Публикации в СМИ

С высоты положения. Уникальный измерительный комплекс передает из космоса ценнейшие данные

Памела - не только красивое женское имя. ­ПАМЕЛА (PAMELA - Payload for Antimatter - matter Ex Nuclei Astrophysics) еще и название очень важного и интересного международного проекта. В переводе с английского эта аббревиатура расшифровывается так: прибор, предназначенный для изучения материи, антиматерии и астрофизики легких ядер. Более двух с половиной лет на околоземной орбите летает космический аппарат “Ресурс-ДК1”, и среди прочих научных приборов на его борту установлен мощный комплекс измерительной аппаратуры - спектрометр ПАМЕЛА. Большой вклад в его создание внесли специалисты Долгопрудненской научной станции ФИАН.

А теперь все по порядку. Идея проведения эксперимента принадлежит московскому Инженерно-физическому институту, конкретно - нынешнему руководителю проекта ­ПАМЕЛА профессору Аркадию Гальперу. В начале 90-х годов прошлого века на международной конференции он предложил итальянским коллегам, имеющим большой опыт в исследовании космических лучей, провести совместный российско-европейский эксперимент. Итальянцы колебались и тянули с ответом. Ведь построить крупный измерительный комплекс и запустить его в космос - задача сама по себе наисложнейшая. А тут еще начались некие политические игры: подобное же предложение поступило и из-за океана. Итальянские чиновники от науки настоятельно советовали своим ученым принять предложение американцев. Почему итальянцы все же предпочли россиян - неизвестно. Возможно, как это нередко случается, сыграли роль личные симпатии. У российских ученых давние связи с итальянскими коллегами. Главное, что интуиция итальянцев не подвела. Эксперимент, получивший название ПАМЕЛА, оказался вполне успешным. Об этом можно судить уже сейчас. А аналогичный проект американцев (его возглавил нобелевский лауреат Тинг) до сих пор не реализован - американский прибор ожидает запуска в космос.

Но мы забежали вперед. А.Гальпер привлек к участию в проекте ПАМЕЛА питерский Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе и Долгопрудненскую научную станцию ФИАН. Станция работает с 1946 года и все это время исследует космические лучи в атмосфере Земли. С российской стороны в эксперименте участвует примерно 20 специалистов, от европейских стран - 50 (помимо итальянских еще ученые из Германии и Швеции).

Итак, какая задача стояла перед участниками эксперимента?

- Предстояло разработать несколько детекторов различного назначения, объединенных в единое целое и действующих как один прибор - спектрометр ПАМЕЛА, - рассказывает участник эксперимента, заведующий Долгопрудненской научной станцией ФИАН, профессор Юрий Стожков. - Аппаратура должна регистрировать частицы известного и неизвестного происхождения и определять их свойства - заряд, массу, энергию и т.д. Каждая страна отвечала за свою часть аппаратуры. Например, калориметр и трекер сделали в Италии, магнит - в Германии. Российские ученые разработали и изготовили два детектора: один для регистрации ливней заряженных частиц, идущих из калориметра (МИФИ), второй - нейтронный детектор (ФИАН).

Частицы попадают в калориметр, взаимодействуют там с ядрами вещества (вольфрама) и, если в результате образуются нейтроны, регистрируют их нейтронным детектором. Этот детектор позволяет отделять ядерно-активные частицы (протоны, ядра) от электронов и позитронов. Отмечу, что российские приборы сделаны практически полностью из отечественных комплектующих. Разработанные МИФИ и ФИАН приборы прошли все необходимые испытания. Аппаратура надежна и может работать в космосе в течение нескольких лет.

Хотя весь комплекс строился на известных принципах, используемых в ядерной физике, разработчики применили самые современные технологии и новинки радиоэлектроники. Благодаря этому точность детекторов поистине уникальная. Например, траектория полета частицы в магнитном поле спектрометра определяется с точностью в несколько микрон.

Изготовление ПАМЕЛЫ, весом около полутонны, заняло пять-шесть лет. Много времени потребовалось для испытаний аппаратуры, поскольку требования к ней предъявлялись чрезвычайно жесткие. Наконец, 15 июня 2006 года состоялся запуск спутника. Я наблюдал это грандиозное событие на Байконуре. Подготовка к старту, отсчет времени заняли примерно полчаса. Затем каждая служба доложила о готовности. Напряжение огромное! И вот раздалась команда включить двигатели, последний отсчет времени, пуск! И ракета “Союз” оторвалась от Земли. Обратил внимание, какое большое впечатление произвели на иностранных участников эксперимента, присутствовавших при запуске, слаженность, четкость действий всех специалистов космодрома, их профессионализм.

Конечно, мы все волновались: выйдет ли спутник на орбиту? Но через несколько минут стало ясно: сбоев нет, полет проходит нормально. Первая часть задачи решена. Теперь нужно было ждать несколько дней, когда после тщательной проверки всех бортовых систем по команде с Земли включат спектрометр. И опять переживания: вдруг что-то пойдет не так - ведь техника наисложнейшая, а исправить уже ничего нельзя. Между прочим, стоит ПАМЕЛА, думаю, несколько миллионов евро. Но и здесь все обошлось благополучно - комплекс заработал в штатном режиме. В Москву, в Научный центр оперативного мониторинга Земли Роскосмоса, начали поступать первые данные с орбиты, и их тут же передавали всем участникам проекта.

Сегодня, спустя два с половиной года, мы с уверенностью можем сказать, что полностью удовлетворены работой комплекса, объемами и качеством получаемой информации. Да и может ли быть иначе, если на Землю с космического аппарата ежедневно поступает до 15 гигабайт данных? Эксперименты по поиску антивещества проводились и раньше, но лишь с помощью аэростатов на высотах 30-40 км, где есть фон от остаточной атмосферы, а значит, неизбежны погрешности в измерениях. Мы же получаем информацию с околоземной орбиты, с высоты 300-600 км, непосредственно из космоса. Можно сказать, из “первых рук”. Детекторы регистрируют каждую частицу, которая попадает в поле их зрения. Они передают нам данные о потоках антипротонов, позитронов и других частиц в области энергий, которая раньше вообще не изучалась.

Ученые получили два фундаментальных результата. Первый основан на анализе наших экспериментальных данных отношения потока антипротонов к потоку протонов в зависимости от энергии этих частиц. Впервые это отношение получено с высокой точностью в области энергий (1-100) ГэВ. Нужно сказать, что выделение антипротонов представляет собой очень трудную задачу, так как на одно антипротонное событие приходится примерно 10 тысяч протонных событий. Сопоставление экспериментальных данных с расчетами теоретиков показало, что все антипротоны в нашей Галактике образуются за счет взаимодействия космических протонов с межзвездным газом. Это означает, что нет необходимости предполагать наличие в нашей Галактике областей, состоящих из антивещества (антипротонов), или предполагать существование каких-либо дополнительных процессов образования антипротонов, например из “черных дыр”.

Второй результат основан на изучении отношения потока позитронов к суммарному потоку электронов и позитронов. Из теоретических расчетов следует, что с увеличением энергии этих частиц величина отношения должна уменьшаться, однако полученные экспериментальные данные показали, что это отношение действительно сначала падает в области энергии (1-10) Гэв, затем начинает существенно возрастать. Этот надежно установленный факт не может быть объяснен с помощью общепринятых моделей генерации и распространения космических лучей в нашей Галактике и, возможно, свидетельствует о существовании темной материи в космическом пространстве. Поиск частиц темной материи ученые в разных странах ведут уже очень давно, но пока безрезультатно. Если нам удастся понять природу темной материи, установить, из чего она состоит, человечество сделает колоссальный шаг в своем развитии, сравнимый с познанием строения атома, природы ядерных реакций.

Понятно, какое большое значение мы придаем проекту ­ПАМЕЛА. И, конечно, вся наша международная коллаборация надеется, что спутник “Ресурс-ДК1” будет летать еще несколько лет, а наша ­ПАМЕЛА - бесперебойно работать и преподнесет нам новые неожиданные результаты. Очень бы этого хотелось! Ведь за это время произойдет изменение активности Солнца и, соответственно, изменятся потоки космических лучей в нашей Солнечной системе. Предполагается, что опыт, полученный в нынешнем эксперименте, будет использован в новом многообещающем международном космическом проекте “Гамма-400”.