Сканировал Игорь Степикин

  • Перспективы
  • Гипотезы
  • Нерешенные проблемы

    БУДУЩЕЕ НАУКИ
    МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЕЖЕГОДНИК

    Выпуск четырнадцатый
    ИЗДАТЕЛЬСТВО «ЗНАНИЕ» Москва 1981

    ББК72
    Б90

    РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ

  • В. Г. КИРИЛЛОВ-УГРЮМОВ, профессор (председатель)
  • Ю. В. БРОМЛЕЙ, академик
  • В. А. ВИНОГРАДОВ, член-корреспондент АН СССР
  • A. П. ВЛАДИСЛАВЛЕВ, профессор
  • B. И. ГОЛЬДАНСКИИ, член-корреспондент АН СССР
  • В. А. КИРИЛЛИН, академик
  • Б. Г. КУЗНЕЦОВ, профессор
  • И. М. МАКАРОВ, член-корреспондент АН СССР
  • Е. М. СЕРГЕЕВ, академик
  • В. И. СИФОРОВ, член-корреспондент АН СССР
  • В. Е. СОКОЛОВ, академик
  • Л. Н. СУМАРОКОВ, профессор
  • А. В. ФОКИН, академик
  • И. Т. ФРОЛОВ, член-корреспондент АН СССР
  • А. М. ЧЕРНУХ, академик АМН СССР
  • Л. К. ЭРНСТ, академик ВАСХНИЛ

    Ответственный редактор Е. Б. ЭТИНГОФ

    Издательство «Знание», 1981 г.

    ИЗ СОДЕРЖАНИЯ

  • B. Л. Гинзбург, академик. Несколько замечаний, касающихся развития физики и астрофизики с. 134-148.
  • Ф. В. Егер (ГДР). Объект познания — Солнце с. 149-155.
  • A. Г. Масевич, доктор физико-математических наук; C. К. Татевян, кандидат технических наук. Спутниковая геодезия: достижения и задачи с. 156-166.
  • B. Ремек, К. Рихтер (ЧССР). Речевые коммуникации в космических полетах международных экипажей с. 167-174.
  • Ф. Эгами (Япония). К подлинному союзу биологии и физики с. 187-192.

    Статьи иностранных авторов перевели:

  • Ф. В. Егер. Объект познания — Солнце. — Г. Назметдинова
  • В. Ремек, К. Рихтер. Речевые коммуникации в космических полетах международных экипажей. — Д. Прасолов
  • Ф. Эгами. К подлинному союзу биологии и физики. — Д. Кирпотин
  • Редактор переводов статей иностранных авторов Р. Чуйкова

    ВИТАЛИЙ ЛАЗАРЕВИЧ ГИНЗБУРГ - физик, академик, лауреат Ленинской премии и Государственной премии СССР, возглавляет Отдел теоретической физики им. И. Е. Тамма Физического института им. П. Н. Лебедева АН СССР. Им получены важные результаты в теории распространения волн в ионосфере, происхождения космических лучей, сверхтекучести и сверхпроводимости, в области радиоастрономии, астрофизики, оптики и др.

    ГИНЗБУРГ В. Л.
    НЕСКОЛЬКО ЗАМЕЧАНИЙ, КАСАЮЩИХСЯ РАЗВИТИЯ ФИЗИКИ И АСТРОФИЗИКИ

  • В какой мере можно предвидеть и планировать развитие науки? Какие факторы будут определять развитие науки до конца нашего века?
  • Какие проблемы в физике и астрофизике представляются в настоящее время ключевыми или, другими словами, особенно интересными и важными?
  • В каком смысле можно (или нельзя) говорить о радикальном изменении роли микрофизики в естествознании?
  • Каковы особенности научных революций и, конкретно, происходит ли сейчас научная революция в астрономии и в чем ее сущность?
  • Последние три вопроса относятся конкретно к физике и астрономии, но по своему характеру довольно типичны (биолог, например, скорее спросит о ключевых проблемах не физики, а биологии сегодняшнего дня).
  • Все приведенные вопросы и целый ряд других, близких и далеких, вызывают определенный интерес и дискутируются в научной среде. Разумеется, немало представителей этой среды считают «делом» только конкретные исследования, а рассуждения и размышления на общие темы и, в частности, обсуждение перечисленных вопросов рассматривают как пустую трату времени или во всяком случае занятие довольно бесполезное. На другом полюсе находятся верящие или надеющиеся на то, что анализ процесса развития науки и определение или уточнение понятия (например, понятия о научной революции, «парадигме» и т. п.) способны оказать существенное влияние на естественнонаучную деятельность.
  • В такой ситуации кажется уместным с самого начала сообщить, что автор настоящей статьи не разделяет ни одной из указанных крайних точек зрения. Даже независимо от их возможной «практической» пользы, история и методология науки могут заинтересовать и фактически многих интересуют. В процессе образования при общении с коллегами любой физик (для определенности будем говорить о физиках) впитывает огромный материал, тесно связанный и переплетающийся с философией, методологией и историей физики. Но это — само собой разумеется, и еще отнюдь не гарантирует заинтересованности в перечисленных вначале вопросах и в других им подобных. Трудно поверить в то, что в обозримое время ситуация в этом отношении существенно изменится.
  • И вместе с тем случайно ли появление «науки о науке» и большого числа статей и книг, ей посвященных? Можно ли поверить, что все дело здесь в колоссальном увеличении числа научных работников, ищущих себе применения во все новых областях? Наоборот, представляется несомненным, что количественный рост науки и числа ее служителей действительно породил целый ряд проблем общего и даже глобального характера. Одна из них — проблема насыщения количества ученых, которое не может без конца расти значительно быстрее численности всего населения.
  • Мы не будем здесь заниматься анализом этих и других подобных им проблем, ибо сам, только и существенный для нас, тезис о неизбежности изменения характера роста количества людей, связанных с наукой, представляется достаточно ясным. С другой стороны, совершенно не видно признаков уменьшения требований, предъявляемых к самой науке в смысле ее роли и влияния на технический прогресс и т. п. Как же обеспечить дальнейший рост и темп роста науки и ее продуктивности, существенно сократив одновременно темп роста числа работающих? На аналогичные вопросы в области промышленности и сельского хозяйства ответ давно известен: нужно повышать производительность труда. Только такой же ответ может быть дан и в случае науки. Но здесь имеется глубокая и существенная разница. Технические усовершенствования способны, как известно, привести к замене машинами огромного числа рабочих. В области же науки роль человека значительно выше, и даже вычислительные машины, не говоря уже о различных технических усовершенствованиях менее принципиального характера, не столь эффективны (по сравнению с автоматическими станками и различными механизмами в материальном производстве) с точки зрения повышения продуктивности и производительности научной деятельности.
  • Коротко говоря, повышение производительности научного труда представляется совершенно необходимым и вместе с тем особенно трудно достижимым. Отсюда мы и приходим к выводу, что обсуждение целого ряда сторон развития науки, ее планирования и организации, а в связи с этим и истории, вопросов преподавания и т. д. будет привлекать и уже привлекает к себе значительно большее внимание, чем в прошлые времена.
  • Но что значит «привлекать внимание»? Практически речь может идти, особенно на первых этапах, о достаточно широком обсуждении всей соответствующей проблематики, о выработке какого-то взаимопонимания среди ученых. А вот как раз взаимопонимания при обсуждении вопросов развития науки нам все еще очень недостает. Конечно, можно найти физиков, которые не согласны даже с обычным изложением основ ньютоновской механики, не говоря уже о специальной теории относительности и нерелятивистской квантовой теории. Однако в целом для «сообщества» физиков, а не для немногих исключений спор в указанных областях может идти об аксиоматике, различных деталях, способах изложения и т. п., но не о фундаменте и, скажем, используемых формулах. В отношении же ответа на вопросы, с которых начинается настоящая статья, а также на другие вопросы, им подобные, картина иная. Правда, опрос научного общественного мнения, насколько известно, не производился (об этом, кстати, можно только пожалеть). Поэтому я могу основываться только на собственном не слишком богатом опыте и некоторых сведениях, ясных из литературы. Но впечатление таково, что расхождения во взглядах многочисленны и иногда весьма глубоки. Часто при этом не видно даже базы для дискуссии, и разговор ведется как бы на разных языках.
  • С таким положением я столкнулся на практике, причем неожиданно для себя. Имея в виду студентов и вообще начинающих физиков и астрономов, я в 1971 г. опубликовал в отделе «Физика наших дней» журнала «Успехи физических наук» статью под названием «Какие проблемы физики и астрофизики представляются сейчас особенно важными и интересными?». Статья была написана без всяких претензий, не с целью кого-либо поучать и содержала многочисленные оговорки, касающиеся условности выделения «особенно важных и интересных проблем» из всех других, а также неизбежной субъективности списка проблем, составленного одним человеком. Тем не менее, оказывается, никакие оговорки и пояснения не помогают или во всяком случае не гарантируют понимания. Пришлось столкнуться с мнением, что выделять какие-то научные проблемы по принципу их важности вообще недопустимо или нескромно. Другое мнение таково: нельзя выделять какие-то проблемы, ибо тогда на развитие других «начальство не даст денег». Был я удостоен и титула «враг ядерной физики», а один мой старший коллега и друг заметил: «Если бы вы написали эту статью, до того как были избраны в Академию наук, то никогда бы туда не попали». Возможно, так оно и было бы. Во всяком случае я поражен, насколько раздражающими, пусть и для небольшого меньшинства, оказываются некоторые простые замечания, касающиеся развития науки, оценки важности тех или иных ее направлений и т. п. Думаю, что это в целом, и не касаясь отдельных «исключительных личностей», можно объяснить именно недостаточным взаимопониманием, отсутствием у физиков привычки обсуждать те проблемы, о которых идет речь. Поэтому моим ответом явилось расширение упомянутой статьи и издание ее в качестве небольшой книжки (Примеч.- Гинзбург В. Л. О физике и астрофизике (Какие проблемы представляются сейчас особенно важными и интересными?). М., Наука, 1974.).
  • В настоящей статье я также хочу обсудить некоторые из вопросов, перечисленных в ее начале. При этом имеется в виду именно «обсуждение», что предполагает и отсутствие априорной убежденности в своей правоте, и желание узнать другие мнения. Беспокоит же меня следующее. Большинство из высказываемых замечаний представляются просто очевидными, тривиальными. В таких случаях рождается чувство протеста (человек ломится «в открытую дверь») и возникает подозрение в стремлении автора поучать. Подобное подозрение было бы особенно неприятно. Фактически, я отнюдь не претендую на то, что сообщаю читателям какие-то новые и глубокие мысли. Многое мне кажется действительно тривиальным и упоминается лишь по одной причине: я сталкивался с мнением, что «тривиальное» на самом деле бывает неверным!

    Об «особенно важных и интересных» проблемах физики и астрофизики

  • Огромно число задач, которыми занимаются физики. Какая-то часть из них неверно поставлена или фактически давно решена, или, наконец, ни для чего не нужна. Но эта часть сравнительно невелика и должна быть отнесена к «издержкам производства», имеющимся в любом деле. В отношении же большинства задач можно утверждать, что они в той или иной мере нужны, важны и интересны. Поэтому-то выделение каких-то «особенно важных и интересных» или «ключевых» проблем настораживает. Возникают опасения, что начинающий человек или администратор (скажем, ведающий финансами) решит, что только такими «ключевыми» проблемами и нужно заниматься, а остальные подождут. По сути дела, именно такого оборота событий и опасается большинство противников составления каких-либо «списков» или обсуждения ключевых вопросов. Но существуют и другие возражения, основанные на неизбежной условности подобных списков, отражающих вкусы их составителей, а также на уроках истории. Так, известно, что многие крупнейшие открытия были сделаны или случайно, или во всяком случае в процессе изучения вполне рядовых задач. Таким образом, грань между рядовыми и ключевыми проблемами является довольно зыбкой и изменчивой. Все это так, и я всегда был в основном согласен с такой точкой зрения. Однако призыв чего-либо не делать только из опасения возможных отрицательных последствий напоминает совет никогда не переходить улицу, поскольку на ней можно попасть под автомобиль. Любому разумному и опытному физику, конечно, ясно, что нельзя, особенно в глобальных масштабах, заниматься только десятком-другим выделенных вопросов, забыв обо всем остальном. Ясно и то, что всякий «список» ключевых проблем будет меняться со временем. Кроме того, пока список составлен кем-либо одним и всесторонне не обсужден, он не может и не должен использоваться для каких-либо организационных выводов.
  • Отсюда, однако, вовсе не следует, что «ключевых» проблем не существует и что не нужно их как-то выделять и обсуждать. Думаю, что сомневаться в самом существовании «особенно важных и интересных» проблем не приходится, подтверждением тому может служить знакомство как с оригинальной, так и с обзорной литературой. Что же касается обсуждения этих вопросов, то оно полезно и в педагогических целях, и для проведения научной политики. Сам я столкнулся именно с первой стороной дела и написал упомянутую книжку в расчете на начинающих свой путь физиков и астрофизиков.
  • Выработка научной политики, т. е. определение путей и методов развития в достаточно широкой области и в достаточно больших масштабах, значительно более сложна и зависит от большого числа факторов, лежащих за пределами самой науки (имеются в виду средства как денежные, так и материальные; состояние проблемы и ее практическое значение и т. д. и т. п.). Научной политики мы здесь касаться совсем не будем.
  • Наконец, приведу свой список «особенно важных и интересных» проблем физики и астрофизики.
  • Макрофизика
  • 1. Управляемый термоядерный синтез.
  • 2. Высокотемпературная сверхпроводимость.
  • 3. Новые вещества (проблема создания металлического водорода и некоторых других «экзотических» веществ).
  • 4. Металлическая экситонная (электронно-дырочная) жидкость в полупроводниках.
  • 5. Фазовые переходы (критические явления).
  • 6. Поведение веществ в сверхсильных магнитных полях.
  • 7. Рентгеновские и гамма-«лазеры», сверхмощные лазеры.
  • 8. Изучение очень больших молекул. Жидкие кристаллы. Некоторые явления на поверхности.
  • 9. Сверхтяжелые элементы (далекие трансураны). «Экзотические» ядра.
  • Микрофизика
  • 10. Спектр масс. Кварки и глюоны.
  • 11. Фундаментальная длина (квантование пространства и т. п.).
  • 12. Взаимодействие частиц при высоких и сверхвысоких энергиях.
  • 13. Единая теория слабых и электромагнитных взаимодействий. Нарушение СР-инвариантности.
  • 14. Нелинейные явления в вакууме в сверхсильных электромагнитных полях.
  • Астрофизика
  • 15. Экспериментальная проверка общей теории относительности.
  • 16. Гравитационные волны.
  • 17. Космологическая проблема.
  • 18. Квазары и ядра галактик. Образование галактик. Вопрос о необходимости «новой физики» в астрономии.
  • 19. Нейтронные звезды и пульсары. Физика «черных дыр».
  • 20. Происхождение космических лучей и космического гамма- и рентгеновского излучения.
  • 21. Нейтринная астрономия.
  • Бросается в глаза известная разнохарактерность проблем в этом списке, в котором более или менее конкретные вопросы соседствуют с целыми научными направлениями или недостаточно резко очерченными областями. Условно иногда и распределение тем между макрофизикой, микрофизикой и астрофизикой. Речь не идет, однако, о каком-то официальном документе или его проекте, а всего лишь о перечне проблем и научных направлений, которые представляются мне выделенными («ключевыми») в силу их внутреннего интереса, значения для дальнейшего развития физики или астрофизики, а иногда с точки зрения потенциального влияния физики на другие науки и на технику. При этом в список не включались вопросы, даже очень важные для техники, да и для самой физики или астрофизики, если казалось, что подлинная тайна не покрывает их черты. Другими словами, дело должно идти о принципах и основах, а не о развитии и усовершенствованиях на базе уже построенного прочного фундамента.

    Что изменилось за последние годы?

  • Для того чтобы «почувствовать», как развивается наука, каковы темпы и различные особенности этого развития, необходимо обратиться к конкретному материалу, к примерам. Приведенный выше список проблем может послужить этой цели, если спросить, как он сам изменился и, главное, что в физике и астрономии произошло, по существу, в перечисленных направлениях за какой-то период времени, скажем, за пять лет.
  • Нужно подчеркнуть, что за пятилетний срок глубокие изменения в науке происходят лишь в исключительных случаях. В физике это имело место, например, между 1925 и 1930 гг., когда была создана, бурно развивалась и применялась квантовая механика. Последние годы с точки зрения развития физики и астрономии не были какими-то исключительными. Это обстоятельство находит известное отражение в том факте, что приведенный список «особенно важных и интересных проблем» практически не отличается, скажем, от списка 1974 г. Но, разумеется, сделано немало нового и интересного, и в отношении почти каждой проблемы можно кое-что добавить.
  • Итак, бегло остановимся на достижениях и изменениях, происшедших в физике и астрономии за пятилетие. При этом ограничимся вопросами, перечисленными в нашем списке. Нужно еще раз повторить, что тем самым охватывается лишь часть физики и астрофизики. Более того, вне нашего поля зрения оказываются некоторые важнейшие, особенно для техники, области, такие, как изучение полупроводников и ряда других материалов, лазерная техника, различные «физические элементы» вычислительных машин, нелинейная оптика и т. д. и т. п. Автор ни в какой мере не склонен умалять значение и важность всех этих направлений. Речь идет, очевидно, о другом — о выделении ряда проблем по определенным признакам, кратко упомянутым выше и подробнее разъясненным в уже цитированной книжке «О физике и астрофизике».
  • Проблема управляемого термоядерного синтеза имеет всем известное огромное значение для энергетики будущего. Вместе с тем речь идет об очень трудной и сложной физической задаче, которая будет фигурировать в любом списке, типа предложенного выше. Нельзя эту проблему отнести и к числу «технических»; и сегодня, после почти 30 лет ее исследования, задача остается физической, причем с многими неизвестными. Весьма любопытно будет в будущем прочесть историю исследований в области управляемого синтеза в их социальном и психологическом аспектах. Я сам занимался этим вопросом в 1950—1951 гг. и помню царивший вначале оптимизм. Он оказался, однако, основанным лишь на незнании и непонимании физики горячей плазмы. С тех пор уже несколько раз, кажется, энтузиазм сменялся пессимизмом и вообще происходили колебания моды, напоминающие изменения длины дамских юбок. Сейчас мы переживаем оптимистический период, порожденный успехами, достигнутыми на токамаках. Широко обсуждаются и другие варианты, особенно с использованием лазеров, электронных и ионных пучков. Сомнений в том, что на каком-либо пути, а скорее даже на разных путях удастся создать управляемый термоядерный реактор, видимо, уже нет. Но если говорить о принципе, то таких сомнений не должно было быть и с самого начала, поскольку всегда оставался путь применения для целей энергетики подземных взрывов с использованием синтеза дейтерия и трития. Что же касается конкретных успехов, то я не склонен их переоценивать и думаю, что до реального реактора еще весьма далеко. Но это, во-первых, мнение «человека со стороны», а во-вторых, может свидетельствовать только о том, что проблема управляемого термоядерного синтеза еще долго будет принадлежать к числу «ключевых» физических проблем.
  • Что касается проблемы высокотемпературной сверхпроводимости, то здесь мы находимся скорее в пессимистической фазе. Этим вопросом я занимаюсь, по сути дела, с самого начала его постановки на современном уровне (в 1964 г.) и должен признать, что трудность задачи также была вначале недооценена. Впрочем, из разумных людей никто и не обещал заведомо добиться успеха. На вопрос же, можно ли создать высокотемпературный сверхпроводник (работающий, скажем, в жидком воздухе), сейчас нельзя дать определенного, в частности отрицательного, ответа. В общем, в отношении этой проблемы за пять последних лет мало что изменилось, если не говорить об углублении понимания (Примеч.- Из экспериментальных результатов, хотя и лишь косвенно связанных с проблемой высокотемпературной сверхпроводимости, можно отметить обнаружение металлической проводимости (а также сверхпроводимости при Т<0,3 К) полимерного нитрида серы (SN)x , не содержащего атомов металла. В 1978 г. появились также указания на существование какого-то неизвестного ранее эффекта в хлориде меди (CuCl), быть может, связанного с проблемой высокотемпературной сверхпроводимости.).
  • Появилось несколько работ, в которых имеются намеки на создание металлического водорода, но в целом и здесь мало что изменилось. Напротив, металлическая экситонная жидкость в полупроводниках (в основном в германии) уже получена и во многих отношениях изучена. Но все же еще рано исключить эту проблему из списка, поскольку многое еще остается выяснить. В области фазовых переходов ведется огромная по масштабам работа. Самым ярким событием последних лет представляются исследования сверхтекучих фаз в жидком 3He. Впрочем, немало интересного появилось и в отношении рассеяния света вблизи точек фазовых переходов, а также, при изучении различных переходов другими методами (включая сюда теорию).
  • В отношении проблем 7, 8 и 9, отнесенных к макрофизике, можно, конечно, констатировать дальнейший прогресс, но ничего драматического не произошло. Точнее, можно считать, если угодно, драмой историю, начавшуюся в середине 1976 г. в связи с сообщением об открытии сверхтяжелых элементов (Z =116, 126 и т. д.). Однако эта работа, хотя и была выполнена рядом квалифицированных физиков и опубликована в Physical Review Letters, оказалась неверной. Что же, не ошибается только тот, кто не работает, и удивляться как возможности ошибки, так и появлению публикации нет оснований. Кстати, опубликование еще неподтвержденных или вызывающих сомнение работ, особенно экспериментальных, оправданно и необходимо. В данном случае оно привело к быстрой проверке и опровержению первоначальных выводов (Примеч.- Это замечание направлено, конечно, не против критичности и требовательности, безусловно необходимых в науке. Но другая крайность, не так уж редко встречающаяся и проявляющаяся в огульном и априорном отрицании непонятных и недостаточно проверенных утверждений, может принести не меньший вред, чем излишний либерализм. В общем, как почти всегда, правильное отношение лежит где-то посредине, недаром ведь говорят о «золотой середине». Конкретно, даже еще всесторонне не проверенные работы явно квалифицированных авторов должны публиковаться. Задача рецензентов и критиков состоит раньше всего в том, чтобы помочь авторам, предостеречь и предупредить их, но не ставить на пути публикации их работы все новые и новые барьеры. При этом нужно иметь в виду, что публикация неверной работы, а ошибка практически всегда раньше или позже выясняется, прежде всего невыгодна ее автору. Если не говорить о людях, вообще не имеющих подлинного отношения к науке, то публичное опровержение, выяснение того факта, что «открытие не состоялось», является уже само по себе самым тяжелым наказанием для научного работника. И уже это обстоятельство дает разумную гарантию того, что в печать не будет сознательно направлена ошибочная работа.).
  • В общем, в области макрофизики мало что изменилось. Если же иметь в виду наш список, то следовало бы, например, разделить проблему 8 на части, особенно выделив исследования поверхности, которые бурно развиваются в разных направлениях. Кроме того, уместно упомянуть о проблеме квантовых кристаллов и, конкретно, кристаллов 4He и 3He, в которых примеси и «вакансии» ведут себя весьма своеобразно.
  • В астрофизике за последние годы сделано немало. Помимо космических гамма-всплесков, об обнаружении которых было сообщено в 1973 г., открыты значительно чаще встречающиеся рентгеновские всплески — короткие импульсы рентгеновских лучей (первые публикации появились в 1975 г.). Возможно, что гамма- и рентгеновские всплески представляют собой одно явление в том смысле, что их происхождение одинаково. Но это не более чем гипотеза, поскольку источник всплесков (особенно, гамма-всплесков) еще не выяснен. Впрочем, в случае рентгеновских всплесков довольно вероятно предположение о том, что всплески образуются при попадании на нейтронную звезду очередной порции аккрецируемой плазмы. Интенсивно продолжается изучение пульсаров, механизм излучения которых в различных диапазонах все еще недостаточно ясен. Однако уже нет сомнений в том, что пульсары (открытые в 1967—1968 гг.) представляют собой вращающиеся намагниченные нейтронные звезды. Между тем природа квазаров, обнаружение которых можно отнести, хотя и несколько условно, к 1963 г., до сих пор не выяснена. По всей вероятности (не видно особых оснований в этом сомневаться), квазары лишь в количественном отношении отличаются от активных галактических ядер, в частности ядер сейфертовских галактик. Но что представляют собой эти ядра? Сейчас на этот счет конкурируют в основном три модели: плотного скопления звезд, массивной черной дыры и некоторого магнитоплазменного тела (магнитоида). Вопрос, в общем, остается открытым, и, быть может, споры по этому поводу продлятся еще долгие годы. Отметим и проблему происхождения космических лучей, где продвижение вперед связано в первую очередь с обнаружением радиогало у видных «с ребра» галактик NGC4631 и NGC891 (этот результат особенно важен потому, что подкрепляет заключение о наличии гало космических лучей и у нашей Галактики (см. об этом: Природа, 1978, № 4, с. 10).
  • Самым важным событием в астрофизике последних лет представляются, однако, заключение об «испарении» черных дыр и связанное с ним обсуждение вопроса о реликтовых черных дырах малых размеров. К сожалению, мы не можем здесь подробнее остановиться на этой проблеме, как и на других, поскольку и размеры статьи ограничены, и цель ее иная. Итак, даже за последние годы в астрофизике произошли заметные события.
  • То же с еще большей уверенностью можно сказать и о развитии микрофизики, переживающей в последние годы период очередного подъема или, лучше сказать, взлета. Он связан, во-первых, с укреплением и подтверждением гипотезы о кварках, высказанной в 1964 г. С тех пор вместо 3 кварков (и 3 антикварков) стали, правда, рассматривать уже минимум 12 кварков (12 антикварков), из которых 4 типа (они отличаются своим «ароматом») являются, можно сказать, основными, но встречаются в трех разновидностях, характеризующихся тремя «цветами». Вводят уже не только 4, но и 6, и 8 основных кварков, что будет соответствовать 36 и 48 кваркам и антикваркам. Появились (на бумаге, конечно) и протокварки. Таким образом, сильное усложнение схемы, отказ от образа простейшей «праматерии» несомненны. И тем не менее в связи с открытием ряда новых частиц, подтверждающих гипотезу о существовании четвертого («очарованного») кварка, а также общим развитием теории плодотворность и глубина новой (кварковой) модели материи кажется как-то все более ясной. Недавно мне попалась статья под названием «Ароматы кваркового моря» («Flavour content of the quark sea»), от которой так и веет ароматом и романтикой новых идей и представлений микрофизики. Название той или иной статьи — это мелочь, но речь идет не более чем об одном из многих возможных примеров, свидетельствующих об энтузиазме и увлеченности, царящих в области микрофизики.
  • Успехи (или, быть может, надежды на успех?) обусловлены в этой области, во-вторых, многообещающими попытками создать единую теорию слабых и электромагнитных взаимодействий, а возможно, и как-то соединить воедино все взаимодействия, включая сильное и гравитационное. Имеются, как всегда, и скептики, считающие происходящий в микрофизике «бум» очередным увлечением или данью моде, которые сменятся также очередным периодом разочарования и уныния. Обсуждение этого вопроса — отдельная тема. Ограничусь замечанием, что я видел много увлечений и разочарований, особенно в области микрофизики. Спешить с выводами и признавать уже сделанное великими достижениями, конечно, не следует. Мое собственное впечатление, однако, таково, что в микрофизике действительно произошли и происходят крупные события и, возможно, скоро будет достигнут блестящий успех.
  • Тем больше оснований еще раз обсудить здесь вопрос о месте микрофизики в современном естествознании. (Кстати, именно мои замечания по этому поводу вызвали резкие возражения.)

    О месте микрофизики в современном естествознании

  • Будем понимать под микрофизикой ту часть физики, которая посвящена изучению строения вещества «на переднем фронте», т. е. на грани неизвестного в отношении самого фундамента физики. При таком определении (а об определениях вряд ли стоит много спорить) микрофизика является исторической категорией. Когда-то речь шла об огне и воде, потом об атомах и молекулах, в нашем веке — о строении атомов, атомном ядре и элементарных частицах. Сегодня к микрофизике уместно отнести те области, которые называют субъядерной физикой, физикой высоких энергий, мезонной и пионной физикой, нейтринной физикой и т. д. В общем, речь идет о строении материи на современном уровне кварков, сильных, электромагнитных и слабых взаимодействий между различными частицами. Хотелось бы получить ответы на извечный вопрос: из чего все состоит? Более скромная и конкретная задача микрофизики — объяснить (получить из каких-то уравнений) спектр масс известных (и еще неизвестных) частиц, описать процессы, которые определяются сильными и слабыми взаимодействиями, хотя бы так же, как мы уже умеем это делать в области электромагнитных и гравитационных взаимодействий (впрочем, в квантовой области достаточно полная теория гравитационного взаимодействия еще отнюдь не построена).
  • Задачи микрофизики — «это самые фундаментальные, принципиальные и поэтому для многих самые привлекательные вопросы физики». «Задачи, стоящие перед микрофизикой сегодня, ни в какой мере не уступают по своей жгучей таинственности и трудности проблемам вчерашнего дня». «Микрофизика осталась (и при используемом ее определении всегда останется) аванпостом физики, ее самой передовой и «глубокой» частью». Все эти цитаты приведены из упомянутой моей книжки, чтобы не возникло подозрений в том, что автор раньше как-то недооценивал современную микрофизику, а под влиянием последних достижений переменил свое мнение. Нет, это мнение совершенно не изменилось, в частности, оно отражено выше. Не изменилось, однако, и отношение к защищавшемуся в книжке и являющемуся спорным тезису: «место микрофизики и в физике, и во всем естествознании радикально изменилось, и (этот пункт является особенно спорным) я думаю, что такое изменение произошло, быть может, навсегда или во всяком случае очень надолго».
  • Что значит «место» какой-либо дисциплины или научного направления? Имеется, очевидно, в виду удельный вес (скажем, физики высоких энергий относительно всей физики) в отношении количества людей, средств, числа публикаций и т. п. Имеется в виду и внимание общества, значение для техники, промышленности, сельского хозяйства, для всей жизни отдельных стран и человечества в целом. В центре внимания микрофизики первой половины нашего века находились атомы, электроны, фотоны и атомные ядра. Все вещество состоит из атомов, свет Солнца определяет жизнь на Земле. Нужно ли удивляться тому, что физик, обещающий подчинить и фактически подчинивший атомы, электроны, фотоны и атомные ядра, стал чуть ли не центральной фигурой в науке и не только в науке. Чем-то эта роль аналогична положению жрецов в древнем мире. Физика в целом сохранила эти свои позиции и в настоящее время с той существенной оговоркой, что о былых заслугах быстро забывают, а многое из того, что вчера было физикой, сегодня становится и называется уже техникой.
  • Какое же место занимают «в современном мире» живущие ничтожные доли секунды мезоны и частицы-резонансы, свободно проникающие через земной шар нейтрино и столь ароматные цветные кварки? Научное значение, интерес, важность, притягательность не могут быть измерены ни временем жизни, ни проникающей способностью. Но для абсолютно подавляющей части человечества, и даже для большинства ученых, разница между атомами и атомным ядром (и связанными с ними ядерной энергетикой, атомным оружием, электроникой и т. п.) и объектами современной микрофизики даже глубже, вероятно, чем различие между хлебом насущным и каким-либо редким деликатесом. Именно этим и объясняется, как я убежден, радикальное изменение места микрофизики в физике и особенно во всем естествознании и в жизни общества. То исключительное место, которое микрофизика занимала в недавнем прошлом, в значительной мере перешло к биологии и, конкретно, к биофизике и молекулярной биологии, обещающим создать жизнь «в пробирке», радикально удлинить человеческую жизнь, побороть страшные заболевания (рак и другие), мобилизовать огромные ресурсы человеческого мозга и т. д.
  • Микрофизика же сегодняшнего дня заняла место, аналогичное астрофизике с ее увлекательнейшими открытиями и загадками, с ее пульсарами, квазарами, черными дырами, космологической сингулярностью, гамма- и рентгеновскими всплесками, сверхновыми звездами, космическими лучами и т. п. И разве это плохое место!? В Древней Руси бояре превыше всего ценили свое место в буквальном смысле этого слова — место, на котором они сидели в боярской думе. Именно с такими боярами мне и хочется всегда сравнивать тех микрофизиков, которые обижаются, когда микрофизику «низводят» до роли первой среди равных вместо ни с чем не сравнимого положения Верховного жреца или абсолютного диктатора.
  • Довольно распространена, однако, точка зрения, заслуживающая большего внимания. Она состоит в утверждении, что и роль, скажем, ядерной энергии была понята и оценена далеко не сразу. Так, может быть, мы еще просто не осознали потенциального значения (в том числе для техники и т. д.) современной микрофизики? Или, это несколько другой вариант, может быть, микрофизика когда-нибудь вернет свое исключительное место в результате новых открытий. Конечно, в принципе возможно и то, и другое. Но что же это доказывает? Разве нельзя поэтому констатировать сегодняшнюю ситуацию или высказать мнение (всегда являющееся лишь предположением), что самый блестящий в общечеловеческом плане этап в развитии микрофизики уже позади? Вряд ли целесообразно продолжать подобное обсуждение. Хотелось бы только решительно отвергнуть всякие требования как-то вообще избегать дискуссий о месте микрофизики или других областей науки из «практических» соображений.
  • Постройка мощнейших ускорителей, как и телескопов на Земле и в космосе, полностью оправданна и не нуждается сама по себе в дополнительных оправданиях и аргументации, основанной на каких-то обещаниях возможных практических применений, благ и выгод (Примеч.- Мы уже не говорим о том, что фактически, как неопровержимо свидетельствует история науки и техники, даже кажущиеся в данное время абстрактными научные результаты в дальнейшем прямо или косвенно приобретают практическое значение, приносят пользу не только самой науке.). Занятия наукой— один из видов интеллектуальной деятельности, интерес к науке— естественная заинтересованность очень многих людей. В этом отношении не видно принципиальной разницы между наукой и, скажем, музыкой или живописью и архитектурой. В конкретных условиях средства, отпускаемые для нужд науки, ограничены, и возникает весьма сложная, деликатная и ответственная задача распределения этих средств. Никакого универсального метода решения такой задачи (по сути дела, вариационной задачи с многими нерешенными) не существует, и здесь-то особенно важно детально анализировать возможные пути, варианты и возможности. Один из элементов этого анализа— обсуждение вопросов, которым посвящена настоящая статья. Впрочем, выяснение понятия о научной революции и обсуждение некоторых других аналогичных проблем методологии и истории науки лежит в несколько иной плоскости, и мы их здесь касаться не будем (мнение автора на этот счет см.: Природа, 1976, № 6, с. 73). В настоящей статье не представляется уместным останавливаться также на психологии научной деятельности, некоторых особенностях и, если можно так выразиться, социологии научной среды и некоторых других достойных внимания предметах.

    Можно ли планировать науку

  • Но вот вопрос о возможности предвидеть и планировать развитие науки здесь необходимо хотя бы затронуть. В сравнительно недалеком прошлом, а в каком-то смысле и теперь, сочетание слов «планировать науку» казалось чуть ли не абсурдом или попыткой вторжения в «творческую лабораторию» ученых мужей. Бесспорно, путей и результатов подлинно глубокого научного исследования во многих случаях предсказать нельзя. В особенности это касается сроков. Не будем здесь повторять хорошо известную историю использования ядерной энергии и спросим, для примера: когда будут созданы высокотемпературные сверхпроводники? Такой вопрос представляется даже не вполне правомерным, поскольку нет никакой уверенности в самой возможности создать такие сверхпроводники. Но не очевидно и обратное — невозможность поднять критическую температуру до комнатной. Именно поэтому мы и считаем, что проблема высокотемпературной сверхпроводимости существует как физическая проблема. Она будет когда-то либо решена положительно, либо «похоронена» — в случае доказательства невозможности успеха. Ясно, что о сроках здесь говорить не приходится. Вместе с тем вполне закономерно, особенно учитывая потенциальную важность для практики (Примеч.- Выше подчеркивалось, что вовсе не обязательно заниматься наукой с «практическим уклоном». Но столь же несомненно, что наличие сразу же ясных практических (технических и т. п.) возможностей является только плюсом.), целеустремленно исследовать проблему высокотемпературной сверхпроводимости, а не просто ждать, когда случай принесет какой-то успех. В отношении управляемого термоядерного синтеза положение иное. Как мы уже отмечали, какое-то положительное решение здесь несомненно возможно. Кроме того, исследование проблемы требует создания очень больших и дорогих установок. Отсюда и неизбежность планирования.
  • Кстати, несколько слов о «шкале времени». Для 30- или даже 40-летнего человека срок 20—25 лет кажется весьма большим. Поэтому для большинства ученых (средний их возраст, вероятно, не превосходит 40 лет) происшедшее 20—30 лет назад часто представляется какой-то седой древностью, а о XXI в. они думают как о далеком будущем. Достаточно вспомнить, однако, что квантовой механике уже более 50 лет, теории относительности более 60—70, сверхпроводимость была открыта в 1911 г., космические лучи — в 1912 г. Поэтому 20 лет, отделяющие нас от следующего века, это фактически не так уж много для развития науки в целом, и думать о контурах «физики 2000» — не значит просто фантазировать.
  • В общем, планирование и прогнозирование науки в каких-то пределах и рамках (и даже до 2000 г. и несколько дальше) оправданно и просто необходимо, особенно когда речь идет о затрате больших средств, создании сложной аппаратуры и т. д. Одна из сторон прогнозирования— составление списков ключевых проблем, подобных нашему. Если учесть сделанные оговорки (в том числе понимать, что в ряде случаев невозможно указать сроки решения), то обсуждение ключевых вопросов и путей развития науки может принести только пользу.

    ФРИДРИХ ВИЛЬГЕЛЬМ ЕГЕР (Jager) - немецкий (ГДР) астрофизик, профессор, доктор наук, член Международного астрономического союза, лауреат Национальной премии ГДР. В течение многих лет был руководителем солнечной обсерватории Башня Эйнштейна Центрального института солнечно-земной физики АН ГДР.

    ЕГЕР Ф. В.
    ОБЪЕКТ ПОЗНАНИЯ — СОЛНЦЕ

  • В ряду наук о космосе исследования Солнца занимают особое место, поскольку их развитие стимулируется двумя существенно различными факторами и происходит соответственно в двух существенно различных направлениях. В основе одного из них лежит тот факт, что Солнце по своему строению— звезда, подобная многим другим звездам. Благодаря сравнительно малому расстоянию между Солнцем и Землей ученые имеют уникальную возможность формулировать астрофизические законы точнее и подробнее, нежели при наблюдениях других, гораздо более удаленных звезд Вселенной.
  • Другое направление охватывает исследования солнечно-земных связей: для Земли Солнце — не просто некая рядовая звезда среди многих других, а основной постоянно действующий источник тепла и света. Sine Sole nihil (без Солнца ничего нет) — это латинское изречение встречается иногда на солнечных часах. И конечно, его суть не только в том, что без Солнца не действуют такие часы; важнее то, что без Солнца наша Земля была бы холодной и безжизненной. Исследования солнечно-земных связей имеют огромное практическое значение для человечества.
  • Исследования Солнца как объекта астрофизики ведутся только с первой половины прошлого столетия. Их зарождение связано с первыми надежными измерениями расстояний до неподвижных звезд, в результате которых было установлено, что Солнце и звезды представляют собой небесные объекты одного класса. Особенно быстро это направление стало развиваться после того, как была разработана методология спектрального анализа и общие физические законы начали применяться к небесным телам.
  • При астрофизическом подходе основная задача — изучение общего среднего физического состояния Солнца; в этой связи говорят о физике «спокойного Солнца». В настоящее время, после столетия интенсивных исследований, мы располагаем весьма надежными данными о физико-химическом состоянии спокойного Солнца.
  • Мы знаем, что поверхность Солнца имеет температуру около 5800 К, что эта поверхность постоянно излучает в окружающее пространство энергию порядка 1020 МВт, знаем спектральный состав этого излучения, знаем, кроме того, что солнечная материя состоит из 73% водорода, 25% гелия и 2% тяжелых элементов, и достаточно ясно представляем себе поведение давления, температуры, плотности и других характерных параметров в глубине Солнца.
  • Чрезвычайно важным достижением науки было решение около 40 лет назад открытого до тех пор вопроса об источнике энергии Солнца и звезд. Оказалось, что звезды черпают энергию для излучения в основном из ядерных реакций, которые проходят в центральной области звезд при температурах порядка 107 K и приводят к превращению водорода в гелий. Именно в этом заключается причина постепенного старения звезд.
  • Хотя теперь мы вправе говорить, что в основном и в общем представляем себе физику спокойного Солнца, это направление исследований ни в коем случае не может считаться исчерпанным. До сих пор отсутствует удовлетворительное объяснение механизма турбулентных процессов на Солнце, а также возникновения различных видов наблюдаемых пульсаций. Кроме того, не так давно выяснилось, что реальный поток нейтрино солнечного происхождения гораздо меньше того потока, который должен был бы порождаться ядерными реакциями на Солнце. Этот факт привел к критическому пересмотру существовавших моделей Солнца и ясно показал необходимость уточнения прежних представлений.
  • Вернемся к солнечно-земному аспекту исследований Солнца. Нет никаких сомнений в том, что основное воздействие Солнца на Землю— постоянное ее облучение. Природный термоядерный реактор, глубоко скрытый в недрах Солнца, уже несколько миллиардов лет работает с почти неизменной интенсивностью и производит ту энергию, которая обеспечила возможность возникновения и развития жизни на Земле. Изучение поступающей на Землю солнечной радиации, интенсивность которой составляет примерно 1 кВт на 1 м2 земной поверхности (эту величину называют солнечной постоянной), сегодня уже представляет интерес не только для физики Солнца. Учитывая напряженное положение с энергоресурсами в современном мире, можно считать одной из первоочередных задач технического прогресса изыскание способов рационального использования этой энергии. Общая мощность потока солнечного излучения, приходящегося на всю поверхность Земли, в 104 раз превосходит современное потребление энергии; он представляет собой громадные и оптимальные с точки зрения проблем окружающей среды энергоресурсы.
  • Солнечная физика в своем солнечно-земном аспекте занимается не постоянными свойствами спокойного Солнца, а теми переменными процессами, которые имеют определенную длительность и происходят при этом в ограниченных, изменяющихся, так называемых активных областях солнечной атмосферы. Поэтому в этих случаях говорят об «активном Солнце». Проходящие в активных областях процессы, хотя их вклад в общую энергию излучения Солнца пренебрежимо мал, временами приводят к сильному возрастанию интенсивности электромагнитного излучения в определенных диапазонах частот, а также к интенсивному излучению частиц. В свою очередь, эти виды излучения могут инициировать различные процессы на Земле и в околоземном пространстве, которые могут вызвать, например, возмущение земного магнитного поля, ионосферы и, как следствие, нарушение радиосвязи или создать опасность радиационного облучения космонавтов. Эти соображения и определяют практическую значимость исследований по солнечно-земной физике.
  • Самое известное и поразительное проявление солнечной активности — темные солнечные пятна, систематически наблюдаемые еще со времен Галилея. Эти пятна встречаются группами, и продолжительность времени их существования не превосходит нескольких недель. Они всегда бывают окружены более светлыми областями, имеющими большие размеры и значительно более долговечными, так называемыми факелами. Наиболее активные образования на Солнце — вспышки, внезапно возникающие кратковременные всплески излучения большой интенсивности (в основном радио- и рентгеновского), сопровождающиеся испусканием потоков высокоэнергичных протонов и электронов. На краю солнечного диска активные области часто проявляются в виде протуберанцев, светящихся плазменных облаков, которые могут подниматься до очень больших высот над поверхностью Солнца.
  • Все проявления солнечной активности, имеющей период примерно 11 лет, связаны друг с другом, каждое из них занимает определенное место в истории жизни центра активности. Это указывает на единую физическую обусловленность подобных процессов, объяснение которой, как это уже известно сегодня, следует искать в локальных магнитных полях разнообразной интенсивности и структуры.
  • Проводимые нашей Академией исследования Солнца в настоящее время сосредоточены исключительно в районе Потсдама и имеют здесь более чем вековую традицию. Первый большой толчок этим исследованиям был дан в 1874 г., когда согласно решению авторитетных членов Берлинской академии была основана астрофизическая обсерватория. Это учреждение было в свое время пионером применения физических методов исследования в астрономии, и здесь с самого начала в качестве исходного пункта рассматривали единство солнечной физики и астрофизики. Вторым большим толчком для исследований по солнечной физике в Потсдаме явилось сооружение в 1924 г. Башни Эйнштейна. В ней находился большой комплекс по наблюдению Солнца, представлявший собой сочетание длиннофокусного башенного телескопа и спектрографа с высоким разрешением.
  • Башня Эйнштейна была построена с целью экспериментального обнаружения вытекающего из общей теории относительности красного смещения спектральных линий Солнца. Выяснилось, однако, что искомый релятивистский сдвиг линий невозможно однозначно отделить от сдвигов, вызываемых давлением и движением солнечных газов. Ученые пришли к заключению, что для получения надежных количественных результатов необходимы гораздо более точные сведения о физической картине солнечной атмосферы. В результате исследования, проводимые в Башне Эйнштейна, постепенно стали все более и более концентрироваться на физике самого Солнца. При этом в течение длительного времени на первом плане стояли общие проблемы структуры атмосферы спокойного Солнца.
  • Однако постепенно проблемы солнечной активности все более и более выдвигались на первое место. Специальные исследования солнечных пятен и их магнитных полей ведутся с начала сороковых годов и с тех пор постоянно расширяются. В 1954 г. в обсерватории Тремсдорф вблизи Потсдама и одновременно в Институте Генриха Герца в Берлине были проведены наблюдения радиоизлучения активного Солнца. Наконец, в 1967 г. в ходе реформы академии все научные силы, связанные с изучением Солнца, были сконцентрированы в Центральном институте солнечно-земной физики. В качестве основного было окончательно выбрано направление исследований активных областей Солнца с акцентированием на их солнечно-земном аспекте.
  • Центральный институт солнечно-земной физики ориентирует исследования Солнца в сторону развития их наиболее перспективных современных направлений. Нынешняя ситуация в этой области характеризуется тем, что познание многих отдельных явлений на Солнце пока еще не привело к созданию единой и полной непротиворечивой картины идущих на нем чрезвычайно сложных процессов.
  • Специалисты по исследованию Солнца, работающие в Центральном институте, поставили перед собой задачу: опираясь на данные разносторонних исследований, разработать комплексную модель типичной солнечной активной области, в которой все существенные явления прослеживались бы в их взаимосвязи. Решение этой задачи, базирующееся на надежных количественных измерениях, включает в себя феноменологию различных проявлений активности, диагностику параметров солнечной магнитоплазмы, а также теоретическое моделирование основных физических процессов.
  • Эта общая задача по своему физическому содержанию и методике решения распадается на две частные: описание общей эволюции активных областей и связанных с ней процессов накопления энергии и исследование взрывных процессов, приводящих к испусканию излучений высоких энергий.
  • Ключевая проблема здесь связана с солнечными магнитными полями.
  • Для решения этой обширной задачи разработана долговременная программа, рассчитанная на период до 1995 г. Исследования, которые будут проводиться в ее рамках, характеризуются высокой степенью комплексности. При решении первой частной задачи прежде всего предполагается изучить пространственную и временную структуру локальных магнитных полей. Именно для этого сейчас в значительно усовершенствованной Башне Эйнштейна установлен советский фотоэлектрический магнитограф. При помощи этого прибора можно изучать не только магнитные поля, но и одновременно движение солнечной материи. В результате обработки этих измерений получаются магнитно-кинетические карты.
  • На их основе можно сделать заключения о структурных и эволюционных закономерностях активных областей. Познание этих закономерностей необходимо для создания магнитогидродинамической теории солнечных явлений. Для того чтобы выяснить особенности магнитных структур на более высоких «этажах» активной области, там, где они не поддаются непосредственному измерению, была разработана специальная методика. Она позволяет экстраполировать магнитные поля, измеренные на уровне фотосферы, в вышележащие слои хромосферы и короны, а также оценивать энергию, запасенную в магнитных полях.
  • Эта методика имеет большое значение и для решения второй частной задачи, поскольку для взрывных процессов характерны постепенное накопление и внезапное освобождение магнитной энергии и связанное с этим ускорение частиц. Взрывные процессы, проявляющиеся в основном на уровне хромосферы и короны, обнаруживаются по характерному радиоизлучению. Оно непрерывно регистрируется обсерваторией солнечного радиоизлучения в Тремсдорфе на различных длинах волн в диапазоне от сантиметров до метров с большим временным разрешением. На основе наблюдений строятся частотно-временные диаграммы, которые, в свою очередь, служат базой для плазменно-физической интерпретации явления.
  • Ее цель — моделирование основных физических процессов путем определения плазменных параметров. Значительным шагом на пути к пониманию взрывных процессов в активных областях Солнца можно считать успешное создание комплексной модели эмиссии в радио- и рентгеновском диапазонах для горячей и холодной плазмы высоких энергий.
  • Естественно, нельзя ожидать, что такая многогранная задача, как исследование солнечной активности, может быть сколько-нибудь успешно решена одним-единственным институтом. Эта работа может быть осуществлена только на основе широкого, хорошо организованного на всех уровнях научного сотрудничества, включающего регулярное проведение больших международных исследовательских программ. Ученые ГДР, работающие в области солнечной физики, принимали участие в программе Международного Геофизического Года (1957—1958 гг.), в ходе которой большое место было уделено исследованиям по физике Солнца, в программе Международного Года Спокойного Солнца (1964 — 1965 гг.) и в программе Года Активного Солнца, которая координировала усилия по изучению Солнца в 1980 г. во время максимума солнечной активности.
  • В этой области особенно тесные научные связи складываются между академиями наук социалистических стран в рамках сотрудничества по проблеме планетарная геофизика (комиссия КАПГ). В долгосрочные программы включены выдвинутые Центральным институтом солнечно-земной физики предложения по разработке комплексной модели солнечных активных областей. Солнечная обсерватория Башня Эйнштейна в знак признания ее заслуг по методической разработке проблемы получила почетную роль головной организации. Под ее руководством работает сеть магнитографов социалистических стран, простирающаяся от Восточной Сибири до Центральной Европы. Эта сеть функционирует по единой согласованной программе, благодаря чему удается получать однородный материал наблюдений, пригодный для совместной обработки.
  • Фундаментальные исследования Солнца помогли нам приобрести разнообразные сведения о космических процессах. Собранные данные важны не только для физики самого Солнца, но и для физики звезд, а также для общей физики плазмы и физики высоких энергий.
  • Что касается солнечно-земного аспекта исследований, то здесь прежде всего необходимо разработать основу для аналитического понимания механизмов воздействия Солнца на Землю. Тем самым может быть внесен существенный вклад во всестороннее исследование космофизических условий в нашем земном жизненном пространстве и в его освоение. Важность решения этой задачи для человечества не вызывает никаких сомнений.

    АЛЛА ГЕНРИХОВНА МАСЕВИЧ - астроном, доктор физико-математических наук, заместитель председателя Астрономического совета АН СССР, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, лауреат Государственной премии СССР. Область интересов - физика и эволюция звезд, использование наблюдений искусственных космических объектов для целей геодезии и геофизики. СУРИЯ КЕРИМОВНА ТАТЕВЯН - астроном-геодезист, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Астрономического совета АН СССР. Основное направление работ - спутниковая геодезия.

    МАСЕВИЧ А. Г., ТАТЕВЯН С. К.
    СПУТНИКОВАЯ ГЕОДЕЗИЯ: ДОСТИЖЕНИЯ И ЗАДАЧИ

  • Более 20 лет в верхних слоях земной атмосферы и за ее пределами движутся небесные тела, созданные руками человека. Сейчас число движущихся вокруг Земли искусственных лун превышает 4 тыс., а несколько тысяч объектов за это время уже прекратили свое существование, сгорев в плотных слоях атмосферы. Искусственные небесные тела движутся по самым разнообразным орбитам — от полярных до экваториальных, от круговых до очень вытянутых эллиптических.
  • Различны значения перигея и апогея их орбит и видимый с Земли блеск. Различны цели запуска, характеристики спутников и научная аппаратура на борту. Достаточно отметить, что среди запущенных для научных целей спутников были шарик диаметром 16 см и баллон диаметром 40 м; различные объекты имели вес от 1,5 кг до десятка тонн и периоды обращения — от 80 до 24 ч (для геостационарных спутников).
  • Сейчас стало уже привычным считать искусственные спутники космическими телами. Однако далеко не все знают, что, с точки зрения астронома, искусственный спутник— это довольно необычный космический объект, наблюдения и изучение движения которого порождают много новых проблем. В отличие от обычных небесных тел, которые доступны для наблюдения в течение длительного времени днем (Солнце) или ночью (звезды, планеты), искусственный спутник наблюдается только в утренние или вечерние часы, когда поверхность Земли погружена в темноту, а сам спутник, находясь на большой высоте, уже (или еще) освещен Солнцем.
  • Для обычных небесных тел, движущихся за пределами атмосферы Земли, существует математически разработанная теория их движения, в которой основную роль играют силы гравитации. Обычно при исследовании движения планет и их естественных спутников приходится иметь дело с силой притяжения центрального тела (для планет — Солнца, для спутников планет — самой планеты), в основном определяющей орбиту, и с возмущающими силами (притяжение соседних планет и спутников), которые как бы искажают эту орбиту.
  • Теория движения планет и особенно Луны математически очень сложна, так как приходится учитывать много различных поправок, но с помощью этой теории можно делать прогнозы на десятки и сотни лет вперед.
  • Что касается искусственных спутников, то при вычислении их орбит необходимо учитывать воздействие земной атмосферы, строение которой еще не полностью изучено. Поэтому точные прогнозы их движения в лучшем случае можно делать вперед лишь на ближайшие дни, непрерывно внося исправления, основанные на наблюдениях. При этом весьма существенно, чтобы наблюдения, используемые для «улучшения» орбиты, охватывали возможно больший ее участок. С точки зрения астронома это означает, что необходимо проводить регулярные наблюдения движения спутника в разных местах земного шара и сообщать результаты этих наблюдений в вычислительный центр в наикратчайший срок.
  • Кроме того, искусственное небесное тело отличается от естественного относительно быстрым видимым движением по небесному своду, что создает дополнительные трудности при наблюдениях. Для определения положения (координат) спутника на орбите необходимо очень точно измерять время наблюдения, в сотни и тысячи раз точнее, чем при наблюдении планет или звезд.
  • В настоящее время известны два основных типа наблюдений: оптический, при котором измерительный прибор наводится на спутник с помощью оптической системы, и радиотехнический, основанный на радиоволновой связи между наблюдателем и спутником.
  • Каждая научная задача предъявляет свои требования к качеству и точности наблюдений, в соответствии с этим используются и различные измерительные приборы.
  • Оптические наблюдения могут быть визуальными, фотографическими и лазерными.
  • При визуальных наблюдениях для наведения на спутник применяется простейший телескоп (например, теодолит). Точность таких наблюдений не превышает 0,1 ° в положении спутника и 0,1 с по времени.
  • Визуальные наблюдения играют большую роль на последнем этапе жизни спутника, когда он начинает входить в земную атмосферу. В это время изменения его орбиты происходят уже настолько быстро и нерегулярно, что предсказывать их сколько-нибудь надежно не представляется возможным. Между тем как раз вхождение спутника в атмосферу Земли и движение в ней представляют особый интерес, так как позволяют изучать плотность воздуха на высотах до 100 км.
  • Фотография следа спутника на фоне звезд позволяет со значительно большей точностью определить положение спутника на орбите, привязывая его к координатам звезд, взятым из каталога. Для точного фиксирования момента наблюдения в следе спутника во время съемки делаются перерывы путем периодического открывания и закрывания специального быстродействующего затвора, соединенного с точными часами. Метки времени могут и непосредственно впечатываться на пластинку специальным устройством.
  • Фотографические наблюдения для современных спутниковых камер имеют точность по положению 1—2" и по регистрации времени 0,001 с. Основная ошибка, как показывает опыт, вносится при регистрации времени наблюдения. Этого можно избежать установкой на спутнике импульсных ламп-вспышек с заданной программой. При наблюдениях таких вспышек точность зависит только от свойств самой камеры.
  • Лазерные дальномерные наблюдения позволяют определить расстояние до спутника с точностью в 1—1,5 м для современных лазерных дальномеров первого поколения и около 10 см для дальномеров второго поколения. Такова же точность, получаемая при лазерной локации Луны. Для лазерного дальномерного наблюдения необходимо установить на спутнике и соответственно на поверхности Луны специальные уголковые отражатели.
  • Из радиотехнических наблюдений наибольшее распространение получили доплеровские измерения. При таких измерениях передатчик на спутнике испускает радиосигнал с постоянной частотой, который принимается станцией с некоторым искажением, называемым доплеровским смещением. Оно выявляется сравнением с постоянной частотой генератора станции наблюдения. В этом случае точность определения радиальной составляющей скорости составляет ±0,1 м/с.
  • Какой же вклад внесли наблюдения искусственных спутников Земли в развитие наук о Земле и каковы перспективы их дальнейшего использования?
  • Геодезия — одна из самых древних наук на Земле, в ее задачи входит определение геометрической формы Земли и изучение структуры создаваемого ею гравитационного поля. И хотя эти работы велись в течение многих веков, первые значительные в научном смысле результаты были получены в XVIII в., когда удалось довольно точно измерить сплюснутость Земли у полюсов, которая получилась равной 1:293.
  • К 1957 г. (к моменту запуска первого советского спутника) геодезисты уже пришли к твердому выводу, что геометрическая форма Земли наиболее достоверно может быть представлена трехосным эллипсоидом вращения с большой полуосью около 6378 км и сжатием 1:297. Однако параметры этого эллипсоида, вычисленные геодезистами разных стран и континентов, различались между собой довольно значительно. Например, величина большой полуоси Индийского эллипсоида отличалась от полуоси эллипсоида Токийской системы на 121 м, а от полуоси Североамериканского эллипсоида — на 70 м. Сжатие этих эллипсоидов тоже определялось неуверенно. Причина таких больших с точки зрения геодезии расхождений заключается прежде всего в самих методах, с помощью которых определялись размеры и форма земного шара.
  • При проведении каких-либо измерений на земле геодезисты имеют дело с топографической поверхностью, представляющей совокупность всех точек, расположенных на поверхности Земли. Именно эта поверхность изображается на географических картах. Для определения взаимного расположения точек измеряются расстояния между ними и направления (азимуты) линий, их соединяющих. Таким образом, вся поверхность Земли покрывается геодезической сетью, называемой триангуляцией, причем наибольшее расстояние между соседними вершинами сети может быть не более 30 км, так как при измерениях необходима прямая оптическая видимость.
  • Океаны, моря, острова, труднодоступные горные районы создают непреодолимые препятствия при построении наземных геодезических сетей, и поэтому на территории каждого континента или даже отдельной страны строится своя геодезическая сеть, хорошо определяющая поверхность данного региона, но плохо связанная с соседними сетями.
  • Искусственный спутник, обращающийся вокруг Земли в течение длительного времени практически по одной и той же орбите, на высотах от 500 до 5000 км оказался удобной мишенью для одновременных наблюдений из пунктов земной поверхности, удаленных друг от друга на сотни и тысячи километров. Точное положение станций наблюдений определяется на основании своеобразного пространственного варианта наземной триангуляции, носящей название космической или спутниковой, когда одна из вершин каждого решаемого треугольника лежит не на поверхности Земли, а совпадает с положением спутника на орбите в определенный момент времени.
  • Другим важным аспектом использования наблюдений спутников в геодезии является тот факт, что спутник удерживается на орбите вокруг Земли силой гравитационного притяжения, т. е. траектория его движения определяется гравитационным полем Земли. Малейшие отклонения орбиты спутника от строгой математической модели свидетельствуют о неравномерностях гравитационного поля, которые могут быть измерены с помощью регулярных и продолжительных наблюдений спутников с наземных станций.
  • Использование фотографических, лазерных и доплеровских наблюдений различных спутников дало возможность вплотную подойти к задаче построения единой координатной системы для Земли. Для того чтобы выполнить эти работы усилиями ученых, в первую очередь геодезистов и астрономов, многих стран, создана довольно плотная сеть станций, удаленных друг от друга на тысячи километров, на которых систематически ведутся наблюдения спутников по согласованным программам. Результаты наблюдений оперативно передаются в координационные вычислительные центры, где подвергаются сложной математической обработке с использованием самых современных ЭВМ. Специфика работ по космической геодезии, требующая равномерного распределения наблюдательных станций по всему земному шару, дала толчок к активному международному сотрудничеству в этой области. Ведущие координационные центры, такие, как Астрономический совет Академии наук СССР, Смитсоновская астрофизическая обсерватория (САО) и Годдардовский центр космических полетов в США, КНЕС (национальная организация по исследованию космического пространства) во Франции и некоторые другие, регулярно проводят международные научные программы с участием большого количества станций, расположенных на всех континентах, включая Антарктиду, на островах в океанах, среди горных массивов Кордильер и в пустынных районах Африки.
  • Работы по спутниковой геодезии включены в программу многостороннего научно-технического сотрудничества социалистических стран по исследованию космического пространства — программу «Интеркосмос».
  • Первые определения размеров и формы Земли по спутниковым данным были выполнены уже в 1958 г. Профессор И. Д. Жонголович (Институт теоретической астрономии АН СССР) по результатам наблюдений первых двух советских спутников вычислил сжатие Земли и асимметрию Северного и Южного полушарий. В том же году аналогичные работы были проведены в Чехословакии и Англии.
  • За последние 10 лет учеными ГДР, СССР, США, Франции было построено несколько глобальных геодезических сетей на основе данных, полученных в результате международных программ наблюдений спутников. Для того чтобы выполнить такие вычисления, надо было провести сложную астрометрическую и математическую обработку нескольких сот тысяч наблюдений различных спутников. Так, например, САО (США) в 1978 г. опубликовала результаты вычисления сети из 114 станций, в число которых входит ряд советских станций и станций социалистических стран. Точность определения положений станций относительно друг друга составляет 3—15 м. Построенные методами спутниковой геодезии сети охватывают весь земной шар; с их помощью можно с некоторым приближением представить форму и размеры Земли.
  • Сегодня мы уже точно знаем, что математическая поверхность, описывающая Землю, значительно сложнее, чем трехосный эллипсоид вращения. Сечение Земли в плоскости экватора не является точным кругом, и разность длин взаимно-перпендикулярных диаметров составляет около 100 м. Кроме того, расстояние от Северного полюса до плоскости экватора (по радиусу) на 30 м короче, чем до Южного полюса. Таким образом, Земля некоторым образом напоминает грушу. Неравномерное распределение масс как внутри Земли, так и в верхних слоях земной коры приводит к значительным флуктуациям в структуре ее гравитационного поля.
  • Если представить гравитационный потенциал Земли в виде математического ряда из сферических функций, то приведенные выше отклонения от правильной формы эллипсоида вращения будут выражаться только первыми тремя гармоническими коэффициентами этого ряда. А сейчас по наблюдениям спутников удалось уже определить около 1000 гармонических коэффициентов, что дает возможность представить фигуру Земли некоторой уровенной поверхностью поля силы тяжести, близко совпадающей со средним уровнем океанов и сообщающихся с ним морей. Такая поверхность называется геоидом, она является основной отсчетной поверхностью, относительно которой проводятся измерения реальной физической поверхности Земли.
  • В последние годы было опубликовано несколько очень хороших выводов моделей гравитационного поля Земли, полученных по спутниковым данным. Из них наиболее полные — модели Годдардовского центра космических полетов, САО и КНЕС.
  • Построенные на основании этих моделей карты высот геоида относительно общеземного эллипсоида показывают, что наиболее характерные особенности фигуры геоида одинаково выявляются во всех моделях (с точностью до 3—5 м). Например, явные минимумы находятся вблизи южной оконечности Индостанского полуострова (— 105 м), вблизи Антарктиды (— 61 м); максимумы располагаются вблизи Новой Гвинеи (+77 м), в Северной Антлантике (+66 м), в Южной Америке (+44 м). Однако в некоторых районах систематически наблюдаются отклонения в картах геоида, соответствующих различным моделям. Наибольшие различия до 20 м наблюдаются в районе Соломоновых островов, около Британских островов в Северной Атлантике.
  • В 70-х годах стали быстро развиваться и совершенствоваться новые методы наблюдений космических объектов. Особенно значительный прогресс достигнут в области лазерной техники.
  • Сейчас в мире насчитывается более 30 лазерных установок, которые ведут систематические измерения расстояний до искусственных спутников и Луны. Первый международный эксперимент по спутниковой геодезии с участием серии лазерных дальномерных установок был проведен в 1971 г. Точность измерения расстояний до спутников, удаленных от Земли на 1500—2000 км, тогда составляла в среднем 3—5 м. Наблюдения проводились только ночью, когда освещенный лучами заходящего солнца спутник можно было видеть в телескоп-гид лазерной установки.
  • В 1978 г. в США и ФРГ на двух идентичных лазерных установках удалось измерить расстояние до спутника «Лагеос», летающего на высоте 5000 км, с ошибкой в 3—5 см. Созданный в Физическом институте АН СССР им. П. Н. Лебедева лазер позволяет измерять расстояние до Луны в единичных измерениях с точностью ±20 см.
  • Разрабатываются проекты передвижных лазерных установок для наблюдений высоких спутников и Луны. Помещенная в специально оборудованном кузове грузового автомобиля такая установка может быть легко переведена из одного пункта в другой, что особенно важно для геодинамических исследований, о которых будет рассказано ниже.
  • Современные высокоточные лазерные дальномеры отслеживают спутник автоматически по программе, которая закладывается в небольшой компьютер, являющийся составной частью установки. Это дает возможность вести наблюдения круглые сутки.
  • Проводятся экспериментальные исследования с помощью радиоинтерферометрических методов (Примеч.- Об этих методах см. статью В. С. Троицкого «Радиоинтерферометрия - будущее астрономии и геодезии» в десятом выпуске ежегодника «Будущее науки». - Ред.) наблюдений спутников и внегалактических объектов. Эти методы в принципе могут обеспечить точность определения направления на космический объект около одной сотой или тысячной доли секунды при условии, что две радиоантенны разнесены на несколько тысяч километров. Для сравнения вспомним, что современные фотографические методы дают ошибку не менее 1".
  • Значительно повысились возможности доплеровских методов наблюдений спутников, позволившие создать постоянно действующие навигационные системы. Они обеспечивают автономное определение положений наземных пунктов с точностью 3—10 м.
  • В 1974 г. на американской орбитальной станции «Скайлэб» были впервые проведены непосредственные измерения высоты до уровня моря с помощью установленного на борту радиовысотомера. Более точный радиоальтиметр, установленный на американском спутнике «Геос-3», позволяет измерять расстояние спутник—океан с ошибкой 1—3 м. Кстати, сравнение альтиметрических непосредственных измерений, выполненных этим спутником, с профилями геоидов, полученных по моделям гравитационного поля, подтверждает высокую надежность спутниковых методов определения формы земного геоида. В перспективе предполагается повысить точность альтиметров до 10 см.
  • Однако альтиметры дают возможность измерять высоты только до поверхности морей и океанов. Для определения тонкоструктурной поверхности геоида, соответствующей материкам, приходится искать другие методы.
  • В последние годы в разных странах оживленно дискутируются проекты, предусматривающие траекторные измерения между двумя космическими объектами.
  • Эти проекты рассматриваются в двух вариантах. В первом скорость спутника, обращающегося на низкой орбите (200—300 км), измеряется относительно геостационарного спутника, который располагается на расстоянии около 40 тыс. км от Земли. Период обращения такого спутника практически совпадает с периодом вращения Земли, и поэтому он как бы зависает над одной и той же точкой земной поверхности.
  • Во втором варианте измеряется разность скоростей между двумя идентичными спутниками, обращающимися по одной круговой орбите на высоте 200—300 км над Землей. Разность радикальных скоростей спутников после учета соответствующих поправок может быть использована для вычисления среднего гравитационного ускорения на отрезке орбиты между спутниками, являющегося функцией гравитационных аномалий территории, над которой проходит орбита.
  • В 1975 г. во время советско-американского эксперимента «Союз—Аполлон» проводился технический тест этого метода: с геостационарного спутника «ATS-6» осуществлялисьдоплеровские измерения скорости корабля «Аполлон» после его отделения от «Союза». Эксперимент подтвердил возможность реализации таких измерений, однако из-за несоблюдения необходимых технических условий не были получены требуемые результаты. Если же удастся осуществить такой эксперимент в оптимальных условиях, то появится возможность определять высоты геоида в плохо изученных областях с точностью до 3 м и получить гравитационные аномалии с точностью в 2—3 раза выше современного уровня.
  • Интересное решение этой проблемы предлагают польские специалисты. Их проект, известный под названием «Дидекс», выглядит так: два небольших, совершенно одинаковых спутника на высоте 250—300 км отделяются от основного материнского корабля и продолжают двигаться по почти круговой орбите на расстоянии 100—200 км друг от друга. С основного корабля измеряются скорости обоих спутников с помощью двусторонней доплеровской системы, обеспечивающей высокую точность измерения радиальной скорости — 0,05 мм/с. Продолжительность измерений должна составлять несколько суток. Однако создать подобную совокупность идеальных условий (ведь помимо всего прочего спутники в течение довольно длительного времени должны двигаться на одинаковом расстоянии друг от друга по одной орбите) на практике чрезвычайно трудно. Приходится иметь дело с рядом возмущений, таких, как воздействие на спутники атмосферного торможения; неравномерная концентрация электронов, искажающая доплеровский эффект при измерениях; колебания основного корабля относительно центра тяжести.
  • Реализация проекта «Дидекс» — задача очень сложная, но, учитывая всевозрастающий уровень космической техники, можно надеяться, что в ближайшие годы этот эксперимент будет осуществлен.
  • Аналогичную программу изучения детальной структуры геоида предлагают ученые Франции и ФРГ. Их совместный проект «Слалом» уже неоднократно обсуждался на международных научных конференциях. Принципиальное отличие этого проекта от проекта «Дидекс» состоит в том, что измерение скоростей и их изменений будет осуществляться с помощью лазерного телескопа, установленного на основном корабле. Два малых спутника должны быть оборудованы уголковыми отражателями, что позволит одновременно вести наблюдения этих спутников и с наземных лазерных установок. Предусматривается также, что в моменты освещения малых спутников лазерным лучом, направленным с корабля, они будут наблюдаться земными оптическими станциями с целью измерения угловых координат этих спутников.
  • Весь этот измерительный комплекс должен обеспечить высокую точность определения разности радиальных скоростей малых спутников, необходимую для вычисления гравитационных аномалий на территории вдоль трассы спутников.
  • Быстрое совершенствование новых методов наблюдений привело к бурному развитию научных исследований в области геодезии, связанных с изучением изменений положении пунктов земной поверхности и элементов гравитационного поля во времени. Появился новый раздел наук о Земле, называемый геодинамикой и лежащий на стыке геодезии, астрономии, геофизики и океанологии. Содержание этой науки объединяет два круга задач, сформулированных в 1958 г. известным советским геодезистом членом-корреспондентом АН СССР М. С. Молоденским, а именно: изучение изменений поверхности Земли со временем и сил, вызывающих эти изменения и влияющих на гравитационное поле Земли.
  • Геодинамические явления могут быть классифицированы как глобальные, относящиеся ко всей планете в целом, и региональные. К глобальным явлениям относится движение полюсов Земли, или, точнее, перемещение оси вращения в теле Земли, вызываемое воздействием сил притяжения Луны и Солнца на экваториальное вздутие Земли. Амплитуда этих перемещений может достигать 18 м. Лучше всего изучены вариации с периодом 12 и 14 месяцев, но имеются также предположения о наличии изменений с периодами от месяца до суток. Современные астрономические методы позволяют определить положение полюсов с точностью примерно 3 м на интервале в 5 сут.
  • Систематические доплеровские и лазерные наблюдения искусственных спутников и Луны хотя бы с дециметровой точностью или применение радиоинтерферометров с длинной базой позволят выявлять движение полюсов с разрешением 30 см на интервалах 1—2 сут.
  • Еще с древних времен известно о неравномерности вращения Земли. Вековое замедление скорости, равное, 2,37•10-8 в столетие, было установлено путем астрономических наблюдений движения Луны и планет и на основании изучения древних сведений о датах затмений. Обнаруженные в последние годы с помощью атомных часов короткопериодические и нерегулярные изменения скорости вращения пока еще не объяснены, и их происхождение неясно.
  • Сейчас мировая научная общественность обсуждает вопрос об организации постоянной службы для изучения вращения Земли с помощью наблюдений космических объектов. Решающую роль в этих работах играют опять-таки высокоточные лазерные наблюдения спутников, летающих на высотах в несколько тысяч километров, и радиоинтерферометрические наблюдения внегалактических источников.
  • Изучение региональных геодинамических явлений имеет особое народнохозяйственное значение. К ним относится движение крупных блоков земной коры, изменения уровня поверхностей морей и океанов, образование разломов в земной коре и движение материков. Установление характера и периодичности возникновения этих явлений очень важно для предсказания сейсмической активности, при поиске полезных ископаемых, при проектировании крупных строительных сооружений и т. п.
  • С помощью классических геодезических и гравиметрических методов могут быть определены векторы горизонтальных скоростей движения больших плит. Наибольшую скорость, например, около 5 см в год имеет Тихоокеанская плита, а наименьшую — Евроазиатская. Северная Америка отодвигается от Азии со скоростью несколько сантиметров в год. В зоне разлома Сан-Андреас в Калифорнии обнаружено взаимное скольжение Тихоокеанской и Североамериканской плит со скоростью 3 см в год.
  • Однако приведенные величины, полученные из наземных геодезических измерений на ограниченных территориях, могут быть сильно искажены различными местными эффектами и не давать правильной общей картины перемещений литосферных плит. Организация в активных районах специальных опорных станций, оборудованных лазерными дальномерами сантиметровой точности для наблюдений Луны и высоких спутников со стационарными орбитами, даст возможность не только измерять скорости взаимных перемещений в земной коре, но и позволит определить абсолютные движения плит относительно фундаментальной системы координат. Стоящие в этой области задачи требуют не только значительного улучшения наземных средств наблюдения спутников, но и постановки принципиально новых космических экспериментов с использованием бортовых средств измерения траектории спутников. Для организации регулярной службы слежения за деформациями земной коры в особо сейсмических районах учеными США было предложено использовать лазерные приборы, помещенные на борту спутника.
  • Автоматическая лазерная дальномерная установка по команде из координационного центра проводит измерение расстояний до наземных отражателей, образующих на изучаемой территории площадью до 106 кв. км густую сеть контрольных пунктов. Предполагаемая точность измерения расстояния от спутника до пункта — около 1 см. На каждый сеанс таких измерений потребуется всего несколько дней. Система очень экономична, поскольку, во-первых, без дополнительных затрат позволяет проводить повторные измерения и регистрировать перемещения наземных контрольных точек во времени, а во-вторых, одновременно одним прибором можно проводить контрольные измерения на нескольких территориях, где установлены отражатели.
  • Для непосредственного измерения градиентов гравитационного поля Земли в будущем предполагается использовать градиометры. Эти приборы пока устанавливаются только на самолетах, но полученные экспериментальные данные указывают на возможность проведения прямых измерений с борта спутника.

    ВЛАДИМИР РЕМЕК (Remek) - космонавт-исследователь, летчик-космонавт ЧССР. Герой ЧССР, Герой Советского Союза, участник первого космического полета международного экипажа по программе «Интеркосмос». 2 марта 1978 г. стартовал на космическом корабле «Союз-28» с командиром Героем Советского Союза А. А. Губаревым и работал на станции «Салют-6».


    КАРЕЛ РИХТЕР (Richter) - чехословацкий лингвист и историк, кандидат наук, научный сотрудник Военно-исторического института в Праге.

    РЕМЕК В., РИХТЕР К.
    РЕЧЕВЫЕ КОММУНИКАЦИИ В КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТАХ МЕЖДУНАРОДНЫХ ЭКИПАЖЕЙ

  • Работа экипажей космических кораблей и станций — особый вид сложного труда человека. Она включает в себя выполнение комплекса разнородных специфических операций, осуществление которых находится в прямой зависимости от знаний космонавта, его мастерства и опыта и проходит в таких крайне необычных условиях, как невесомость, ограниченность пространства, сложное психо-физиологическое состояние космонавтов. Сложность этой работы усугубляется и тем, что экипаж взаимодействует с многочисленными взаимосвязанными коллективами, которые организационно объединены в синхронно функционирующее целое. Общеизвестно значение коммуникаций, особенно речевых, для жизни человека в обществе и их роль в организации любого труда, в том числе и на борту космических кораблей и станций.
  • На современном этапе познания космоса ученые в качестве актуальной проблемы выдвигают повышение эффективности труда космонавтов. Очевидно, что, решая ее, нельзя обойтись без изучения процесса речевой коммуникации и его усовершенствования. Правильность такого вывода подтверждают, например, исследования радиосвязи в авиатранспорте, которые проводятся в ряде стран в целях обеспечения безопасности полетов. Нетрудно понять, что пилот не в состоянии выполнить свои задачи должным образом без взаимодействия с другими членами экипажа и наземными центрами управления и ориентации, а также другими самолетами. Коммуникация, главным «инструментом» которой является устная речь, выступает посредником в этом взаимодействии и тем самым становится абсолютно необходимой.
  • Уже сегодня в авиации решаются задачи технической оптимизации связи, исследуются физиологические и психологические способности субъектов осуществлять связь в обычных и экстремальных условиях, наконец, изучаются вопросы рациональной адаптации и «автоматизации» языка в интересах оптимальной коммуникационной деятельности. В настоящее время открывается возможность практического использования результатов исследований психологическо-эмоционального состояния операторов во время принятия решений в сложных ситуациях; подобные исследования опираются на анализ звуковых записей радиокорреспонденций. Значительные успехи достигнуты также в области оптимизации диалога, связывающего членов экипажа и проходящего в условиях дефицита времени или же интенсивного шума. Методику и результаты этих исследований можно использовать и для решения вопросов совершенствования работы космических экипажей, поскольку состояние космонавтов и летчиков в своей основе сходны. Тем не менее специфические черты космического полета требуют особого подхода.
  • Вполне понятно, что система коммуникаций экипажа космического корабля значительно сложнее. Она включает в себя ряд коммуникационных подсистем, каждая из которых активизируется по мере надобности.
  • Они отличаются друг от друга мотивами, целями и результатами коммуникационной деятельности, а в соответствии с этим — своей структурой, количеством участников, набором используемых языковых средств. У экипажа, состоящего из двух и более космонавтов, образуется внутренняя коммуникационная подсистема. В ней осуществляются коммуникации, связанные с конкретным выполнением полетных заданий (внутренние коммуникации управления и взаимодействия), и разговорные коммуникации общения. Внешними коммуникационными подсистемами экипаж связан прежде всего с наземным центром управления полетом, включая пункты связи (внешняя подсистема управления), и с экипажами других космических кораблей или станций (внешняя подсистема взаимодействия).
  • Кроме того, экипаж имеет возможность беседовать с членами своих семей и друзьями на Земле (внешняя разговорная подсистема общения), обмениваться специальной профессиональной информацией (внешняя профессионально-информационная подсистема) и, наконец, активно, хотя и без обратной связи, включаться в систему массовой коммуникации с помощью средств массовой информации.
  • Речь как конкретное использование языка в коммуникации в каждой коммуникационной подсистеме формируется характерным отбором речевых средств и их использованием в соответствии с целями сообщений. Здесь вырисовываются более или менее четко такие коммуникационные стили речи: профессиональный, публицистический и разговорный. Специфика космической коммуникации — своеобразие профессионального стиля, директивного при управлении и разговорного при профессионально-информационной коммуникации.
  • При директивном стиле языковые средства, как правило, выполняют роль сигналов, поступающих от сотрудника центра управления и имеющих цель вызвать определенный вид деятельности у управляемого или же получить информацию от него, например, сообщение о приеме и расшифровке сигнала, о выполнении какого-либо задания.
  • Директивный стиль речи космических экипажей, так называемый космический язык, сформированный на основе русского языка, отличается экономичностью выражений. В нем очень часто используются так называемые акронимы (видоизмененные сокращенные названия сложных технических систем или операций), специальные космические термины, сокращения типа аббревиатур, сокращенные слова и цифровые выражения. Тем самым достигается и высокая степень стандартизации ответа.
  • Оптимизации коммуникационной деятельности в этой области будут способствовать, во-первых, совершенствование профессиональной терминологии, состоящее в однозначном определении сути обозначаемых объектов, явлений, процессов и т. д. и ее выражении в наиболее рациональной форме, в логической систематизации (классификации) терминов и определении степени их обязательности и, во-вторых, все большая стандартизация директивно-информационного диалога. Хорошей базой для подобных работ может стать предложенный в СССР проект деятельности космонавта, суть которого состоит в планомерном распределении деятельности космонавта в характерной ситуации с учетом различий в затратах сил, разного психофизиологического состояния, степени информационной неуверенности. Используя эту основу, в свою очередь, можно сформулировать требования к форме речевого поведения космонавтов, организации подготовки экипажа, автоматизации кода.
  • Определенной подготовки требуют коммуникации, связанные с обменом научной информацией об экспериментах на борту орбитальной станции. Зачастую здесь мы попадаем в далекие от проблем космонавтики и космической техники области человеческой деятельности. Одновременно с необходимыми знаниями космонавты осваивают и соответствующую специальную терминологию. В этом случае эффективность внутренних и внешних коммуникаций зависит от соблюдения терминологических нормативов.
  • Участие в системе массовой коммуникации, где космонавт сталкивается с сообщениями публицистического и научно-популярного характера, требует предварительной подготовки экипажа к выступлениям подобного рода, для которых необходимо использовать речевые средства соответствующего стиля.
  • Без сомнения, процесс достижения взаимопонимания при проведении пилотируемых космических полетов поддается научному изучению. Он привлек внимание ученых, в первую очередь психологов и физиологов, сразу же после первых пилотируемых космических полетов. Исследования устной речи их участников идут в двух направлениях. Во-первых, она несет информацию о психофизическом состоянии космонавта, во-вторых, это уже упоминавшаяся проблема повышения качества речевой коммуникации, непосредственно влияющей на конечную эффективность космического полета. Обе линии научно обоснованы, они имеют определенные общие моменты, дают возможность дополнительной проверки качества и всесторонности подготовки космонавта, подсказывают пути ее совершенствования.
  • Впервые вопрос о речевой коммуникации международных экипажей возник еще в период подготовки совместного советско-американского полета «Союз» — «Аполлон».
  • Тогда главным было решение проблемы коммуникации путем создания билингвистического русско-английского космического словаря, легко доступного для представителей обеих языковых групп (коллективов) и одновременно обладающего необходимой «помехоустойчивостью».
  • Подготовка к космическим полетам международных экипажей по программе «Интеркосмос» вновь выдвинула на повестку дня этот вопрос, правда, в новой постановке, обусловленной другой организацией подготовки к полету и другой его схемой.
  • Как достигается взаимопонимание между космонавтами — представителями разных стран, с разным восприятием совместного коммуникационного кода, в данном случае русского языка, приспособленного к определенным специальным задачам связи? Не претендуя на подробный анализ данной проблемы и обобщение результатов всех международных полетов, осуществленных к настоящему времени, обратимся к опыту нашего советско-чехословацкого экипажа, который первым в программе «Интеркосмос» получил возможность решать проблему преодоления языкового барьера в космосе.
  • Следует подчеркнуть, что в нашем случае важнейшее условие совместной деятельности интернационального экипажа — хорошее знание русского языка. На русском языке появляются первичные публикации о современных достижениях космонавтики. Весь аппарат обеспечения говорит по-русски. Во время полетов международных экипажей, использующих советскую технику, советскую систему управления и обеспечения, нет необходимости иметь параллельную двойную в языковом отношении космическую систему, как это было во время эксперимента «Союз» — «Аполлон». Однако это не означает, что здесь не возникают или не могут возникнуть билингвистические проблемы, требующие своего решения.
  • Необходимое условие хорошего знания русского языка не снимает другой основной проблемы: неизбежно приходится учитывать объективно существующее различное восприятие русского языка представителями разных стран, зависящее от степени языковых различий. Уже при выборе кандидатов в космонавты необходимо определять их способность преодолеть языковой барьер и овладеть русским языком на нужном уровне, обеспечивающем предварительное накопление необходимых знаний, умения и опыта, а во время полета — надежную устную коммуникацию в непривычных коммуникационных условиях. Это важный элемент подготовки полета, от которого, в свою очередь, зависит ее срок и качество взаимодействия во время полета.
  • В любом случае эпоха международных полетов ставит дополнительные совершенно новые вопросы в области устной коммуникации, которыми до сих пор космонавтика не занималась или по крайней мере не должна была решать с такой срочностью и глубиной. Для их решения необходимы координированные научные исследования всех стран, представители которых участвуют в международном изучении космоса.
  • Процесс мышления всегда идет на определенном языке. И хотя мышление присуще каждому отдельному человеку, оно так же, как и язык, имеет свойства общественного продукта. Нормальная личность может научиться говорить и писать благодаря наследственной структуре мозга и голосового аппарата и в результате общественного воспитания. Необходимое первичное условие индивидуального мышления и устной коммуникации — освоение родного языка. Только опираясь на него, человек осваивает другие естественные или искусственно созданные языки, переводя содержание понятий на родной язык или же с него. Этот процесс внутреннего перевода несколько замедляет коммуникацию и поэтому должен быть максимально ускорен. Если бы иностранные космонавты могли овладеть русским языком в такой степени, чтобы думать и разговаривать на нем без посреднического участия родного языка, то это было бы идеальным вариантом.
  • Однако международный характер полетов требует участия космонавта, например, в массовой коммуникации своей страны, где вновь необходимо использовать родной язык, быстро переключаясь на него. Естественно, удовлетворить оба требования нелегко, и наука будет искать методы достижения этого.
  • Ограничивающее влияние родного языка, несомненно, затрагивает не только содержание коммуникации: привычная артикуляция может привести к искажению русских слов и выражений, что затрудняет взаимопонимание. Эта трудность варьируется в зависимости от родного языка, что следует учитывать при подготовке полета и при его осуществлении для каждого отдельного экипажа. Преодоление этой трудности, возможно, потребует для некоторых видов коммуникаций определенных изменений в языке и словаре космонавтов.
  • Необходимо учитывать еще один фактор, могущий сыграть известную роль, особенно в длительных полетах международных экипажей. Наряду с родным языком каждому человеку свойственны определенные национальные отличия в мыслительном процессе, психологическом складе, которые объединяют его с другими членами того же языкового сообщества. Поведенческие различия членов экипажа из различных стран могут проявляться не только в словесной коммуникации, но и в жестах или как-либо по-другому. Этот фактор также следует принимать во внимание при подготовке космонавтов.
  • Подготовке и работе советско-чехословацкого экипажа способствовали следующие обстоятельства:
  • 1) чешский и русский — славянские языки с многочисленными аналогиями в грамматической и лексической системах;
  • 2) в Чехословакии относительно высокое общее знание русского языка, благодаря его изучению в школе и тесным контактам с Советским Союзом;
  • 3) оба кандидата, один из авторов статьи, В. Ремек, и его дублер О. Пельчак, прошли четырехлетнее обучение в Военно-воздушной академии в СССР, что позволило им достаточно хорошо овладеть русским языком.
  • В ходе подготовке В. Ремек усовершенствовал знание выражений и синтаксиса разговорного русского языка, освоил профессиональный стиль, включая специальную космическую терминологию и терминологию тех отраслей науки, с которыми были связаны проводившиеся в космосе эксперименты, директивный стиль. В этот период В. Ремек и А. А. Губарев достигли такого взаимопонимания, которое позволило им сократить даже выражения существовавшего кода и заменить некоторые команды их аббревиатурами или жестами.
  • Определенные затруднения вызвала массовая коммуникация. Звуковые записи устного выступления В. Ремека подверглись в ЧССР психолингвистическому анализу.
  • Было обнаружено, что стиль его выступлений на родном языке, т. е. на чешском, в телевизионных репортажах из космоса заметно отличается от его же коммуникационного стиля перед полетом и от стиля разговора на русском языке с коллегами в космическом корабле и орбитальной станции, с персоналом центра управления. Сравнение образцов с записями, сделанными перед полетом, показало определенное повышение основного тона голоса. Феномены колебаний заняли в анализируемых записях в целом 31 % коммуникационной активности, причем сюда не включена потеря времени, вызванная существенным снижением скорости речи. Следовательно, речь шла о серьезных информационных помехах. По нашему мнению, авторы анализа правильно объясняют их причины:
  • 1) коммуникационные привычки предыдущей летной практики (большинство военных и гражданских летчиков начинает каждое донесение более или менее долгой гласной «э», с тем чтобы исключить искажение информации запоздалым нажатием кнопки);
  • 2) воздействие специфических факторов космического полета на организм (репортаж передавался в то время, когда В. Ремек еще не совсем приспособился к состоянию невесомости, которое, как известно из советских исследований, нарушает тонкую координацию органов речи; кроме того, он переживал состояние заметно повышенной эмоциональности: радостное волнение от полета, тревогу перед первым телевизионным выступлением, к которому не чувствовал себя совсем готовым);
  • 3) билингвистический характер коммуникации во время космического полета (в период подготовки В. Ремек использовал для обучения и коммуникаций исключительно русский язык, здесь же без соответствующей подготовки неожиданно пришлось рассказать о глубоко профессиональных вещах на родном языке, что, по своей сути, означало перевод зафиксированных в памяти ответов с русского языка на чешский).
  • Проявились и нарушения устной речи. Ухудшилась литературная форма сообщений из-за необходимости сосредоточивать внимание на точном переводе содержания нестандартных русских выражений на чешский язык, особенно таких, для которых В. Ремек не мог вспомнить специальные чешские термины или не знал их, появились многочисленные паузы или колебания в речи, которые спонтанно сопутствовали воспоминаниям и подбору выражений. Это обычные, описанные в литературе случаи помех у лиц, владеющих двумя языками.
  • Свою роль сыграл и тот факт, что насыщенность подготовки к полету не позволила включить в программу тщательную отработку выступлений такого рода, учитывающих индивидуальные способности.
  • Опыт показывает, что космонавт должен отрабатывать выступления по телевидению и радио. Для этого ему необходимо освоить адекватную терминологию на родном языке. Если же в нем космическая или связанная с космосом терминология не стандартизирована (пример такого языка. — чешский), то желательно включить подобную стандартизацию в проблематику двустороннего или многостороннего сотрудничества по подготовке полетов международных экипажей.
  • На несовершенство выступления В. Ремека оказала влияние и чисто техническая причина: отсутствие обратной связи при использовании микрофона. То, что он почти не слышал своего голоса, повышало его нервозность, воздействовало на мелодичность и чистоту произношения.
  • Еще раз подчеркнем, что состоявшиеся полеты космических кораблей с международными экипажами выдвинули некоторые новые проблемы, связанные с достижением взаимопонимания между космонавтами. Крайне актуальным представляются изучение с физиологической и психологической точки зрения их устных выступлений, отражающих психофизиологическое состояние космонавтов, разработка методов поиска и устранения причин ухудшения качества их речи. Не менее важно использовать результаты исследований других научных направлений для оптимизации коммуникационной деятельности международных экипажей. Это задача не только космической физиологии, но и семиотики, лингвистики, психолингвистики, теории информации и т. д.
  • Сотрудничество социалистических стран по программе «Интеркосмос» позволяет создать базу для оптимального решения языковых проблем в целях совершенствования устных коммуникаций. Среди частных задач здесь можно назвать унификацию терминов, научный отбор космонавтов с точки зрения языковых способностей, изучение соотношения соответствующих языков и русского языка для последующей разработки методов успешного овладения коммуникационным кодом или его изменения, составление прогнозов и планов в области коммуникации, разработка мер, способствующих оптимальному общению экипажей с точки зрения языковых различий, совершенствование коммуникационных заданий и т. д.

    ФУДЗИО ЭГАМИ (Egami) - японский биохимик, заслуженный профессор биохимии Университета Нагоя, директор Института наук о жизни (Мицубиси-Касеи, Токио), президент Международного общества по изучению происхождения жизни. Основное направление исследований - предбиологическая и ранняя биологическая эволюция на Земле.

    ЭГАМИ Ф.
    К ПОДЛИННОМУ СОЮЗУ БИОЛОГИИ И ФИЗИКИ

  • Повсеместно признано, что квантовая механика осуществила слияние физики и химии в единую физическую науку. Часто говорят также, что молекулярная биология объединила физическую и биологическую науку или устранила грань между ними.
  • Но я полагаю, что это переоценка молекулярной биологии. Сначала я хотел бы отметить существенные особенности, характерные для живых систем.
  • Вероятно, самая характерная их особенность — генетический код, по существу, единый для всех земных организмов. Мне кажется, что возникновение генетического кода— событие, имеющее исторический характер. Оно должно было зависеть не только от физико-химических свойств нуклеотидов и аминокислот, но и от физико-химических условий первичного окружения, в котором проходило формирование генетического кода. Ученые, исследовавшие происхождение генетического кода с точки зрения физики, до сих пор принимали во внимание только физико-химические свойства тех или иных веществ и не смогли достигнуть успеха в изучении эволюции кода. Я думаю, эта проблема будет решена только с учетом и условий среды, заключенных в определенные пространственные и временные границы.
  • Далее. Фундаментальной характеристикой живых систем является сохранение индивидуумов и видов и так называемые телеономические приспособительные Структуры и свойства, отвечающие задачам этого сохранения. Такие структуры и свойства не обнаружены в неодушевленных системах.
  • И, наконец, еще одно. В физической науке не только основные законы, но даже и отдельные факты могут считаться истинными для любого места Вселенной: так, молекула воды всюду состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. В этом смысле физическая наука универсальна. Напротив, в биологии даже самые фундаментальные свойства, такие, как клеточное строение, не могут рассматриваться, как непременно присущие живым организмам на других, допустим, планетах. Главные составляющие живых организмов на Земле— белки и нуклеиновые кислоты. Нельзя утверждать, что в других местах в организмах также можно будет найти эти соединения.
  • Итак, традиционная биология — это наука, сфера действия которой не простирается на всю Вселенную, а ограничена Землей, т. е. это земная биология.
  • Следовательно, чтобы по-настоящему объединить физическую науку с биологической, необходимо на физической основе как-то преодолеть три основных различия между этими науками, иными словами — между живыми и неодушевленными системами.
  • В этой связи рассмотрим сначала эволюционное учение и палеонтологию (иначе говоря, истории живых систем) и молекулярную биологию, разъясняющую жизненные явления с физической точки зрения. Каковы плюсы и минусы этих дисциплин?
  • * * *
  • Эволюционное учение и палеонтология сосредоточиваются на тех особенностях, которые приводят к дифференциации организмов, живущих в различных условиях, заключенных в определенные пространственные и временные границы, но оставляют в стороне фундаментальные характеристики живого и свойства, общие для всех живых организмов на Земле. Они, например, рисуют расцвет и упадок гигантских ящеров и эволюцию тропических и альпийских растений, но не объясняют происхождение и развитие клеточной структуры, самого основного свойства всех живых организмов.
  • Тем не менее эти науки заслуживают высокой оценки, поскольку подчеркивают исторический характер событий и их связь с определенными пространственно-временными условиями среды.
  • Молекулярная биология, в противоположность им, считает, что явления жизни должны быть объяснены прежде всего как молекулярные взаимодействия. Символ молекулярной биологии —теория двойной спирали Уотсона и Крика. Действительно, она успешно объяснила на основе молекулярных взаимодействий такое важное свойство, как наследственность, самое фундаментальное биологическое явление.
  • Было показано, как известно, что важнейшим веществом гена является ДНК, что ДНК имеет структуру двойной спирали, что генетическая информация записана в ДНК в виде последовательных четырех нуклеотидов и что основу наследственности и самовоспроизведения составляет взаимодействие молекул в ходе репликации (повторения) ДНК. Это и в самом деле замечательное открытие, и все же я нахожу в нем характерные черты ограниченности классической молекулярной биологии, занятой анализом молекулярных механизмов структуры и функции только ныне существующих организмов. Исходный пункт — ДНК, такая, какой ее находят в современных организмах. Молекулярная биология не показывает ни тот исторический процесс, в ходе которого природа использовала ДНК как вещество наследственности и записала в ней наследственную информацию, ни того, каким образом природа выбрала четыре нуклеотида для этой записи.
  • То же самое справедливо и для белков. Молекулярная биология разъяснила взаимосвязь между аминокислотной последовательностью, трехмерной структурой и каталитической активностью ферментов. Но исторические процессы, приведшие к использованию белков как биокатализаторов, неизвестны. Мы даже не знаем, как природа выбрала те двадцать аминокислот, которые входят в состав белков. Именно в этом слабая сторона классической молекулярной биологии: она идет от пренебрежения историческими процессами или условиями, заключенными в определенные пространственно-временные границы для живых организмов.
  • Третий пример — то, что мы знаем об АТФ. Известно, что АТФ— самый важный резервуар энергии у всех живых организмов. Мы знаем также молекулярный механизм освобождения энергии путем расщепления фосфатной части АТФ. Однако ни биохимия, ни молекулярная биология не проливают свет на исторический процесс внедрения АТФ в биосферу.
  • Фундаментальными особенностями живых систем, как уже говорилось, являются их телеономическая структура и способность к сохранению индивидуумов и видов. В связи с этим — еще простой пример. Хорошо известно, что зависимость степени насыщения гемоглобина кислородом от давления кислорода выражается сигмоидной кривой. Такой характер кривой целесообразно приспособлен (телеономичен) для переноса кислорода. Молекулярные биологи объясняют механизм сигмоидной кривой как следствие так называемого аллостерического эффекта. Но им безразлично, какой исторический процесс привел к установлению подобного телеономического свойства. Здесь мы опять видим ограниченность той молекулярной биологии, которую я называю классической.
  • Где же выход к более полному уяснению жизни и ее эволюции? Не там ли, где произойдет истинное объединение физических и биологических наук? Без этого, очевидно, не обойтись. А единственный путь объединения— это познание с физической точки зрения истории развития общих черт и телеономического характера организмов.
  • Как это можно осуществить?
  • Одним из путей, ведущих к такой цели, может стать изучение химической эволюции, возникновения жизни и биологической эволюции на основе молекулярных взаимодействий, что неразрывно связано с астрофизикой и геофизикой, познающими общую историю Вселенной. Тут граница между физической и биологической наукой исчезнет.
  • Возникновение и развитие Вселенной, возникновение и развитие Земли во Вселенной, возникновение и развитие жизни на Земле — вот общий ход истории, приведший к ныне живущим организмам. Здесь для нас особенное значение имеет последний этап истории, а именно— предшествовавшая возникновению жизни химическая эволюция, возникновение жизни и последующее биологическое развитие. И основные черты, и телеономические свойства ныне живущих организмов должны были возникнуть и укрепиться в ходе общей эволюции на Земле. Как и когда это произошло?
  • Становление некоторых основных черт, таких, как азотистые основания, белковые аминокислоты и генетический код, должно было произойти в ранний период развития, поскольку они практически едины для всех земных организмов. Затем последовало становление также единой для всех организмов клеточной структуры. Позже возникли телеономические свойства, сохраняющие целостность более высокоразвитых организмов, и, наконец, разум.
  • Какие физические механизмы обеспечили становление всех этих черт? Если молекулярная биология захочет ответить на этот вопрос, она должна будет принять во внимание физические факторы, заключенные в определенные пространственно-временные границы. Чем сложнее биологическое явление, тем в большей степени мы должны учитывать условия его становления.
  • Я уже отметил, что, даже рассматривая возникновение генетического кода, необходимо принимать во внимание конкретные физико-химические факторы первичной окружающей среды. Тем более нельзя обойтись без этого при изучении физических основ разума, поскольку разум является вершиной накопления конкретных пространственно-временных условий. Исключать все эти условия довольно бессмысленно и невозможно.
  • Итак, я предлагаю, начиная с изучения химической эволюции, двигаться к ранней и последующей биологической эволюции, учитывая физические условия окружающей среды. Таким путем можно будет объединить биологические и физические науки. Или, другими словами, биологическая наука станет «физической» наукой для живых систем, приняв во внимание конкретные пространственно-временные условия.
  • * * *
  • Можно, однако, спросить: будет ли биология всегда земной наукой и никогда — наукой в масштабе Вселенной? Возникнет ли когда-нибудь единая биология?
  • Эволюционное учение, или дарвинизм, мы склонны рассматривать как единственную универсальную концепцию в биологии, поскольку ее можно кратко выразить следующим образом: жизнь развивается в соответствии с внешними условиями. Организмы на Земле развиваются в соответствии с земными условиями. Организмы на других планетах, если они там есть, должны развиваться в соответствии с существующими там физическими условиями. Значит, и там мы не откажемся от эволюционного учения в общей его форме. Что-то (хотя далеко не все) окажется верным и в других разделах биологии.
  • Становление единой биологии Вселенной сделает возможным предсказание природы организмов на различных планетах на основе информации о физических условиях на этих космических телах в прошлом и в настоящем. Здесь возможны два подхода. Первый заключается в поиске организмов на других планетах и в изучении взаимосвязи между природой тех организмов и соответствующими физическими условиями. Это уже проводится для Марса. В нашей галактике за пределами Солнечной системы найдется немало планет, сходных по физическим условиям с Землей. Вероятно, на некоторых из них также могут быть живые организмы. Но в ближайшие годы у нас не будет возможности их изучать. Другой путь — подробно исследуя (в качестве примера) химическую и биологическую эволюцию в физических условиях Земли, на основании полученных данных постулировать общую гипотезу о взаимосвязи между природой организмов и физическими условиями на той или иной планете. Эксперименты «Викинга» до сих пор не смогли обнаружить на Марсе живые организмы, но это не значит, что их там нет совсем. Физические условия Марса все более уточняются. На основе этих физических данных можно судить о природе вероятных марсианских организмов и предлагать новые методы их обнаружения.
  • Как бы то ни было, поднять биологию на уровень единой науки Вселенной — универсальной биологии — очень трудная задача. Решить ее поможет объединение биологических и физических наук, молекулярной биологии и биофизики, а также исследование конкретных пространственно-временных условий развития. Эволюционное учение должно быть продолжено на периоды химической эволюции и начала возникновения жизни. Это поможет познать возникновение и развитие общих черт и целостных свойств всех живых организмов.
  • Б90 Будущее науки. Междунар. ежегодник. — М.: Знание, 1981. — 288 с., ил. — Вып. 14. 85 к.
  • ISSN 035—6054
  • Книга посвящена перспективам развития науки. Видные советские и зарубежные ученые рассказывают на страницах ежегодника о путях развития различных отраслей знания, о том, что даст наука людям через 10, 20, 100 лет.
  • 60200-017 073(02)-81
  • 01-81 1401000000
  • ББК72 001

    БУДУЩЕЕ НАУКИ

  • МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЕЖЕГОДНИК
  • Выпуск четырнадцатый :

    Редакторы: И. Вирко, Т. Кобзева, Е. Кондратьев, Г. Кремнева, В. Микулицкий

  • Младший редактор Т. Захарова
  • Обложка А. Гангалюки
  • Художественный редактор В. Савела
  • Технический редактор Т. Луговская
  • Корректор Р. Колокольчикова

    ИБ № 3000

    Сдано в набор 20.08.80. Подписано к печати 16.01.81. Т 01438. Формат бумаги 70Х1081/32. Бумага для гл. печати. Гарнитура гельветика. Печать глубокая. Усл. печ. л. 12,60. Усл. кр.-отт. 12,78. Уч.-изд. л. 17,80. Тираж 100000 экз. Заказ М» 2249. Цена 85 коп. Издательство «Знание». 101835, ГСП, Москва, Центр, проезд Серова, д. 4. Индекс заказа 819702.

  • Ордена Трудового Красного Знамени Калининский полиграфический комбинат Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли, г. Калинин, пр. Ленина, 5.