягкую посадку на спутник Земли, то есть прилуниться, им тоже помогут разработки казанских учёных.

Дело в том, что нам, землянам, привыкшим видеть лишь одну сторону Луны, кажется, что она и вовсе не вращается. На самом деле спутник Земли совершает довольно сложные колебательные движения относительно собственного центра масс. Явление это в астрономии называется физической либрацией. Без точной поправки на неё плавно прилунить аппарат практически невозможно.

– Несколько первых космических аппаратов просто разбились о Луну, – рассказывает Михаил Шпекин. – Именно тогда профессора нашей кафедры – знаменитого астронома Шауката Хабибуллина – пригласили на «разбор полётов» в Москву. Тогда же, в 60-х, он и разработал свою нелинейную теорию либрации Луны.

В отличие от используемой тогда линейной, его теория давала более устойчивое решение. Это был прорыв и мировое признание! К слову, либрацией Луны в Казанском университете занимаются почти 150 лет. Несмотря на то что само явление было открыто ещё в далёком 1637 году Галилео Галилеем, именно в Казани накоплен огромный научный опыт по её изучению. Сегодня его используют в своих космических миссиях разные страны мира.

Одна из последних разработок университета – исследование магистранта КФУ Алексея Андреева. Под руководством профессора университета Юрия Нефедьева он создал свой метод определения положения центра масс небесных тел относительно фигуры с целью уточнения параметров физической либрации. В прошлом году доклад Алексея был признан лучшим среди 10 тысяч работ, присланных со всего мира на Всероссийский форум «Наука будущего – наука молодых». А осенью учёные презентовали полученные результаты на совместной конференции Американского космического общества и Европейского планетарного конгресса, которая проходила в США.

– Лунная миссия – очень затратный проект, а наша работа позволяет снизить риски и в десятки раз увеличить точность посадки космического корабля, – рассказывает Алексей. – Совсем недавно погрешность подсчётов возможного прилунения составляла несколько километров по местности в плановых координатах (по широте и долготе) и до 300 метров по высоте. Мы её резко сократили – до сотен метров в плановых координатах и десятков метров по высоте. Для космического корабля, собирающегося совершить посадку, это достаточно важно.

– Не получится ли так, что результаты ваших научных изысканий просто уйдут в академический архив? Или всё-таки планируете предложить их организаторам лунной миссии? – спрашиваю Алексея.

– Думаю, если наши результаты их заинтересуют, то работа вполне может быть использована на практике в самые ближайшие годы.

В будущем учёные планируют применить свой метод и для других небесных объектов, в частности для Марса. Как мы знаем, сегодня идея пилотируемого полёта на Красную планету получила новый виток развития, так что перспективы у этой работы совсем не туманные...
Увидеть себя со стороны
- Когда мы смотрим на звезды сквозь толщу атмосферы, все они будто бы дрожат, и какой бы телескоп мы ни взяли, спокойного изображения не получить, – рассказывает Михаил Шпекин. – Такой же результат мы ожидали увидеть и при наблюдениях с орбиты. Но, оказалось, если смотреть сверху, та же атмосфера искажает намного меньше. Причина этого еще до конца не ясна.
Мечта поставить на Луне телескоп появилась у астрономов очень давно. Ведь там нет атмосферы, которая все «замылит». «А радиоастрономы грезят расположить на обратной стороне Луны радиотелескоп, чтобы не было помех от Земли», - уточняет Михаил Шпекин. Впрочем, пока одни мечтают, другие работают над вполне конкретными предложениями по реализации этих желаний.
- Создание лунной обсерватории позволит землянам приступить к решению прикладных задач, которые недоступны обсерваториям наземным, - продолжает Михаил Иванович. – Например, мониторингу положения центра масс системы Земля–Луна с целью обеспечения точности полетов, проверке теории относительности, а также наблюдениям за нашей собственной планетой. Последнее особенно важно.
Наверняка вы видели снимки, сделанные с телескопа «Хаббл» - автоматической орбитальной обсерватории. Так вот, устойчивое наблюдение с орбиты – вещь довольно затратная. В этом смысле проект лунной обсерватории гораздо более выгодный. Более того, он позволит обеспечить не просто устойчивое положение телескопа, а непрерывные многолетние измерения.
Дождь из камней
Недавно в казанском метро Михаилу Шпекину посчастливилось познакомиться с жителем Челябинской области. Почему посчастливилось? Да потому что, особый научный интерес для астронома представляют астероиды.
- Я тут же стал про метеорит расспрашивать. Оказалось, окна его дома расположены как раз со стороны траектории падения. Удар был такой силы, что сбил мужчину с ног!
А вот на Луне, поясняет ученый, такой ударной волны как раз и не будет. Атмосферы-то нет! Впрочем, именно ее отсутствие и создает возможность для падения большого числа метеоритов. Но опасность, в том числе и для будущей обсерватории, представляют не столько они сами, сколько так называемая вторичная бомбардировка – осколки грунта, выбитые астероидом, разлетаются в разных направлениях на большое расстояние.
«Дождь» из метеоритов и комет на Луне создает ее необычный рельеф – спутник Земли сплошь покрыт кратерами. Мы видим их и с Земли, и на фотоизображениях, сделанных с орбиты. Но плоские снимки не раскрывают всей полноты картины, поэтому и представление о лунной поверхности у землян весьма условное. Аспиранты КФУ Чингиз Мухаметшин и Александр Семенов под руководством доцента Шпекина способны изменить эту ситуацию.
Как в реальности выглядит, например, кратер Циолковский или кратер Эйткен? Это можно представить с помощью 3D-моделирования. По словам Шпекина, таким образом мы сможем увидеть кратеры с разных сторон, понять, как они устроены. Разберем рельеф Луны в деталях!
Буквально на днях на кафедру астрономии и космической геодезии привезли мощные компьютеры. Так что в распоряжении ученых будет целый компьютерный кластер. Для проекта создания лунной обсерватории данные исследования также будут иметь первостепенную важность: фундамент телескопа должен быть устойчивым – далеко не каждый кратер подойдет.
Бизнес планетарного уровня
Меж тем, пока ученые пытаются в подробностях изучить рельеф Луны, расторопные коммерсанты уже распродают ее по кусочкам. Желающих прикупить ради хохмы какой-нибудь кратер – пруд пруди: только в России свыше 11 тысяч наберется. Впрочем, смех смехом, а вероятность того, что лунные инвестиции в далеком будущем принесут неплохие дивиденды, все же есть.
- Как же так? – спрашиваю ученого. – Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, принятый Генеральной ассамблеей ООН, гласит, что Луна и другие небесные тела не подлежат национальному присвоению. Выходит, все же устроили земляне на Луне неразбериху?
- Более того, неразбериха эта грозит нам проблемой - вот выкупят участок, подходящий для обсерватории, и придется за аренду платить, - улыбается Михаил Иванович. – Дело в том, что в Договоре прописаны только действия государств, но не корпораций и частных лиц. Этим и воспользовался один предприимчивый американец: мол, «что не запрещено – то разрешено». Организовал во многих городах представительства и реализует участки. Он уже и Марс таким образом распродает...
- Луна – это еще и перспективный космодром для освоения Солнечной системы, - утверждает Михаил Шпекин. - Естественный и очень удобный – всего два-три дня полета в одну сторону, а в будущем и того меньше. Уже в 2030 году китайцы планируют построить там свою обитаемую станцию. Так что перспективы у проекта лунной обсерватории совсем непризрачные.