Большой Андронов коллайдер

Сегодня давнему другу  «Гранита науки», астрофизику Ивану Леонидовичу Андронову исполняется 60 лет. Доктор физико-математических наук, представитель Школы переменных звёзд В. П. Цесевича  почти полвека занимается математическим моделированием физических явлений в астрономических процессах. Мы поздравили его с юбилеем и поговорили о главном: фундаментальной науке.

— Чем больше площадь круга, тем больше окружность, которая соприкасается с неизвестным, заметили ещё древние греки. Иван Леонидович, вы уже так давно в своей теме, но возможно ли знать её досконально?

— Сейчас идёт экспоненциальный рост не только вируса, из-за которого я отмечаю юбилей в узком кругу: с дочкой, тещей и женой на даче посреди высаженных ею тюльпанов – но и информации, очень большое количество которой трудно «переварить»: мы смотрим на звёзды и со спутника, и с наземных обсерваторий, и прозреваем их в теории… Поэтому идёт фрагментация по разным направлениям. Колоссальное количество данных, требующих обработки, сделало модным такое направление, как Data Mining. Открыты многие базы данных, которые можно брать, перебирать эти миллиарды звёзд и находить новое и интересное. Это напоминает поиск грибов в лесхозе: есть элементы и везения, и подготовки. Мало видеть, что звезда меняется, надо понять, почему так происходит. 

Сейчас что интересно – очень активно работают и любители, не надо их путать с дилетантами. Это подготовленные люди, которые занимаются астрономией в виде хобби. В феврале в одном научном журнале в Соединённых Штатах вышла наша статья вместе с очень активным любителем астрономии из Киева Максимом Пятницким, который обнаружил очень интересную звезду. Если обычно в двойных системах происходит время от времени затмение и блеск ослабевает, то здесь как раз наоборот, периодически происходят вспышки. Оказывается, что это двойная звезда, но движутся они по очень вытянутой орбите, и когда одна звезда приближается к другой, то они друг друга нагревают. То есть это не вспышка, а такой взаимный обогрев.

Есть звёзды, за которыми тоже охотятся и профессионалы, и любители – например те, что называются The Heartbeat, то есть «Биение сердца». Это была мода зимы-2020. Движутся они тоже по вытянутым орбитам, и друг к другу притягиваются и меняют свою форму. На Земле есть приливы от Луны, от Солнца, а здесь получается, что высота этих приливов ещё связана с тем, что при этом изменяется расстояние. То есть выходит синхронное изменение структуры обеих звёзд при приближении-удалении. Вот это одно из интересных звёздных открытий последнего года, когда был запущен спутник TESS, и он очень активно наблюдает разные области, хотя в основном предназначен для того, конечно, чтобы искать экзопланеты. Но кроме них есть очень много интересных нормальных звезд, которые находятся в ненормальных условиях, и поэтому мы можем открывать, наблюдать и интерпретировать много удивительных явлений в лаборатории нашей Вселенной. 

— Большой адронный коллайдер сказал какое-то новое слово астрономам, в том числе?

— БАК связан и с астрономией, и с физикой высоких энергий, и там задействованы колоссальные силы, колоссальное количество публикаций: какие могут быть новые частицы и связанные с ними эффекты в космическом пространстве. Раньше мы говорили о том, что возможны две звезды, которые падают друг на друга и излучают гравитационные волны, и обычно, в нашем представлении, это были белый карлик и красный карлик, но впоследствии были обнаружены и звёзды более слабые, например, два белых карлика, которые вращаются, и когда падают друг на друга, то происходит вспышка сверхновой. Это может быть и белый карлик в паре с нейтронной звездой или чёрной дырой. Или две массивные чёрные дыры вращаются, излучают волны, и когда сливаются, то происходят вспышки гравитационного излучения. Такое открытие произошло несколько лет назад, хотя теоретически это было ожидаемо с 1961 года, если не раньше.

— Мне кажется, современные астрономы должны чувствовать себя гораздо более счастливыми в профессиональном плане, чем в прошлом веке. Потому что гораздо больше инструментов появилось, и можно намного лучше сориентироваться в своей проблематике. Хотя слово «проблематика» мне не нравится, давайте скажем «в сфере интересов». 

— Действительно, всё, что исследуем и мы, и коллеги прошлого, очень интересно. Эти исследования взаимодополняющие. Чем больше телескоп, тем более слабые объекты он может исследовать, или наоборот получать спектр с высоким разрешением. Но очень больших телескопов мало, астрономов и задач, которые они предлагают, существенно больше, поэтому очередь к таким инструментам стоит на конкурсной основе, и наблюдать за объектом месяцами роскоши ни у кого нет. В последние годы любителям стали доступны телескопы диаметром до полуметра, ну, 70 сантиметров, на которые ставят чувствительные приёмники, и они могут позволить себе наблюдать объекты в течение десятков ночей и тогда что-то интересное увидеть. 

Можно провести такое бытовое сравнение из былой докарантинной эры, когда люди выходили из дома. Можно следить, следить, следить, но нужно и везение, если неточный расчёт, для того, чтобы сфотографировать того или иного человека выходящим из дома. То же у звёзд: в основном они проводят время в базовом своём состоянии, но иногда с ними происходит что-то очень интересное. Это надо наблюдать, и это десятки ночей «тотальной слежки» за звёздами. 

Я даже шутку такую придумал, что количество фотонов, которое необходимо для получения результата, примерно одинаково: это может быть спектр, полученный в течение часа-двух на большом телескопе, либо это могут быть десятки ночей, проведенных за малым. Это взаимодополняющие вещи. Там мгновенный снимок, а здесь процесс исследования.

Можно вспомнить моего учителя Владимира Платоновича Цесевича, который объяснял мне, для чего нужно проводить такие мониторинговые наблюдения. Это было 40 лет назад, даже чуть-чуть больше. Мы фотографируем окошко и видим, что в нём падает кирпич. Потом мы смотрим на фотографию и видим: как это, кирпич висит в окне – там что, ниточки? Или гравитация, или ещё что-то такое? А на самом деле, это мы просто сделали один снимок. Когда мы проводим слежение за звездой, то можно построить правильную модель.

— Иван Леонидович, а что для вас сейчас самое интересное в астрономии?

— Так же, как и тогда, когда я был студентом, это переменные звёзды. Направлений интересных сейчас очень много, и люди реализуются в них – но невозможно объять необъятное, можно только интересоваться, чтобы понимать общие принципы, которые идут в разных направлениях. 

Что касается переменных звёзд, то с ними связано очень много вещей. Это активные стадии их жизни, и здесь, с одной стороны, есть и теоретическое моделирование, и эффект везения существенный. В 1992 году мы сделали очень интересное открытие на крупнейшем в Украине телескопе имени Шайна Крымской астрофизической обсерватории. Но это, можно сказать, эффект случайности. Мы наблюдали звезду, которая бывает яркой, активной, иногда слабой, практически постоянной. И мои коллеги говорили: «Какой смысл тратить время на большом телескопе, когда мы знаем, что здесь ничего не может произойти интересного?» Ну, я им говорю: период этой звезды 3 часа 6 минут, поэтому давайте мы с вами немного ещё понаблюдаем, потом будем переводиться на другой объект. Сижу за компьютером, вдруг вижу, отчёты пошли очень резко вверх. На телескопе мой воспитанник, замечательный наблюдатель Сергей Колесников. И вот оказалось, что мы зарегистрировали беспрецедентную вспышку, когда звезда вспыхнула в 8 тысяч раз! То есть, поток ее излучения увеличился в 8 тысяч раз. Но продолжительность этой вспышки была порядка 15 минут, на следующую ночь уже никаких следов от неё не осталось. Это эффект везения, мы потом потратили 300 часов и больше такого уровня вспышки не регистрировали. А подобные наблюдения очень продвигают наш уровень знания о магнитных полях, на таких экстремальных объектах очень интересно проводить теоретическое моделирование, чтобы понимать спепень влияния Солнца на Землю, например. 

— Если бы вы возглавили Космическое агентство Украины, чем бы вы занимались?

— У меня нету таких амбиций. То, чем занимаюсь я, называется фундаментальная наука. То есть непосредственного выхода в промышленность, в бизнес это дать не может, по крайней мере, в очень быстрое время. Агентство занимается очевидными вещами: прогноз погоды, геолокация, определение координат, какие посевы, где какие пожары, налаживание связи, и гражданской и военной – то есть это существенно другая часть, которая пользуется астрономией. Естественно, для того, чтобы космические корабли хорошо ориентировались в пространстве, необходимы звёзды. В Америке был создан даже большой «Каталог звёзд гидирования» – так мы в астрономии называем ведущие звёзды, – где даны их блеск и координаты, чтобы можно было хорошо ориентировать корабль с земной поверхности. 

— А какие вы свои достижения хотели бы отметить, кроме той беспрецедентной вспышки красного карлика? 

— Время идёт, и результаты самые разные. Моделирование перетекания вещества в двойных системах с учётом магнитного поля и его наблюдательные проявления — это было первое направление, которым я занимался. И для того я занялся разработкой математических моделей. Особенностью астрономии является то, что мы не можем просто включить измерительный прибор, который будет измерять подряд и столько, сколько нам нужно – мы связаны с погодой, с выделением времени и так далее. Поэтому распределение этих наблюдений очень сильно неравномерное. И когда к этому неравномерному распределению применяют упрощённые модели, которые были получены для простых распределений, равномерного ряда, можно получить ошибки в параметрах, которые достигают десятков процентов, и из этого можно получить вообще какие-то ложные результаты. Вот поэтому я занялся всерьёз математическим моделированием, с тем, чтобы не получать ложных открытий – или, как сейчас говорят, фейковых. Конечно, открытие хочется сделать каждому, но вполне может быть, что лишь игра случая дала что-то, похожее на интересный эффект, а на самом деле это лишь статистическая флуктуация.

Ещё мы измеряли быструю переменность. Облака плазмы, падающие на белый карлик в магнитном поле, показывают очень стильную переменность, причём это переменность на огромном диапазоне времён: от трёх секунд до десятилетий. По наблюдениям получалось, что там, возможно, есть какие-то квазипериодические колебания. А теория показывает, что там не было механизма для того, чтобы показывать переменность, периодичность этой переменности. Ну, подключились американцы, пошло  несколько работ, мол, вот мы обнаружили характерное время 3 минуты, 127 секунд, 90 секунд периодичность. Мы подготовили свою статью. Но в какой-то момент я сказал своим соавторам: стоп, я проверю математически. Потратил где-то год, но вывел строгие математические уравнения, посчитал необходимые матрицы, и в результате оказалось, что механизм этой переменности совсем другой, не тот, что публиковали американцы, которые использовали простые модели.

Кстати, сейчас выходит в издательстве Elsevier – это одно из самых престижных в мире, там Scopus – монография по большим базам данных, там есть моя глава, она 11-я, по анализу временных рядов – как раз о том, что нужно использовать полные модели, а не упрощённые. Выход книги запланирован  на 21 апреля.

Ну и, с другой стороны, такое обилие математических моделей привело к тому, что мы стали их применять к звёздам разных типов: пульсирующие (долгопериодические и короткопериодические), затменные, катаклизмические – более двух тысяч звёзд, которые обработали, проанализировали в нашей группе.

— Иван Леонидович, а почему вы не работаете ни в каком НИИ, в обсерватории? Почему сейчас доктор наук Иван Андронов занимается фундаментальной наукой исключительно в свободное от преподавательской работы время? 

— С одной стороны, мои дедушка, мама и папа были преподавателями, так что этот выбор, я бы сказал, семейный. Преподавание обрушилось на меня ещё в аспирантуре, когда слёг и уже не выходил из дома мой руководитель, Владимир Платонович Цесевич, и мне пришлось читать его студентам сильно математизированный курс релятивистской астрофизики. Причём из десяти студентов пятеро потом пришли под моё научное руководство писать работы. 

А с другой стороны, сейчас в нашей обсерватории идёт жуткое сокращение. Так наука поставлена в нашей стране, к сожалению. Но сейчас я бы не хотел много говорить об этом, чтобы не расстраиваться. 

В 2003 году я получал премию имени М.П. Барабашова в Национальной академии наук Украины. Поэтому присутствовал на всём заседании НАНУ. Директор какого-то института – значит, академик – сказала тогда министру образования и науки, тогда это был Василий Кремень: «Вы платите нам копейки и хотите науку мирового уровня. Мы берём эти копейки, вынуждены зарабатывать реальные деньги на стороне, делать науку мирового уровня и делать вид в отчётах, что делаем это за ваши копейки». Тогда я получил наибольшую государственную награду из тех, которые могут получить не директора больших институтов: 1000 гривен. Без налога – 800. Горжусь! 

— Тут, конечно, можно гордиться только тем, какой Вы энтузиаст… Иван Леонидович, заведуя кафедрой в Одесском национальном морском университете – видите перспективную молодёжь? 

— В Морской университет я перешёл работать из Одесского национального университета имени Мечникова. Научные контакты остались, и студенты, которые захотели продолжать работать со мной, делают это, при том, что у них есть официальный руководитель в Мечникова. А почему вы удивляетесь? Ну почему можно работать с Кореей — сегодня я до 5-ти утра, например, вычитывал статью с корейскими коллегами, чтобы отправить окончательный вариант, — а нельзя с Мечникова? Есть научные интересы, пусть даже мне это не оплачивается. Третьекурсник Дмитрий Твардовский (читайте на «Граните науки» его статью) и блестящая выпускница университета Мечникова Катерина Андрич – оба выходцы из Астрономического кружка Владиславы Игоревны Марсаковой, моей воспитанницы, заслуженного деятеля образования и науки Украины. Когда-то он был на Станции юных техников, потом в Одесском центре внешкольного образования и воспитания, а в последние годы Марсакова перешла в Ришельевский лицей (о её роли упоминает также Павел Виктор в интервью «Граниту»). 

Опять же, вундеркинд Виталий Бреус, который в 11 лет пришёл в кружок Марсаковой – сейчас ему 31 год, он доцент и был рекомендован на стипендию Кабинета министров. Но фонд на науку сократили, так что, скорее всего, молодёжь снова ничего не получит.

Мне очень обидно, что нашу феноменально талантливую молодёжь чествуют в других странах, а в Украине всё, что я лично могу сделать для ребят – это устроить умницу Твардовского (у него День рождения 28 апреля, кстати – недалеко от моего), который активно занимается и программированием, и исследованием звёзд, работать к себе на кафедру лаборантом, а Андрич, абсолютную чемпионку среди студентов по публикациям в научных изданиях (у неё сейчас в Корее выходит 12-я) – ассистентом: научной ставки для неё, увы, нет. Катерина создала программу, которая могла бы потянуть на две, а то и три научных работы по информационным технологиям. На Гамовской конференции  она блистательно выступила на английском языке, что для меня в порядке вещей, потому что Катерина ещё в 2015 году получала диплом за лучший научный дебют в Польше, её программа MAVKA была признана лучшей на летней школе в Словакии. И сейчас уже много человек просят нас выставить её в открытый доступ – купить не предлагают. Получается, «вы выставляйте, мы на вас, может быть, сошлёмся». Хотя, с другой стороны, мы же не ссылаемся на Word, Excel, Windows…

Компьютерные науки и астрономия взаимодополняют друг друга. Самая младшая из защитивших диссертацию учеников — Мария Ткаченко — использовала разработанную экспертную систему анализа кривых изменения блеска затменных двойных звёзд для введения новых параметров классификации и создания атласа и каталога характеристик этих интересных объектов. И в этом случае, разработка алгоритмов позволяет получать значительно более точные и уверенные результаты.

Сергей Колесников, который с 1989 года проводил поляриметрические наблюдения на ЗТШ – Зеркальном телескопе Шайна Крымской астрофизической обсерватории, сейчас в докторантуре университета Мечникова, но у нас с ним 58 совместных статей и всё равно это мой ученик. Ещё есть аспирантка Виолетта Кулинская, которая, закончив ОНУ Мечникова по специальности «Физика и астрономия», пришла на «Компьютерные науки» в ОНМУ и пишет диссертацию на стыке информационных технологий и астрономии, с использованием методов машинного обучения и искусственного интеллекта. Всего у меня защитило 8 человек кандидатские работы и двое готовят докторские. Первая защита была в 1997 году. Я не ставлю себе задачу выпускать аспирантов каждый год и делать массовку. Я делаю то, что умею: создаю алгоритмы и программы, пишу статьи, учу и поддерживаю, несу разумное, доброе, вечное. Помочь людям выйти на орбиту, дать поддержку и направление, чтобы они могли развить свои личные способности – в этом я вижу свою главную задачу.

— А вам не предлагали работать в иностранных институтах?

— Предлагали, и я работал на проектах в Польше, Словакии, Греции, Франции, Испании, Чехии, Германии, Корее. На конференции ездил ещё и в другие страны. Теперь Великий Карантин – поездки этого года отменены. Но кратковременные поездки это не устройство на работу, это «всплеск» работы, не отвлекаясь на учебный процесс и текучку (хотя, как и во время карантина, решение важных вопросов идёт через интернет круглосуточно). Впрочем, занятия за меня никто не проводил, они просто смещались на до и после поездки. По нашим законам, за рубеж в командировку можно уехать на срок до 60 дней, с сохранением зарплаты в Украине. После шести месяцев отсутствия – увольнение. 

А насовсем переехать было для меня исключено: это означало оставить без присмотра маму, которая ещё была жива. Знаю коллег, которые поменяли страну и даже семьи. Этот вариант мне не нравился.

— Иван Леонидович, с высоты своего опыта, как бы Вы сформулировали, для чего нужна фундаментальная наука? В руках тех же вирусологов  жизнь и смерть людей, здесь и сейчас, ощутимо. А в чём пружина вашего интереса у фундаментальной науке?

— Люди хотят знать будущее. У нас нету миллиардов лет, чтобы наблюдать Солнце или Землю, но мы можем наблюдать похожие звёзды, которые имеют разный возраст, разные массы и, соответственно, построить какую-то такую модель, выстроить данные в некую последовательность для того, чтобы понять, что будет происходить с нашим Солнцем и какие эффекты нужно учитывать: какие не слишком существенны, а какие будут важны, может, через пять миллиардов лет.

Что касается вирусологов, то есть хорошая фраза: «Компьютеры – это средство для решения тех проблем, с которыми человечество не сталкивалось до изобретения компьютеров». Кто знает, может быть, если бы вирусологи не выводили новые вирусы, то мы с вами и лично сейчас могли увидеться, а не говорили по мессенджеру.  Тем не менее, все проводят – и вирусологи, и химики – смотрят, какие комбинации могут быть веществ, и это не значит, что сразу будет иметь какой-то коммерческий выход. Как там было у Маяковского: «Единого слова ради – тысячи тонн словесной руды». Ну а у нас получается – тысячи звёзд, которые мы можем смотреть и получить в какой-то момент результат, совсем не очевидный с самого начала. Между прочим, математические функции, которые описывают пульсацию звёзд, вибрацию суден и биение сердца, не настолько уж далеки. С использованием моего математического аппарата всплеск-анализа (сейчас его принято называть, на английский манер, вейвлет-анализом) даже защитили диссертацию по кардиологии!

А если взять вопрос о нужности астрономии как таковой – ясно, что это исчисление времени, география, ориентация в путешествиях, в том числе завоеваниях…  Если говорить о более поздних временах, это большой стимул для развития математических методов. Если посмотреть на выдающихся математиков, то они в большой мере занимались решением астрономических задач, притом самых разных. То есть, это неразрывные такие вещи. Если говорить о том, что это инициирует развитие техники, то обратим внимание, что техника для астрономических исследований может использоваться не только в гражданских, но и в военных целях. На астрономии, на открытых исследованиях эта техника тестируется и развивается. 

— Чем занимаетесь на Великом Карантине?

— Кроме занятий, готовим с доцентом ОНМУ Ларисой Кудашкиной и моей супругой, старшим научным сотрудником обсерватории ОНУ им. Мечникова Лидией Чинаровой учебник по мореходной астрономии: астрономические знания на пользу образования в морской отрасли.

— Огромная благодарность Вам за интервью, будьте, пожалуйста, здоровы – мне даже страшно думать, как мало в наших вузах осталось таких Преподавателей с большой буквы, как Большой Андронов!

P.S. С «научной декларацией» Ивана Леонидовича можно ознакомиться здесь

____________________

Подписывайтесь на наш канал телеграм