В России готовится эксперимент «Нуклон 2», направленный на изучение тяжелых ядер в составе космического излучения. Для этого на орбиту планируется отправить 48 высокоточных спектрометров, разработанных в НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына. В ходе исследования ученые получат данные о взрывах сверхновых звезд в относительной близости от Солнечной системы, радиационное воздействие которых могло значительно повлиять на биосферу Земли. Запуск ракеты-носителя с оборудованием для эксперимента запланирован на 2022 год.
Эксперимент «Нуклон 2» (нуклон — общее название для протонов и нейтронов) направлен на регистрацию частиц космического излучения, источниками которого являются объекты, находящиеся в относительной близости от Солнечной системы (в радиусе около одного килопарсека). В первую очередь ученые хотят получить информацию о взрывах сверхновых звезд, которые являются наиболее вероятными источниками тяжелых ядер. При этом относительно небольшой радиус поиска и возраст частиц (не старше двух миллионов лет) гарантируют, что искомые космические события могли существенно повлиять на развитие жизни на Земле. При этом главные вопросы заключаются в том, насколько существенным было это влияние и как оно повлияло на нашу планету.
— Я не думаю, что воздействие радиации от взрывов сверхновых могло вызвать мутации, которые оказали значительное влияние на эволюцию, — говорит руководитель кафедры биологической эволюции МГУ им. М.В. Ломоносова Александр Марков. — Согласно результатам последних исследований, увеличение количества мутаций не сказывается на развитии организмов. Вместе с тем от сильного излучения многие виды могли быть уничтожены, и их исчезновение означало бы снижение биологического разнообразия на планете.
С другой стороны, от космических взрывов могла быть и значимая польза.
— Эксперимент «Нуклон 2» действительно способен дать интересную информацию о происхождении жизни на Земле, поскольку именно от близкого взрыва сверхновой в Солнечной системе могли появится элементы, необходимые для создания первичных условий возникновения простейших организмов, — считает Александр Марков.
Данные, полученные в результате эксперимента, помогут уточнить порог распространенности таких феноменов, как странная материя и островки стабильности в составе изотопов. Странная материя — это вещество огромной плотности, которое, по предположениям физиков, может находиться внутри нейтронных звезд.
При разработке орбитального оборудования для эксперимента «Нуклон 2» встала необходимость в высокой точности определения изотопного состава изучаемых ядер, которая должна достигать десятых долей процента. Это необходимо для того, чтобы определять расстояние между прибором и источником, из которого прилетела частица.
— Изотопы для нас — это своеобразные космические часы, — отметил заведующий Лабораторией галактических космических лучей НИИЯФ им. Д.В. Скобельцына Дмитрий Подорожный. — Каждый изотоп имеет свое время жизни, которое определяется периодом полураспада. Поэтому, зная скорость распространения частиц, их состав и траектории, мы можем достаточно точно узнать расстояние, которое они преодолели до того, как попасть в нашу систему, а также местоположение их источника.
Более того, проанализировав данные о составе частиц, ученые получат возможность моделировать среду, в которой они рождаются, а также механизм их появления. Эта информация должна внести существенный вклад в современную астрофизику.
Для решения поставленных задач разработан прибор, состоящий из 48 спектрометров, каждый из которых содержит 32 калометрических датчика, измеряющих энергию частиц, и восемь трековых детекторов, которые показывают траекторию их движения. Однако такое количество измерительной аппаратуры потребовало существенного снижения ее суммарного энергопотребления для того, чтобы вписаться в возможности базовых спутников.
— Для решения этой задачи мы сотрудничаем только с отечественными компаниями — например, сверхточные датчики для «Нуклона 2» делает Зеленоградский нанотехнологический центр, а НПП «Горизонт» из Екатеринбурга поставляет бортовую электронику, — подчеркнул Дмитрий Подорожный. — Также ключевым нашим партнером является Объединенный институт ядерных исследований в Дубне, где будут проводиться испытания нашей техники.
На текущий момент прототип устройства уже прошел первые испытания на протонном ускорителе SPS в ЦЕРНе, где имитировались условия его работы в космосе. Однако результаты экспериментов на европейской установке не вполне удовлетворили разработчиков, поскольку энергии частиц, которые она разгоняет, занимали только самую верхнюю часть диапазона возможностей оборудования для «Нуклона 2». Продолжить испытания с ядрами меньших энергий ученые планируют уже на новом ускорителе NICA, который в настоящее время строится на базе Объединенного института ядерных исследований в Дубне.
Прибор планируется установить на один из российских коммерческих спутников, вместе с которым он будет доставлен на орбиту (наиболее вероятным кандидатом на эту роль является один из аппаратов, разработанных «РКЦ «Прогресс». Это решение позволит значительно упростить реализацию проекта и снизить затраты. Запуск ракеты-носителя с оборудованием для «Нуклона 2» запланирован на 2022 год.