Роль космических исследований и астрономии в развитии общества

Материал представляет собой доклад на открытии Международного года астрономии.

Екатерина Попова
Роль космических исследований и астрономии в развитии общества
"Экономические стратегии", №3-2009, стр. 48-52

Попова Екатерина Витальевна – помощник руководителя Администрации Президента Российской Федерации. Публикуемый материал представляет собой доклад автора на открытии Международного года астрономии.

Международный год астрономии – важное событие, как в научной жизни, так и в жизни общества. Астрономия – особая наука, формирующая мировоззрение людей, их философское понимание мира и перспектив развития нашей цивилизации.

Астрономия получила название от двух греческих слов "астро" – "звезда" и "номос" – "закон", т.е. "наука о звездных законах". Она писалась тысячи лет. И можно без преувеличения сказать, что сейчас мы стоим на пороге великих открытий, затрагивающих суть мироздания. На стыке астрономии, астрофизики, физики элементарных частиц, космологии будут, несомненно, даны ответы на такие фундаментальные вопросы, как происхождение Вселенной, эволюция Солнечной системы, космологическая эволюция скоплений галактик и черных дыр, изучение природы "темной материи", открытие жизни на других планетах.

Исследования последних лет в области астрофизики кардинальным образом меняют представления о материи, составляющей Вселенную, о ее энергии и приводят к выводу о существовании так называемой "темной материи". Эта задача становится одной из наиболее актуальных и интригующих. Стоит напомнить, что открытия ядерной физики в начале прошлого века привели к прорыву в области ядерной энергетики. Есть основания предполагать, что достижения последних лет в области астрофизики могут привести к новым фундаментальным физическим законам, способным перевернуть не только существующие представления о Вселенной, но и представления об окружающей нас материи и создать основу для нового технологического рывка.

Пятьдесят лет тому назад открыв космическую эру, наша страна на протяжении многих лет оставалась одним из лидеров космических исследований. Космос в те годы ассоциировался с СССР. Многие пионерские технические достижения и научные открытия тех лет, сделанные в нашей стране, определили развитие этой новой сферы деятельности. В частности, приоритет России связан со следующими важнейшими открытиями:

• существование захваченной радиации и структура плазменных образований вокруг Земли (магнитосферы Земли);
  
• наличие постоянного потока плазмы солнечного происхождения (солнечного ветра);
  
• первые исследования Луны (облет Луны, изображения обратной стороны Луны, посадка на Луну, доставка первых образцов лунного грунта на Землю);
  
• первые исследования планеты Венера (исследования атмосферы и ее динамики, мягкая посадка на поверхность, получение первых изображений поверхности);
  
• первые исследования плазменного окружения Марса, исследования Фобоса;
  
• исследования кометы Галлея.
  

Успехи в изучении космоса имели также громадное внешнеполитическое и внутриполитическое значение, эффективно использовались руководством государства в идеологических пропагандистских целях, но это была одновременно и пропаганда науки, техники, изобретательства и технического образования. Развитие космических технологий значительно продвинуло общий технологический уровень страны, создало основу для ее экономического развития.

В начале 90-х гг. прошлого века произошло резкое снижение темпов научных космических исследований, в результате чего наша страна быстро отстала от передовых космических держав.

В 2005 г. была принята Федеральная космическая программа на 2006-2015 гг. Реализация этой программы осуществляется в соответствии с существующими планами, и есть основания полагать, что с учетом необходимой коррекции, она будет успешно выполнена. Выполнение этой программы ознаменует начало возвращения России в ряд передовых космических держав.

Принципы развития фундаментальных космических исследований в РФ на предстоящие годы

При формировании политики развития фундаментальных космических исследований в России и выборе приоритетов исследований представляется целесообразным придерживаться следующих основных принципов:
1. Программа и отдельные космические проекты ее составляющие должны решать ключевые, наиболее важные и актуальные задачи космической науки.
2. Программа должна содержать несколько крупных российских проектов, которые составят каркас национальной космической программы. Международное участие в таких проектах возможно лишь при сохранении бесспорной лидирующей роли России. Это позволит избежать опасности раствориться в чрезвычайно насыщенных и продуманных космических программах США, Европы, а также возникающей в последние годы опасности отстать от бурно развивающихся научных космических исследований в Японии, Китае, Индии.
3. При долгосрочном планировании научных космических проектов необходимо учитывать быстрое развитие используемых в научном космическом приборостроении технологий, которые могут значительно влиять на параметры научных инструментов и служебных систем для космических аппаратов.
4. Следует обратить внимание на развитие наземной инфраструктуры, необходимой для реализации космических проектов научного назначения (специальные наземные стенды для отработки научных инструментов и систем космических аппаратов, средства системы дальней космической связи, наземные лаборатории исследований внеземного вещества).
5. Нужно принять меры для подготовки кадров для космической промышленности, удержания кадров в научном и промышленном секторах космических исследований.
6. Необходимо осуществлять сбалансированную программу изучения и освоения пилотируемых и автоматических направлений исследований.
7. Некоторые особенно важные и крупные космические проекты следует выделить в разряд национальных проектов.

Направления научных космических исследований

К настоящему времени сложилось несколько направлений научных космических исследований:

• астрофизика, внеатмосферная астрономия, космические лучи;
  
• физика планет и малых тел Солнечной системы, экзобиология;
  
• солнечно-земная физика, физика космической плазмы, космическая погода;
  
• дистанционные исследования Земли из космоса.
  

Астрофизика, внеатмосферная астрономия, космические лучи

В настоящее время Федеральная космическая программа на 2006-2015 гг. в области астрофизики направлена на исследования астрофизических объектов в нескольких диапазонах спектра электромагнитного излучения:

• радиодиапазон;
  
• ультрафиолетовый диапазон;
  
• рентгеновский и гамма-диапазоны.
  

Подготовка этих проектов по разным причинам длится более двух десятилетий, несмотря на то что стоимость отечественных астрофизических проектов существенно ниже зарубежных. В настоящее время большая группа российских ученых работает в области астрофизики высоких энергий с огромным объемом уникальных наблюдательных данных астрофизической лаборатории Европейского космического агентства "Интеграл", которые предоставлены России в обмен на запуск этой лаборатории ракетой-носителем "Протон".

Развитие внеатмосферной астрономии

Важной частью внеатмосферной астрономии является недавно возникшая проблема поиска "темной материи" Вселенной.

Направления исследований для решения этой проблемы могут быть различные, и на самом деле они еще не определены, есть только идеи, хотя ПАСА уже переориентировала один из своих перспективных астрофизических проектов для поиска "темной материи". В нашей перспективной программе космических исследований целесообразно предусмотреть проработку возможных космических проектов и, в случае удачных предложений по решению этой проблемы, рекомендовать их включение в программу.

В отношении развития такого важного направления, как рентгеновская астрономия, можно выделить астрофизический проект "Спектр-Рентген-Гамма", который планируется запустить в 2011 г.

Его главными задачами являются:

• исследование крупномасштабной структуры Вселенной;
  
• изучение роста и космологической эволюции скоплений галактик и сверхмассивных черных дыр во Вселенной;
  
• уточнение средней плотности "темного вещества" во Вселенной и постоянной Хаббла.
  

В перспективе до 2020 г. российскими учеными прорабатываются еще два проекта в области рентгеновской астрономии.

Первый – создание российской обсерватории под условным названием. Данный проект "Рентгеновский микрофон для "черных дыр"" позволит впервые исследовать структуру пространства-времени у "черной дыры".

Второй проект разрабатывается с участием Европейского космического агентства.

Предполагается послать два спутника в точку Лагранжа. Вместе они образуют гигантский рентгеновский телескоп, один спутник будет нести рентгеновское зеркало диаметром 5 м, второй – набор уникальных рентгеновских детекторов.

Фокусное расстояние данного телескопа составит беспрецедентную величину – 50 м. Проект будет обладать рекордной чувствительностью, на два порядка величины превышающей все предыдущие и действующие рентгеновские телескопы. Это позволит исследовать свойства первого поколения звезд, вклад в разогрев и ионизацию Вселенной, генерацию первых тяжелых элементов и лучше понять роль сверхмассивных "черных дыр" в формировании и эволюции галактик.

Физика планет и малых тел Солнечной системы, экзобиология

Изучение планет земной группы Солнечной системы Меркурия, Венеры и Марса является ключом к пониманию многих внутренних процессов и внешних воздействий, которые определили современный облик Земли.

Наряду с решением задач фундаментальной науки планетные исследования с использованием автоматических зондов являются прелюдией к освоению человечеством дальнего космического пространства. Знания о межпланетной среде, о строении небесных тел, о климатических и радиационных условиях на их поверхности совершенно необходимы для осуществления в будущем пилотируемых полетов к другим планетам, для освоения и колонизации человечеством всей Солнечной системы.

Запуски космических аппаратов к Луне, Марсу и Венере в нашей стране были начаты в самом начале космической эры. По каждому из этих объектов исследований имеются приоритетные научные и технологические достижения.

До сих пор закрытой областью наших планетных исследований ввиду технологических трудностей были дальние планеты, планеты-гиганты и их спутники. Одной из наиболее интересных научных задач является исследование спутника Юпитера Европы, вся поверхность которого покрыта океаном, имеющим толстую ледяную оболочку. Уникальность исследований этого тела заключается также в том, что в соответствии с современными представлениями Европа является небесным телом, на котором может существовать жизнь.

Поиск этой возможной жизни в океане Европы имеет высочайший научный приоритет.

Опыт, приобретенный в нашей стране при подготовке и реализации межпланетных проектов, имеющийся задел и предварительные проработки дают основания полагать, что мы способны подготовить и осуществить сложные космические проекты, связанные с планетами земной группы, планетами-гигантами, малыми телами Солнечной системы.

В настоящее время с помощью астрономических наблюдений обнаружено более 200 планет, обращающихся вокруг звезд нашей Галактики и подобных внешним планетам Солнечной системы Юпитеру, Сатурну и Нептуну. Перед исследователями стоит актуальнейшая задача – поиск планет земного типа во внесолнечных планетных системах, планет, на которых возможна жизнь. Одним из факторов, предопределяющих зарождение и развитие жизни на планете, является ее собственное, достаточно сильное, магнитное поле, предохраняющее от прямого воздействия межпланетной среды, прежде всего космической радиации. Взаимодействие межпланетной среды с магнитным полем таких планет приводит к генерации радиоизлучения. Наличие радиоизлучения от планеты является признаком магнитного поля, а частотный диапазон позволяет оценить величину магнитного поля. Однако это излучение не может быть зарегистрировано на поверхности Земли, поскольку окружающая плазменная оболочка – ионосфера, экранирует радиоволны на частотах ниже 10 МГц. Для приема радиоизлучения от внесолнечных планет необходимо разместить антенну приемника вне Земли. Одним из наиболее удобных мест является поверхность Луны, которая не имеет ионосферы.

Низкочастотный радиотелескоп на Луне, кроме поиска экзопланет, подобных Земле, позволяет:

• проводить астрофизические исследования галактик, звезд, межпланетной среды в новом, неизученном ранее диапазоне частот;
  
• наблюдать формирование звезд и галактик;
  
• изучать излучение солнечного происхождения и его распространение, магнитосферные радиоэмиссии Земли, Юпитера, Сатурна и др.
  

Кроме этого при работе на частотах выше 10 МГц возможна совместная работа с наземными антенными системами.

Размещение космических инструментов нового типа в космосе и, в частности, на поверхности Луны позволило бы поднять космические исследования на качественно новый уровень – осуществить сравнительное исследование происхождения и эволюции планетных систем, а также планет земного типа у Солнца и других звезд. Это послужило бы основой для дальнейших поисков жизни во внеземных планетных системах и разгадки тайны ее происхождения.

Интерес к таким исследованиям проявлен учеными США, Японии и ряда европейских стран, что указывает на возможность международной кооперации, но до настоящего времени в космических программах других стран аналогичные проекты отсутствуют.

В связи с этим в перспективной программе освоения космического пространства и исследований в области внеатмосферной астрономии целесообразно предусмотреть создание международной лунной астрофизической обсерватории. Отдельно хочу подчеркнуть важность такого направления, как борьба с астероидной и кометной опасностью. Мы неоднократно обсуждали необходимость самостоятельной национальной программы по данной теме с директором Института астрономии РАН Борисом Михайловичем Шустовым.
Земля хранит следы катастрофических событий, повлиявших на глобальные условия на Земле и биосферу. Последнее заметное событие – падение Тунгусского метеорита сто лет тому назад. Мировое научное сообщество в результате исследований квалифицировало астероидно-кометную опасность как одну из реально существующих проблем окружающей среды и космического пространства.

В последние годы созданы международные программы слежения за астероидной и кометной опасностью и даже существуют проработки активного влияния на опасный приближающийся небесный объект. Целесообразно подключиться к этим программам. Кроме того, эта проблема требует систематического исследования астероидов и комет с помощью космических аппаратов, что необходимо для разработки методов активного воздействия на вызывающие опасности небесные тела.

В заключение хочу несколько слов сказать о программах межпланетных пилотируемых полетов.

В космическую межпланетную программу должны быть включены как марсианская экспедиция, так и лунная пилотируемая программа. Сначала целесообразно реализовать то, что может дать больший научно-технический эффект и создать технологии, используемые в последующих программах.

По мнению российских специалистов с позиции генерации знаний, создания новых технологий, а также обеспечения безопасности экипажей, лучше сначала реализовывать марсианскую программу, а затем лунную.

Для межпланетных полетов необходимы системы межорбитальной и межпланетной транспортировки, технологии обеспечения жизни и работы экипажей на значительных удалениях от Земли в течение длительного времени и пр. Овладение такими технологиями даст огромный положительный импульс как самой космической программе, так и ее земным приложениям. Можно будет планировать освоение ресурсов планет, борьбу с астероидной опасностью, перевод в околоземный космос экологически вредных и энергоемких производств, решать другие масштабные задачи, необходимые для обеспечения безопасной жизнедеятельности человечества.

Программа межпланетных пилотируемых полетов должна иметь статус национальной идеи. Эта программа по влиянию полученных результатов на жизнь всего человечества превышает показатели всех существующих программ.

Пришло время создать программу межпланетных полетов. Необходима оптимальная этапность программы, схема эффективного международного сотрудничества, нужно разработать проекты космических комплексов и определить базовые технологии.

ПЭС 9133/24.04.2009