Телескопы и big data

– Национальный гелиогеофизический комплекс – один из крупнейших научных проектов в стране, – сообщил директор ИЗСФ Андрей Медведев. – Он включает несколько крупных, прорывных инструментов. Мы уже закончили строительство на территории Бурятии – в посёлке Торы – комплекса оптических инструментов, получили разрешение на ввод объекта в эксплуатацию, и с этого года он действует интенсивно. Он уже получает известность и популярность в стране. В рамках Байкальской научной школы по фундаментальной физике на этом объекте прошёл интенсив, когда молодые физики со всей страны могли поработать на уникальных инструментах, которых в России нет. В 2021 году на инструментах этого комплекса побывали студенты Московского госуниверситета, для них была организована школа.

Там же, в Бурятии, ИСЗФ заканчивает строительство прорывного, уникального инструмента, не имеющего аналогов в мире, – многоволнового радиогелиографа с диапазоном частот 3–24 ГГц в урочище Бадары. «Это радиотелескоп, созданный для изучения солнечной активности, – говорит Андрей Медведев. – Инструмент уже на этапе предварительной настройки показывает уникальные данные, которые крайне высоко оценены международной научной общественностью. Специалисты в этой области видят уникальное пространственно-временное разрешение, глубину проникновения в корону Солнца. И называют наш инструмент «перспективой для мировой радиогелиографии». Работа радиогелиографа позволит формулировать направления и технологические возможности для будущих инструментов в ведущих мировых державах – США, Китае. Мы твёрдо уверены, что в следующем году закончим строительство инструмента, получим разрешение на ввод его в эксплуатацию. Уже сейчас понимаем, что основные технологические решения, заложенные в его базу нашими специалистами, были абсолютно верны и показывают крайнюю эффективность».

Тем временем уже закончен первый этап проектирования крупнейшего в стране и одного из крупнейших в мире инструмента для изучения Солнца. Это КСТ-3, или Крупный солнечный телескоп с диаметром зеркала три метра, с функциями коронографа. «На него мы возлагаем очень серьёзные надежды в изучении фундаментальных вопросов физики Солнца, – сказал Андрей Медведев. – Это касается исследования магнитных полей, изучения природы формирования солнечной активности. По мнению представителей мировой науки, такие инструменты необходимы для фундаментального продвижения в изучении солнечной физики. Год назад мы получили положительное заключение главгосэкспертизы на этот проект. В 2023 году уже заложено финансирование. Как только средства будут получены, начнутся предварительные работы по подготовке строительной площадки недалеко от посёлка Монды в Бурятии, на территории Саянской солнечной обсерватории ИСЗФ СО РАН».

Некоторое время назад прошли слушания в Госдуме, и на 2023 год и плановые 2024-2025 годы выделено финансирование на начало строительства КСТ и проектно-изыскательские работы второго этапа национального гелиогеофизического центра. Большой объект планируется запроектировать на территории Иркутской области, в Тажеранской степи, в местности Харикта. Это система радаров. На той же площадке расположится крупный лидар, который будет работать в комплексе с системой радаров. Недалеко от Ангарска, в Одинске, будет строиться нагревный стенд. «Это тоже уникальная установка, таких в мире немного, и она предназначена для работы со всеми средствами, предусмотренными этим проектом, – сказал Андрей Медведев. – Нагревный стенд необходим для искусственного воздействия на верхние слои атмосферы, ионосферы. Наш комплекс будет обеспечен максимальным количеством диагностических инструментов. Весь гелиогеофизический комплекс сможет работать в режиме диагностики эффектов, возникающих при искусственном воздействии на атмосферу мощным коротковолновым излучением. Цифровой поток данных, полученных на инструментах комплекса, будет объединяться в центре сбора и обработки данных, который будет построен в непосредственной близости от главного корпуса ИСЗФ по Лермонтова, 126».

Иркутский ЦОД будет построен по принципу Центра обработки данных Сбера, который расположен в Сколково. Это будет модульное здание площадью 3 тыс. кв. м с возможностью расширения. Проектирование объекта начнётся в 2023 году. «Перспективными сегодня и в будущем мы считаем цифровые инструменты, – сказал Андрей Медведев. – Весь выход, который мы будем иметь с наших инструментов, – это огромный поток данных. А его наличие подразумевает и хранение, и обработку. И в том числе развитие методов обработки данных, включая так называемые «большие данные». Такого потока данных, который ожидается именно с этого комплекса, возможно, не имеет ни один научный центр в мире».

Научный фронтир

– Мы по-прежнему недостаточно знаем о Солнце, – говорит Андрей Медведев. – Я говорю о фундаментальных вопросах, к которым мы только приближаемся. Это долговременная солнечная активность, периодичность и её природа.

– Несмотря на то что Солнце мы изучаем достаточно давно, действительно остаётся ряд вопросов, которые имеют и прикладной, и фундаментальный характер, – добавил первый заместитель директора ИСЗФ Сергей Олемской. – Это и прогноз гелиоэффективных событий, их негативного воздействия на ближний космос, атмосферу Земли.

И, конечно, вся «кухня», которая сосредоточена на Солнце. В оптическом диапазоне мы практически солнышко наше изучили. А вот термоядерные реакции, которые проходят под фотосферой Солнца, магнитные поля уже позволит исследовать новый КСТ-3, телескоп-коронограф. Это и цикл солнечной активности, который мы по-прежнему недостаточно знаем, и динамо-машина Солнца, которая генерирует магнитные поля. Я надеюсь, мы изучим на новом уровне вопросы распада активных областей, вспышечную активность и те самые вспышки, что долетают до нас и вызывают геомагнитные бури.

Радиогелиограф позволит изучать Солнце и околосолнечное пространство в 3D-модели. Каждый источник радиоизлучения располагается на разной высоте над поверхностью Солнца. И широкий диапазон радиогелиографа – 3–24 ГГц – позволит сделать такую модель.

Как отметил Андрей Медведев, по каждому направлению инструменты будущего гелиогеофизического комплекса находятся или на переднем крае науки, или опережают аналоги по своим техническим характеристикам. Если говорить о радиогелиографе, то это прорывной проект мирового масштаба. В Китае существует проект примерно такого же по масштабу инструмента, однако пока он не заработал, так как главная идеология, заложенная в проект, оказалась ошибочной. Сейчас этот инструмент не может давать научный результат, который закладывался при его проектировании. Российский радиогелиограф по техническому заданию был шире и объёмнее, и сейчас уже видно, хотя инструмент ещё не введён в эксплуатацию, что он был построен верно и качественный научный результат гарантирован.

«Это будут первые в мире результаты в этом классе задач, – отметил учёный. – В США такой инструмент существует пока в виде 12-антенной модели. У нас же более 500 антенн, и всё это работает как единый комплекс, сводится и калибруется. Картинка по диску Солнца получается вполне оптического качества. В радиодиапазоне мы видим картинку с высочайшим разрешением».

КСТ-3 – это тоже инструмент мирового уровня. Известно, что сейчас существует общеевропейский проект по созданию четырёхметрового солнечного телескопа на Канарах. Уже работает созданный специалистами США четырёхметровый Daniel K Inouye Solar Telescope (DKIST) на Гавайских островах. Однако в него заложена немного другая идеология, КСТ-3 ориентирован скорее на изучение магнитных полей. И эти два крупных инструмента, по мнению учёных, будут замечательно дополнять друг друга. Система радаров в Тажеранских степях также на переднем крае науки, потому что центром её станет уникальный всеатмосферный радар, который сможет получать данные о состоянии атмосферы на расстоянии от 10 км до нескольких тысяч км. Это и температура, и биохимический состав, ветры. Весь спектр данных. Радар расположен в интересном месте, над Байкалом. И это позволит изучать глубинную циркуляцию атмосферы над озером, а также литосферно-атмосферные взаимодействия. Таких мощных радаров в мире очень немного. Когда радар будет запущен, он станет самым современным, у него будут самые широкие возможности на планете. «Все инструменты должны дать толчок отечественной науке и задел на ближайшие 20–25 лет. Они обеспечат фронтир в этой области науки», – сказал Андрей Медведев.

– Страна очень долгое время не реализовывала такие крупные научные проекты, – отмечает учёный. – Идея создания этого комплекса принадлежит научному руководителю – академику Гелию Александровичу Жеребцову. Его настойчивость, убеждённость и умение убеждать других являются залогом того, что в непростые времена проект продолжается и реализуется успешно. Он поддержан на уровне Правительства, Министерства образования и науки, руководства госкорпорации «Ростех», которая является нашим партнёром во всех проектных работах и изготовлении инструментов комплекса.

Увеличение в два раза

Проект помимо собственно строительства инструментов, что само по себе невероятно сложная задача, окружён целым комплексом проблем, которые ИСЗФ, руководству области, Правительству РФ и Ростеху предстоит решать. Одна из важнейших задач – подготовка высококвалифицированных специалистов для работы на объектах этого комплекса, отметил Андрей Медведев.

– Мы постоянно занимаемся вопросом привлечения специалистов, причём первые шаги делаем уже в школе, – сказал Сергей Олемской. – Ежегодно у нас проходит конференция «Человек и космос», в которой принимают участие школьники. Конференция получила межведомственную премию «За преданность науке» Министерства науки, высокую оценку различных корпораций нашей страны. Мы проводим Международную Байкальскую научную школу по фундаментальной физике, основателем которой является академик Гелий Жеребцов. Формат позволяет молодым учёным России и зарубежья показать свои результаты, пообщаться с выдающимися учёными нашей страны и мира. ИСЗФ имеет лицензированную научную магистратуру, в стране только шесть таких организаций. Есть и лицензированная аспирантура. Именно такой формат – магистратура/аспирантура – позволяет к концу обучения получить фактически зрелого учёного, который может самостоятельно проводить исследования. На базе института много лет работает диссертационный совет, и наши ребята успешно защищают и кандидатские, и докторские. Все условия есть – начиная с подготовки школьников и заканчивая докторами наук. В этом году мы ввели первый объект национального гелиогеофизического комплекса – комплекс оптических инструментов в Торах, это позволяет нам уже привлекать на работу на нём наших выпускников, высококвалифицированные кадры.

После ввода в эксплуатацию Национального гелиогеофизического комплекса штат ИСЗФ должен увеличиться в два раза. Сейчас число сотрудников – 500 человек, а к концу стройки в 2030 году оно составит тысячу человек. Около 20% из них – научные работники, для обслуживания инструментов понадобятся высококвалифицированные инженеры. ИЗСФ – единственный в Иркутске институт, который входит в перечень предприятий оборонно-промышленного комплекса. Сотрудники ИСЗФ не подлежат мобилизации. «Я думаю, что в самое ближайшее время инструменты национального гелиогеофизического комплекса получат широкую известность среди студентов и аспирантов по всей стране, – сказал Андрей Медведев. – Мы ожидаем и будем рады встретить поток желающих поучиться работе на этих инструментах».