"Большая астрофизика" в Казахстане: Новые проекты, исследования и коллаборации

В Казахстане космическая наука развивается в различных направлениях. Одним из более развитых и успешных является астрофизика. Астрофизика занимается определением физических характеристик космических объектов и их взаимодействия. Без астрофизики не было бы практических результатов космической деятельности, а ученые‑астрофизики сталкиваются с существенными ограничениями в своей работе, так как не могут проводить эксперименты. Многие из сил, действующих в космосе, проявляют себя лишь на огромном расстоянии или при наличии гигантских по массе и объему объектов, но, если бы не эта наука, мы бы не узнали, что такое спутниковая передача данных. С чего началась казахстанская астрофизика? История астрономических исследований в Казахстане берет начало с Астрофизического института имени Фесенкова в Алматы, который основан в 1941 году. В институте проводят астрономические наблюдения, теоретические исследования и компьютерные моделирования. Астрономические наблюдения проводятся на трех наблюдательных базах, расположенных в горах вокруг Алматы – это обсерватория на Каменском плато, Тань-Шанская высокогорная обсерватория, обсерватория Ассы-Тургень. Сам институт находится на Каменском плато, где не только работают ученые и специалисты, а также расположена научная и образовательная база. О будущем казахстанской астрофизики, научных проектах и международном сотрудничестве корреспонденту Елорда Инфо рассказал заведующий отделом наблюдательной астрофизики Астрофизического института им. Фесенкова Александр Серебрянский. Проекты Астрофизического института

«Мы закончили выполнение нескольких проектов, реализация которых началась в 2017 году. Обычно проекты ведутся по три года. Сейчас мы занимаемся разработкой новых проектов, которые будем подавать через Министерства образования и науки и цифрового развития инноваций и аэрокосмической промышленности. На данный момент идет работа над проектами прикладного характера. Что касается фундаментальных исследований, наш коллектив их выполняет в рамках грантового финансирования», - рассказывает Александр Владимирович.

Одним из важных проектов для института является разработка виртуальной обсерватории в Казахстане, куда включена автоматизация наблюдательной базы, модернизация телескопов, установка нового оборудования. [caption id="attachment_74159" align="aligncenter" width="640"] Источник: gorodpavlodar.kz[/caption]

«Акцент идет больше на автоматизированные системы, работающие по скриптам, то есть по файлу задач. Часть телескопов уже автоматизирована на уроне дистанционного управления», - говорит астрофизик.

Кроме того, в коллективе института работают над тем, чтобы включить возможность проведения больших численных экспериментов. В таком случае научный центр или студенты казахстанских университетов могли бы пользоваться компьютерным кластером института.

«У нас есть ребята, которые обладают соответствующими знаниями и своим собственным программным обеспечением для проведения компьютерных симуляций. Если студенты захотят, к примеру, исследовать динамику галактики, то есть посмотреть, как она ведет себя на миллиарды лет, можно попробовать симулировать это на компьютерах», - утверждает глава отдела.

Также в институте накоплен гигантский массив данных за предыдущие 50 лет работы. Огромную библиотеку с пленками, астронегативами необходимо перевести в современный единый формат, специально разработанный в астрофизике, для того, заинтересованные лица могли ими воспользоваться.

«Таким образом мы хотим значительно повысить узнаваемость наших обсерваторий, научных достижений в мире. Само собой, использование данных будет со ссылкой на Казахстан, наш институт», - отметил Александр.

Институт преследует еще одну амбициозную цель – интегрировать возможности своих обсерваторий в образовательные центры. Глава отдела утверждает, что через виртуальную обсерваторию можно поднять общий уровень образования в области астрофизики, так как обсерватории – это основополагающая часть многих университетов за рубежом, на их основе большое количество специалистов обучаются различным областям знаний, начиная с опций оптики, заканчивая электроникой, роботизацией, цифровизацией и информационными технологиями. [caption id="attachment_74160" align="aligncenter" width="1024"] Источник: tengrinews.kz[/caption]

«Часть технологий, которые должны быть обеспечены для работы обсерватории - методики Big data, Data Mining, то есть извлечение какой-то полезной научной информации из большого массива в архивные данные. Нам необходимо сейчас дать доступ людям в более удобном интерфейсе. Тут параллельно задача развития систем мониторинга околоземного космического пространства – это специальные широкопольные оптические системы, которые занимаются тем, что сканируют небо, например, на фрагмент поиска элементов космического мусора, возможно, астероидов, которые сближаются с Землей», - сообщил он.

Вместе с тем в институте продолжат реализацию фундаментальных исследований в таких областях как активные ядра галактик, звездная эволюция, поиск оптических компонент от источников гравитационных волн, гамма всплесков, то есть высокоэнергичных событий, происходящих во Вселенной. Пандемия и астрофизические исследования Пандемия коронавируса вынудила множество проектов и исследований определить в иное русло либо приостановить, но в Астрофизическом институте обратная ситуация. За год пандемии ни одна наблюдательная ночь не была пропущена. Исходя из анализа отдела наблюдательной астрофизики за 2020 год, запланированные результаты были даже перевыполнены.

«Мы, фактически не выезжали в обсерватории, кроме критических моментов, так как оборудование нужно проверять, в остальное время наблюдаем дистанционно, оперируем нашими телескопами на Тянь-Шанской обсерватории. На Каменском плато пока нет необходимости проводить автоматизацию. Сейчас у нас в приоритете развитие уникальной базы на обсерватории Ассы-Тургень», - пояснил Александр Серебрянский.

Обсерватория Ассы-Тургень – одно из лучших мест в северном полушарии

Астрофизика – довольно затратная наука, что вызвано затруднениями в содержании сразу трех обсерваторий. На данный момент у института в приоритете развитие обсерватории Ассы-Тургень, поскольку там уникальный астроклимат. Обсерватория находится на одноименном высокогорном плато на высоте 2750 метров над уровнем моря. [caption id="attachment_74164" align="aligncenter" width="798"] Источник: Астрофизический институт им. В.Г. Фесенкова[/caption]

«Астроклимат – это не просто хорошая погода, должно быть соответствующее качество атмосферы над этим местом: прозрачность, стабильность, конкретные математические характеристики, которые интересуют нас – астрономов. Сейчас максимум концентрации на эту обсерваторию, чтобы грамотно распределять и эффективно использовать средства», - отметил Александр.

По словам астрофизика, Ассы-Тургень - одно из лучших мест в северном полушарии на нашей долготе. Сейчас у ученых в планах подтянуть инфраструктуру обсерватории до мирового уровня, то есть обеспечить постоянный дистанционный доступ к телескопам, часть телескопов автоматизировать, перевести в синхронный режим часть оборудования и с телескопами других обсерваторий. Одним из технических нюансов является то, что телескоп закрыт в павильоне, но при синхронизации купол должен открываться по команде от сервера одновременно с телескопом.

«При этом автоматизация должна быть «глубокой», то есть телескоп должен обладать логикой по отношению к тому, что происходит вокруг него. К примеру, погода поменялась, есть риски осадков, он должен моментально закрыть купол, выключить последовательно оборудование», - объяснил Александр Серебрянский.

Ученые утверждают, что на базе астрофизической обсерватории в Ассы-Тургень, где будет создаваться автоматизированный комплекс, любой университет сможет через виртуальную систему института заказывать данные. Главной фишкой в модернизации системы астрофизики называют получение не только наблюдательных данных, но и данных симуляции. Автоматизация обсерватории и образование для студентов В Астрофизическом институте на регулярной основе принимают студентов для прохождения практики в обсерватории. Студенты, интересующиеся теоретическими исследованиями, могут проходить практику в стенах института, а тем, кто интересуется инструментальной частью нужно выезжать в обсерваторию. Процесс выезда в обсерваторию специалисты называют затруднительным. Александр Серебрянский считает, что в идеале необходимо создавать лаборатории, конструкторские бюро для студентов. Но в целом у обучающихся будет возможность наблюдать за процессами в дистанционном формате и в то же время учиться автоматизировать систему.

«Грубо говоря, вы на свой сервер выкладываете файл задач, который представляет из себя список космических объектов и соответствующий приоритет, формат наблюдения. Затем система принимает решение, на каком инструменте вести наблюдение, в какой последовательности, как выдавать эти данные. После студент сможет взять эти данные и работать дальше», - поясняет астрофизик.

Международное сотрудничество

Сейчас делать «большую астрофизику» в одиночку нереально, считает Александр Серебрянский. Поэтому исследователи со всего мира ставят перед собой задачи, которые можно выполнять сообща. Первой задачей астрофизиков является наблюдение за объектами, которые требуют непрерывных наблюдений даже в дневное время, в противном случае возникают проблемы интерпретации данных. Поэтому все мировые центры стараются интегрироваться в единую сеть, чтобы по эстафете передавать этот объект исследований. Вторая задача – исследовать внезапные события, как гамма-всплески, сразу несколькими обсерваториями на разных диапазонах электромагнитного излучения. На сегодня Астрофизический институт Казахстана ведет непрерывную коллаборацию с Институтом космических исследований и Институтом прикладной математики в России. В том числе поддерживается на постоянной основе контакт с Северной Каролиной (США), Германией, Китаем в плане работы по компьютерным симуляциям, с Тайванем, японской обсерваторией, Южной Кореей в рамках коллаборации исследования астероидов и Мексикой.

«Например, пролетал астероид Апофис, есть международная коллаборация, мы участвуем и вместе наблюдаем за ним. Данные мы скидываем в Международный центр малых планет в Гарвардском университете. У японцев есть большая программа по исследованию астероидов, в которой мы также участвуем. Без международной коллаборации делать серьезную науку очень сложно», - подчеркнул Александр.

В ближайшем будущем институт планирует подписать определенные соглашения по выходу на телескопы южноамериканских стран как Чили, Мексика, для того, чтобы перекрывать недостающее звено информации из южного полушария. Соответствующие работы также ведутся с австралийскими организациями, Италией и Францией. Каков уровень казахстанской астрофизики?

«Довольно хороший уровень, но можно и лучше. Сейчас то, что мы делаем - не плохо, но это не все, что мы можем сделать. Фактически при правильном финансировании можно развивать астрофизику еще лучше. Надо понимать, что обсерватория может быть фундаментом для роста большего числа специалистов и не только в астрофизике. Обсерватория – это, можно сказать, технопарк. В соседних странах идет понимание того, что должна быть национальная обсерватория. То есть, грубо говоря, это хорошо развитый инфраструктурный центр, где наряду с проведением научных исследований в области астрофизики, будет проходить процесс обучения  молодых специалистов», - считает Александр Серебрянский.

[caption id="attachment_74161" align="aligncenter" width="1001"] Фото из открытых источников[/caption] При этом астрофизик утверждает, что без развития фундаментальной науки трудно представить полноценное развитие прикладной ее части.

«Специалисты будут тогда, когда будет соответствующая база в университетах. Теоретически подготовить специалистов одно, а дать ему возможность «потрогать руками», посмотреть, как работают инструменты – это совсем другое. Университеты не могут считаться полноценными, если у них, к примеру, нет своего ускорителя, оснащенных лабораторий. Но за рубежом у каждого университета есть своя обсерватория, Казахстану же иметь в каждом университете обсерваторию накладно. Достаточно развить одну обсерватория, как Ассы-Тургень», - сказал он.

Что мешает развиваться казахстанской астрофизике?

По мнению астрофизика, одной из критических точек в развитии казахстанской астрофизики является отсутствие широкополосного интернета на удаленных обсерваториях.

«Некоторые задачи, которые сейчас решаются в астрофизике, требуют оперативной обработки. 30-40 гб данных мы получаем за ночь, и этот объем уже сейчас будет расти. Эти данные нужно быстро обработать, внести соответствующие изменения. Частично эта проблема решена, но большие массивы данных мы взять пока не можем, процесс занимает много времени. Сейчас у нас скоростная фотометрия, мы получаем несколько кадров в секунду, каждый кадр занимает порядка 120 мб памяти, то есть представьте, если вы наблюдаете так 4 часа и это только с одного телескопа. На данный момент стоит решение этой задачи», - объяснил эксперт.