Ученик академика Зельдовича

Николай Иванович Шакура — доктор физико-математических наук, профессор, заведующий отделом релятивистской астрофизики Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга при МГУ имени М. В. Ломоносова.

— Николай Иванович, с 23 по 27 апреля в Минске будет проходить 3-я международная конференция, посвященная памяти нашего земляка академика Якова Борисовича Зельдовича. Вы традиционно примете в ней участие. На этот раз приезжаете еще и лауреатом Госпремии России по науке за создание в соавторстве с Рашидом Сюняевым теории дисковой аккреции вещества на черные дыры. Ваша работа до сих пор находит применение в других областях астрофизики?

— Да, конечно. Есть аккреционные диски вокруг черных дыр, нейтронных звезд, есть они вокруг обычных звезд и белых карликов в двойных звездных системах. И те расчеты, которые мы проделали, годятся для самых разных ситуаций. В последнее время открыто огромное множество протопланетных дисков, к которым тоже применима наша теория. В ядрах активных галактик и квазарах существуют самые интригующие объекты – сверхмассивные черные дыры с массой в десятки сотней миллионов и даже до миллиарда масс Солнца. И там тоже имеет место дисковая аккреция. Некоторое время назад в центре нашей Галактики была открыта черная дыра. Она оказалась миллион с небольшим масс Солнца. Там тоже имеют место процессы аккреции. Но там, возможно, не такой сплошной диск, а на черную дыру падают газовые облака.

— У Вас уже много своих учеников, но и став профессором Вы не забыли о том, кому обязаны изначально.

— Я ученик академика Зельдовича. И благодарно помню об этом. Именно под его руководством в 1972 году защитил кандидатскую диссертацию на тему «Физические процессы в окрестностях нейтронных и застывших звезд». А в 1988-м, уже после его смерти, защитил и докторскую диссертацию «Теория дисковой аккреции и ее некоторые астрофизические дополнения».

— Мне довелось готовить о Вас статью для энциклопедии «Знаменитые белорусы в России». Поэтому многое мог бы дополнить к Вашему ответу. Являетесь основателем современной теории дисковой аккреции на сверхплотные релятивистские объекты (нейтронные звезды и черные дыры). Знаю, что на Вашем творческом счету более 150 научных публикаций. Вы – член Международного Астрономического союза и Европейского Астрономического общества. Вам присвоено почетное звание институтом Риккен в Японии. В 1988 году стали заслуженным научным сотрудником Московского университета, затем лауреатом премии имени М. В. Ломоносова, Почетным работником высшего профессионального образования Российской Федерации. В 2005-м, по предложению коллег из Крымской астрофизической обсерватории Академии наук Украины, комиссия Международного астрономического союза присвоила имя ШАКУРА малой планете № 14322 в Солнечной системе.

— Действительно, вы перечислили даже то, о чем я иногда забываю. Но главное все-таки — сама работа…

— С чего все начиналось? Знаю, что Ваш отец Иван Матвеевич — фронтовик, бывший танкист, ходивший на протезах так, что даже знающие о его инвалидности забывали об этом, — тоже способствовал выбору профессии. Он мне рассказывал, как Вы вместе запускали воздушных змеев, выписывали редкие тогда для сельчан научно-популярные брошюры…

— Все это так. Начальная школа в деревне Даниловке Светлогорского района. Затем семилетняя в 5 километрах от нее, в Ковчицах. И наконец Паричская средняя – в 12 километрах. До сих пор ощущаю влияние всех учителей-наставников. После выпускных экзаменов по каким-то делам я поехал в Бобруйск, зашел в книжный магазин и увидел там книжку «Высшая математика для начинающих», автором которой был Я. Б. Зельдович. Имя это мне тогда ни о чем не говорило.

— Так сошлись в Вашей судьбе два учителя – Альфред Викторович Барановский, учитель математики Паричской горпоселковой школы, и Яков Борисович Зельдович?

— В том, как надо учить других, они были схожи, — знали гораздо больше, чем говорили. Информация должна быть дозированной, а доза — по номиналу. Но вернемся к разговору о Зельдовиче. Большую часть времени мы проводили в его номерном отделе в институте прикладной математики, которым тогда руководил академик Мстислав Всеволодович Келдыш. Сейчас это институт его имени. Отложились в памяти подоконники в комнатах отдела, сплошь заставленные бутылками с минералкой с надписями на этикетках: кто кому и за что проспорил. Эти споры несколько сближали молодежь с Яковом Борисовичем – у молодых исчезало чувство страха сказать что-то не то. Вместе с тем в общении с ним существовала некая незримая черта, переступать которую было нельзя, иначе притяжение превращалось в отторжение.

— И все-таки о выборе профессии. Что еще повлияло на него?

— Астрономическое отделение я выбрал уже в кабинете приемной комиссии МГУ. Прошло всего два с небольшим года после полета Юрия Гагарина. Время само подсказывало выбор. Но все-таки решающую роль сыграла книжка с названием «Этюды о Вcеленной», написанная профессором МГУ Б. А. Воронцовым-Вельяминовым, которая тоже какими-то путями оказалась в белорусской глубинке. Я ее буквально проглотил, помогая пастуху деревенского стада коров… Будучи студентом МГУ, слушал лекции Бориса Александровича и, естественно, сдавал ему экзамен. В школе мы учили астрономию по его стандартному учебнику для средней школы. Тогда мне даже в голову не приходило, что пройдет всего два-три года, и он будет мне преподавать курс высшей астрономии.

— А чем запомнилась Вам первая встреча с академиком Зельдовичем?

— Первые три года обучения в МГУ прошли без встреч с ним. Более того, я забыл о купленной в Бобруйске книжке – в число стандартных университетских учебников она не входила. А встреча с Яковом Борисовичем состоялась, когда я был студентом 3-го курса. Деканат физического факультета организовал встречу студентов с редколлегией журнала «Успехи физических наук». Академик Зельдович сидел за столом, молча уложив подбородок на скрещенные руки. Он был, как говорят, весь в себе, и что-то нетривиальное таилось в нем. Позже, когда я уже работал с ним, узнал, что он никогда не был студентом дневного отделения какого-либо вуза. После окончания десятилетки в 1930 году в Ленинграде поступил на работу лаборантом сначала в Институт механической обработки полезных ископаемых, а несколько месяцев спустя в Институт химической физики. В возрасте 20 (!) лет Зельдович был принят в аспирантуру ИХФ к академику Николаю Николаевичу Семенову и далее в ускоренном режиме прошел c фантастической результативностью все ступени ученой лестницы.

— Знаю, что какое-то время он учился на заочном отделении физико-математического факультета Ленинградского государственного университета, посещал лекции физико-механического факультета политехнического института. А потом действительно с фантастической скоростью прошел все ступени научной лестницы. Возглавлял лабораторию в институте химической физики Академии наук СССР. Заведовал там же теоретическим отделом, преподавал в Московском инженерно-физическом институте. 17 лет занимался, как принято говорить, оборонной тематикой, за что стал трижды Героем Социалистического Труда, лауреатом Ленинской премии и четырех Государственных премий…

— Могу добавить, что он был членом многих иностранных академий и научных обществ, первым президентом комиссии «Космология» Международного астрономического союза, отмечен золотой медалью Лондонского королевского астрономического общества. Всего, наверное, не перечислить. Мне посчастливилось принимать участие и в предыдущих научных конференциях, посвященных Якову Борисовичу, которые проходили в Минске. И даже выступать с докладом.

— А приобщение к научному творчеству, с чего оно начиналось для Вас?

— Моя научная работа началась на 3-м курсе в солнечном отделе Государственного астрономического института имени Штернберга, (сокращенно ГАИШ). Это один из научно-исследовательских институтов при МГУ. Я изучал механизмы уширения крыльев линий поглощения в спектре Солнца. С помощью карандаша и линейки обрабатывал рулоны бумаги от самописцев. Работа в солнечном отделе для меня закончилась печально. У них там стоит длиннющая труба-спектрограф, в которой можно изучать разные детали на поверхности Солнца благодаря небольшому прибору, сконструированному очень талантливым сотрудником отдела Игорем Федоровичем Никулиным. Зрелище зачаровывает. Однажды я сидел у этой трубы с начальником солнечного отдела профессором Ситником Григорием Федоровичем. Мы одновременно прильнули к окуляру этого прибора, и я своей башкой сбил очки Григорию Федоровичу. Сильно испугался: сбить очки профессору — это что-то немыслимое и невероятное. Я убежал и больше в солнечный отдел не приходил.

— Первую личную встречу с Яковом Борисовичем помните?

— Мой первый личный контакт с академиком Зельдовичем состоялся на 4-м курсе, когда он начал читать нам свои лекции. Осенью 1966 года мы, студенты астрономического отделения физического факультета МГУ, обнаружили в расписании занятий новый спецкурс «Строение и эволюция звезд», который по пятницам должен был читать Яков Борисович. А по четвергам под его руководством в институте имени Штернберга проводился Объединенный Астрофизический семинар (ОАС). В работе этого семинара участвовали как уже сложившиеся ученые, так и молодежь, получившая высшее образование. Студенты забегали по мере возможности, так как в расписании учебных занятий семинар не значился. После своей первой лекции Яков Борисович попросил задержаться желающих получить у него тему для курсовой работы. Несколько студентов, в том числе и я, остались в аудитории. Когда очередь дошла до меня, он спросил, был ли я вчера на заседании ОАС. Я ответил утвердительно. На второй вопрос, прослушал ли я доклад о (таинственных тогда) источниках космического рентгеновского излучения, ответ тоже был утвердительный. Тогда он сказал: «Попытайтесь рассчитать структуру и спектр излучения мощной ударной волны, которая возникает в результате падения газа на нейтронную звезду вблизи ее поверхности».

— Так определилось основное направление Ваших научных устремлений?

— Все было неожиданно и для меня самого. Спустя несколько недель после начала занятий ко мне подошла ученый секретарь кафедры астрофизики, научный сотрудник ГАИШ Валентина Яковлевна Алдусева, чтобы уточнить тему моей курсовой работы. «Коля, перед вами академик Зельдович поставил задачу аккреции газа на нейтронную звезду», – сказала она. Именно в этот момент я впервые услышал это загадочное слово «аккреция» и был до крайности удивлен. Ведь академик просил меня рассчитать структуру ударной волны и на первых порах не употреблял в беседах со мной этот термин. А в стандартных астрономических курсах тех времен изучение процессов аккреции вообще отсутствовало. Летом 1966 года под руководством Валентины Яковлевны я вместе с другими студентами, будущими астрономами, проходил астрономическую практику на обсерватории ГАИШ в горах Тянь-Шаня под Алма-Атой. Да, именно астрономическая практика несколько сближает студентов и научный персонал. Видя мое замешательство, Валентина Яковлевна предложила воспользоваться хранилищем научной библиотеки ГАИШ. Обычно студентам МГУ разрешают пользоваться только библиотекой учебных пособий. Порывшись в библиотеке, я выяснил, что слово «аккреция» имеет латинское происхождение (accretio) и означает приращение, прибавление чего-либо.

Интуиция не подвела Якова Борисовича при постановке мне задачи аккреции газа на нейтронную звезду. Часть космических источников мощного рентгеновского излучения, открытых в начале 60-х годов прошлого века в результате заатмосферных запусков ракет, оснащенных приборами, которые регистрируют рентгеновские фотоны, оказались аккрецирующими нейтронными звездами.

— Это было время открытия радиопульсаров.

— Да, именно за это английский радиоастроном Энтони Хьюиш был удостоен Нобелевской премии. Одновременно Нобелевский комитет присудил премию и Мартину Райлу, тоже британцу, за создание метода аппертурного синтеза. Свойства открываемых радиопульсаров оказались столь необычными и интригующими, что на некоторое время интерес к космическим рентгеновским источникам несколько ослабел. Однако я продолжал работать над задачами аккреции газа на нейтронные звезды. Аккрецирующие нейтронные звезды должны проявлять себя совсем иначе. В 1969 году в Астрономическом журнале появилась моя совместная с Зельдовичем публикация о структуре и рентгеновском излучении ударной волны, возникающей вблизи поверхности такой звезды. Мы тогда понимали, что темп аккреции межзвездного вещества на одиночные нейтронные звезды весьма мал, и возможная их рентгеновская светимость в десятки миллионов раз меньше, чем у наблюдаемых источников. Возникла идея аккреции вещества на нейтронные звезды, которые входят в состав двойных звездных систем.

— Двойные звездные системы, черные дыры, пульсары… Все это для нас, неприобщенных, звучит более чем загадочно.

— Представим себе двойную звездную систему, состоящую из черной дыры и обычной звезды, которая теряет вещество со своей поверхности. Черная дыра — космический объект, принципиально отличающийся от всего остального в этом мире. У черной дыры нет поверхности как таковой. У нее есть горизонт событий, на котором вторая космическая скорость в точности равна скорости света. Не стану утомлять читателей подробным объяснением. Скажу только, что теоретический расчет структуры ударной волны был темой моей дипломной работы, а теория дисковой аккреции — темой кандидатской диссертации. Моя статья с изложением теории аккреционных дисков была послана в Астрономический журнал в июне 1971 года и опубликована в следующем году. Значительная часть расчетов структуры и излучения аккреционных дисков вокруг черных дыр была выполнена совместно с Рашидом Сюняевым и опубликована в научном европейском журнале Astronomy & Astrophysics в 1973 году. Статья не потеряла интереса научной общественности всего мира и сейчас. Открытие аккрецирующих черных дыр и нейтронных звезд в двойных звездных системах было сделано в начале 1970-х годов. Благодаря излучению аккреционных дисков позже были открыты сверхмассивные (с массой порядка десятков, сотен миллионов солнечных масс) черные дыры в ядрах активных галактик и квазарах.

— После таких поистине космических ощущений как воспринималось возвращение в детство, в юность, в родную деревню?

— Во время летних каникул я возвращался домой, и отец спрашивал меня о занятиях. Когда услышал слово «аккреция», несколько поморщился – какое-то странно звучащее и незнакомое. Вот ядерная физика, космос – это совсем другое дело. Иван Матвеевич, как мы уже говорили, кадровый офицер Советской армии, получил тяжелое ранение в танковом сражении под Прохоровкой на Курской дуге в июле 1943 года. Он скончался в январе 2009 года. Часть его пенсии, которую он присылал мне как в студенческие годы, так и в годы аспирантуры, позволяла вместе со стипендией жить более-менее нормально. Да, я не разгружал вагоны на московских вокзалах, не ездил летом в студенческих отрядах на заработки. Но как будто и сейчас чувствую немые вопросы односельчан к отцу, когда он раз в месяц приезжал на почту в деревню Ковчицы с очередным «траншем» части своей военной пенсии мне в Москву: «Иван, ну сколько же можно учить? 10 лет в школе и почти десять лет (студенчество плюс аспирантура) в Москве? Когда же отдача будет?» Да, конечно, хорошее высшее образование можно получить и за более короткий промежуток времени. Яков Борисович вообще не имел диплома (ни красного, ни стандартного синего) о высшем образовании. Но это удел гениев.

— Кстати, чем отличался Яков Борисович от других научных руководителей университета?

— Мне трудно сопоставить. Да и вряд ли стоит сейчас об этом. Пока мы были молодыми, контроль со стороны Зельдовича над нашей работой был необыкновенно сильным. Но со временем его научные интересы сосредоточились на космологии. В копилку мировой космологической науки вошли «блины» Зельдовича, эффект Сюняева-Зельдовича, спектр Зельдовича-Харрисона и другие результаты его изысканий. Как профессор Московского университета, он читал для студентов и аспирантов два годовых курса лекций: один год по строению и эволюции звезд, второй — по космологии. К лекциям готовился необыкновенно тщательно с записыванием содержания в тонкие школьные тетради. Каждый год это были новые тетради. Я должен был оповещать о его курсах. Присутствовал на многих лекциях. В результате этой деятельности появилось учебное пособие «Физические основы строения и эволюции звезд» (авторы Зельдович, Блинников и Шакура). Появилось на свет и другое пособие: «Космология ранней Вселенной» (авторы Долгов, Зельдович, Сажин).

— Были, наверно, и не только университетские встречи с Зельдовичем?

— Несколько эпизодов из, так сказать, околонаучной жизни. Я женился довольно рано, и первый сын появился на свет, когда я был еще студентом. Зельдович часто приглашал меня (как и других) к себе домой. Как-то раз там попросил меня разобраться с каким-то конкретным вопросом. Спустя некоторое время подошел и спрашивает: «Коля, у вас что-то родилось?» Я отвечаю: «Да, Яков Борисович, у меня родилась сейчас одна идея!» — «Да не об этом я вас спрашиваю. Говорят, что у вас родился сын!» Я никак не ожидал, что мой научный руководитель знает об этом. Позже, уже в аспирантуре, он всегда находил для меня лаборантские полставки.

Однажды после окончания очередной лекции достал из заднего кармана брюк что-то завернутое в белый платочек. Развернув его, извлек скрепленные одной планкой три Звезды Героя Социалистического Труда и попросил помочь прикрепить эти звезды на пиджак. Находясь в состоянии легкой задумчивости от содержания лекции, я машинально выполнил его просьбу, не придав этому особого значения. Академик быстро ушел из аудитории по своим делам. Позже я узнал, что он был одним из тех, кто заслужил свои награды, работая над советским атомным проектом. Сам никогда не рассказывал о годах, проведенных «там», а я его и не спрашивал об этом по известным причинам. Говорят, что свои звезды он использовал в тех относительно редких случаях, когда заходил в кабинеты высокого начальства с просьбой посодействовать в устройстве на работу молодых специалистов.

Как-то я опаздывал на очередную его лекцию и быстро шел по коридору к аудитории. Около нее стояли ребята из моей группы и несколько странно смотрели на меня. Буквально на бегу я спрашиваю: «А Сам пришел?» Оглянувшись, увидел, что Сам так же быстро идет за мною след в след, прижав палец к губам. С тех пор Зельдович стал для меня еще и Сам. Он делал все сам, соавторы ему только ассистировали. Но какие у него были ассистенты!..

— Вот уже более 50 лет Вы в Москве. Стали одним из ведущих астрофизиков не только России. Возглавляете отдел релятивистской астрофизики, созданный академиком Зельдовичем, являясь его преемником. В честь Вас названа одна из малых планет Солнечной системы. Изменилось ли Ваше отношение к жизни, к самому себе?

— Самое для меня странное и удивительное, что не изменилось. Сейчас оно такое же молодое, каким было полвека назад. Может, потому что отношение к науке осталось таким же любопытным, как и тогда. Разница лишь в том, что ответы на вопросы, которые я задаю себе, сейчас приходят в голову гораздо быстрее. Да, если все время держать себя в форме, то в науке можно работать и в 65. Яков Борисович открывал новое в ней и в более почтенном возрасте. Конечно, есть еще передача знаний молодым. Может быть, в этом важна не столько передача накопившейся информации, сколько умение пробуждать стремление к результативному собственному творчеству. Зельдович умел это делать. Завещал и нам.

— Наверно, в таком завещании было и желание сблизить творческие усилия белорусских и российских ученых?

— Безусловно. Тем более что и у него, и у меня родовые корни в Беларуси. Я часто размышляю о судьбах современной науки. И всегда прихожу к выводу, что потенциал естествознания в нашу эпоху очень высок. Наука (особенно прикладная) требует специалистов высокой квалификации. Вот почему необходимы объединенные усилия.

— Кстати, Николай Иванович, среди совместных программ Союзного государства есть и такие: «Разработка базовых элементов, технологий создания и применения орбитальных и наземных средств многофункциональной космической системы», «Разработка нанотехнологий создания материалов, устройств и систем космической техники и их адаптация к другим отраслям техники и массовому производству».

— Все это замечательно. Беларусь действительно утверждается и в научном освоении космоса. Вспоминаю, что на Международной конференции, посвященной 95-летию Якова Борисовича Зельдовича, которая проходила в Минске в апреле 2009 года, выявились очень хорошие связи российских ученых с белорусскими коллегами во многих областях науки. Однако об астрономии этого не скажешь. Еще будучи студентом, я заметил, что астрономические обсерватории или институты с интересной историей были во всех республиках СССР, кроме Беларуси. Прежде всего необходимы астрономические кадры. Полагаю, что Московский государственный университет в состоянии помочь в этом моим землякам. Конечно же, нужны государственные договоренности. Они уже существуют между Россией и рядом других стран бывшего Советского Союза. Знаю, что в Беларуси есть значительные достижения в области оптических приборов. Ими славится Белорусское оптико-механическое объединение. Слышал хорошие отзывы о выпускаемых им космических, топографических, спектрозональных и других системах, комплексах, наблюдательных приборах. Теперь, когда построена новая обсерватория МГУ на Северном Кавказе (под Кисловодском), кое-что может там и понадобиться.

— И все-таки, что принципиально новое появилось в астрономической науке?

— Сейчас благодаря прецизионным наблюдениям открыты сотни планет вокруг других звезд. Две из них по своим параметрам близки к Земле и находятся на таком расстоянии от своих светил, что возникновение жизни на них весьма вероятно. Естественно, что все эти открытия имеют место в нашей Галактике у звезд, близких по положению к Солнцу. С другой стороны, астрономическая наука существенно раздвинула наши горизонты в прямом смысле этого слова. Благодаря более совершенным телескопам мы заглядываем в очень далекие уголки Вселенной. Заглядываем также благодаря свету и в далекое прошлое. Ведь скорость света конечна — 300 000 километров в секунду. Космология сейчас благодаря новейшим наблюдениям существенно продвинулась вперед и перестала быть умозрительной.

— А если спросить о Ваших особенных пристрастиях в астрофизике?

— Можно только завидовать ученым сейчас. Это открытие гравитационных волн, которое сделали американские ученые из LIGO. Первые случаи были открыты в сентябре 2015 года, к концу 2015-го было обнаружено уже три случая слияния черных дыр. Затем была открыта еще одна сливающаяся пара. Слияние происходит очень быстро, от него идет поток гравитационных волн, который и измеряется высокоточными интерферометрами. Черные дыры, открытые в процессе слияния, оказались несколько массивнее тех, которых изучают по их рентгеновскому излучению от аккреционных дисков в двойных звездных системах. Массы последних — примерно 5-15 масс Солнца. По-моему, уже 22 такие черные дыры в двойных звездных системах открыли. А по характеристикам гравитационно-волнового импульса можно оценить и массы, и собственно вращение этих дыр. И масса каждой из них оказалась от 20 до 30 масс Солнца. Интересно, как же они образовались в далеком прошлом? Почему они оказались более массивными? Один из вариантов звездной эволюции с образованием таких массивных черных дыр содержится в работе российских ученых: профессора Константина Постнова и кандидата физико-математических наук Александра Куранова. Ожидается, что будет открыто слияние двух нейтронных звезд. Возможно слияние нейтронной звезды и черной дыры, но это в будущем.

Вторая интересная область — это наша Вселенная в целом, космология. Там открыта темная материя, которая как-то распределена в скоплениях галактик. А есть еще темная энергия. И плотность ее больше всего: если суммарную плотность вещества во Вселенной взять за 1, то на темную энергию приходится 0,7. Это тоже интересно. А ускоренное расширение Вселенной?! Раньше считалось, что из-за гравитации темп расширения со временем замедляется. А сейчас оказалось — ускоряется. Это явление называется инфляцией. Она была характерна для ранних стадий Вселенной, и вот теперь опять мы выходим на режим ее ускоренного расширения. Природа его успешно исследуется в трудах российского академика Алексея Старобинского.

Планеты – тоже интересно. Открыто несколько с массой порядка массы Земли. И они существуют в зоне, где возможна жизнь как на нашей Земле. Почти 50 лет назад открытия были колоссальные: нейтронные звезды, черные дыры, реликтовое излучение. Тогда его открыли, а сейчас изучают распределение его флуктуаций по небу. Само реликтовое излучение имеет температуру 2,7 градуса по Кельвину, а флуктуации – 10 и даже меньше микрокельвинов. И по этим флуктуациям люди изучают историю нашей Вселенной, ее расширения. В те далекие 70-е годы Рашидом Сюняевым и академиком Яковом Зельдовичем был предсказан эффект, названный их именем (эффект Сюняева-Зельдовича). Суть его в том, что спектр реликтового излучения слегка деформируется в результате рассеяния фотонов реликта на электронах очень горячего газа, который содержится в большом количестве в скоплениях галактик. Нынче этот эффект открыт и успешно наблюдается радиотелескопами всего мира. Величина эффекта дает важную информацию о параметрах нашей расширяющейся Вселенной.

— Чтобы вы пожелаете своим землякам?

— Я желаю всем счастливого ощущения не только земного, но и небесного пространства.

Беседовал Изяслав Котляров