Все, что происходило и происходит на Земле, включая возникновение и эволюцию жизни, геологические и климатические изменения, обусловлено энергией Солнца. Вот почему исследования нашего светила, процессов, протекающих в нем и вокруг него, чрезвычайно важны.

С давних пор человек замечал на поверхности Солнца темные пятна. Они принимали разные формы, имели неодинаковую площадь, число их менялось во времени. Сейчас мы хорошо знаем: эти пятна - проявление процессов на огнедышащем шаре. Исследование их позволило установить существование цикличности его активности. Она проявляется в периодическом изменении как различных параметров, характеризующих темные пятна, так и электромагнитного излучения самого светила. Наиболее изученный цикл этой активности - так называемый 11-летний период.

Другим впечатляющим явлением, которое открыто свыше 100 лет назад, стала хромосферная вспышка (ныне употребляют термин “солнечная вспышка”) - спорадическое выделение в части атмосферы Солнца (хромосфере) огромного количества энергии, равного одновременному взрыву 100 млн. ядерных бомб в одну килотонну каждая. Последующие наблюдения дали повод утверждать: хромосферная вспышка простирается далеко за пределы собственно хромосферы, охватывая и низкие, и высокие области атмосферы Солнца - его фотосферу и корону. Выделение же при этом колоссальной энергии происходит как в виде газодинамических движений солнечной плазмы, так и электромагнитного излучения в широчайшем диапазоне - от радиоволн до гамма- квантов в сотни миллионов электрон-вольт и генерации частиц солнечных космических лучей (СКЛ) в десятки миллиардов электрон-вольт (энергетический спектр СКЛ).

Относительную концентрацию разных ядер в СКЛ определяют три условия: химический состав оболочки Солнца, особенности процесса ускорения и ядерные реакции между быстро летящими частицами и веществом солнечной атмосферы. К настоящему времени в различных по энергетике вспышках (измеряются в баллах) экспериментально наблюдались ядра элементов от водорода до железа (зарядовый спектр СКЛ). Естественно, что абсолютный поток энергичных частиц и диапазон энергетического спектра СКЛ связаны с мощностью этого явления. Но ученых волновали и другие чрезвычайно важные вопросы:

неужели потоки ускоренных частиц от солнечной вспышки возникают внезапно? Не предваряются ли они менее значительными потоками как по величине, так и по энергетическому диапазону?

Согласно нынешним представлениям, эволюция активной области сопровождается увеличением плотности магнитной энергии в ней. В конце концов происходит стремительное разрушение сложной конфигурации этой активной области, сопровождающееся генерацией СКЛ. Представить же, что процесс накопления энергии в активной области до плотностей, когда наступает “переливание” одного ее вида в другой, станет происходить спокойно, было трудно. И действительно, когда в межпланетном пространстве удалось разместить регистрирующую аппаратуру на постоянной основе, ученые обнаружили: перед вспышкой СКЛ в среднем в течение суток начинают регистрироваться частицы относительно малых энергий. Это явление получило название “предвспышечное возрастание”.

Материалы, применяемые в авиа- и ракетостроении, должны быть особо прочными, легкими и надежными хотя бы потому, что от этого в конечном счете зависит жизнь людей. Постоянно отслеживать создание “летающих” материалов (металлов, сплавов, различных композитов и т.д.), давать рекомендации изготавливающим их предприятиям поручено нашему институту, который по техническому оснащению и функциональным возможностям является уникальным.

Формирование системы управления качеством авиационных материалов - от их разработки до массового производства - началось сразу после окончания Великой Отечественной войны. В период боевых действий контроль за долговечностью боевых машин был значительно ослаблен, ибо срок их службы исчислялся неделями, а зачастую и днями. И лишь с 1952 г. в стране ввели обязательную паспортизацию всех “летающих” материалов. Не допускались никакие произвольные изменения в их составе, регламентировались любые технологические процессы и производства. Постоянно росло количество проверяемых параметров: если сначала при расчетах воздушных аппаратов учитывали только статические прочностные характеристики, то в дальнейшем стали учитывать данные о малоцикловой усталости и трещиностойкости, позволяющие оценить ресурс и несущую способность конструкции. А для материалов, находящихся в условиях повышенных температур, к числу плановых показателей добавили кратковременную и длительную прочность и пластичность.

Но и этого оказалось мало. Наряду с перечисленными параметрами конструкторы обязаны были помнить об огромном количестве характеристик, определяющих работоспособность как отдельных узлов и механизмов, так и изделия в целом. Ведь пренебрежение некоторыми из них или недостаточное знание особенностей поведения материала в ходе эксплуатации может привести к непредсказуемым, а иногда и трагическим последствиям. Так, использование нового малопроверенного композита при изготовлении лопаток компрессора поставило фирму “Роллс-Ройс” на грань банкротства после того, как самолет с соответствующим двигателем попал в пыльную бурю над Сахарой, и эти лопатки буквально превратились в “метелку” из углеродных волокон.

Помимо прочностных характеристик, есть еще масса факторов, которые как бы непосредственно не влияют на безопасность полета, но забывать о них просто недопустимо. Приведем лишь один пример. Попытка применить зарубежные эмали и напольный пластик без исследования их совместимости с отечественными грунтовками и ковровыми покрытиями вызвала высокую поляризацию последних. В результате в одном случае авиалайнер практически “ослеп”, а в другом - на его борту образовался сильнейший электрический заряд, и людей стало бить током.

Появление летательных аппаратов, отвечающих современным требованиям эксплуатации и комфорта, невозможно без создания невиданных до сих пор материалов, обеспечивающих надежное функционирование деталей и узлов в условиях воздействия сложного комплекса температурных и силовых нагрузок. А это, в свою очередь, требует наличия мощнейшей исследовательской базы, способной обеспечить любые виды испытаний.

В настоящее время из-за бесконтрольного использования лекарственных препаратов, загрязнения природы токсичными отходами, по другим причинам произошел очередной виток эволюции бактерий - возникли их множественно-устойчивые штаммы. Многие дорогостоящие антибиотики последнего поколения (ванкомицин, имипенем и др.) часто бессильны в борьбе с вызываемыми этими штаммами болезнями. Выход специалисты видят в развитии альтернативных медицинских методов. Наиболее перспективным считается фаготерапия - использование специфических вирусов бактерий (бактериофагов, или фагов).

О ПРИРОДЕ БАКТЕРИОФАГОВ

Заражая в очаге инфекции бактерии, фаги уничтожают их. Этот принцип лежит в основе фаготерапии, идею которой в 1917 г. выдвинул один из первооткрывателей бактериофагов канадский ученый Ф. Д’Эрелль (1873-1949). Однако появление в 1929 г. пенициллинов, ознаменовавшее начало эры антибиотиков в медицине, отодвинуло фаготерапию на второй план.

Тем не менее работу с бактериофагами продолжали. Благодаря выбору (и очень удачному!) в качестве модели для исследования основных биологических процессов группы фагов кишечной палочки был осуществлен переход от классической биологии к молекулярной, возникли генная инженерия, генотерапия, сравнительная геномика и т.д. С изучением фагов связаны такие важнейшие научные прорывы XX в., как выяснение роли нуклеиновых кислот в передаче наследственных признаков, раскрытие природы генетического кода, способов перевода его информации в белковые продукты, выяснение механизмов мутагенеза и т.д. Была исследована природа фагов, получены сведения, которых так не хватало на первых этапах их изучения. Например, установили: это живые организмы, чье развитие (как и любого другого вируса) практически полностью зависит от клетки-хозяина. Оказалось также, что существует множество фагов, способных к разнообразным наследуемым изменениям, приспособляющим их к развитию в родственных, но несхожих бактериях.

Бактериофаги - их можно классифицировать в виды, роды, семейства - обладают разной морфологией частиц. Однако несмотря навнешние отличия, у каждого из них внутри оболочки (состоящей в основном из белков) находится геном, определяющий программу их развития в соответствии с универсальными для всего живого принципами. С этой точки зрения фаговую частицу можно рассматривать как устройство для временного хранения генома и последующего введения в бактерию.

Вне клетки она биохимически инертна, а живой бактериофаг - это зараженная фагом бактерия, в которой реализуется программа развития, записанная в его геноме. Упрощенно этот процесс можно представить так: после заражения бактерии фагом начинается транскрипция (чтение генома) ферментом РНК-полимеразой. Это сопровождается образованием промежуточных носителей информации - коротких молекул информационной (матричной) РНК (и-РНК). Последние поступают в рибосомы (”белковые фабрики”), где и выстраиваются в последовательность аминокислот в белке. Следующие этапы - образование структурных компонентов фага (головок и хвостов), наполнение нуклеиновой кислотой и окончательная сборка фаговых частиц. Последовательное действие двух белков, разрушающих сначала внутреннюю цитоплазматическую мембрану, а затем наружный прочный слой клеточной стенки, обеспечивает ее разрыв и освобождение частиц потомства фага, готовых заражать новые бактерии. Таков цикл развития фагов, наиболее востребованных для фаготерапии (их называют истинно вирулентными).

Два других типа - умеренные и фаги с непрерывным циклом развития - отличаются по характеру инфекции. Первые могут выбирать между двумя способами развития - литическим (сходным с развитием истинно вирулентных фагов) и умеренным. В последнем случае фаг подавляет свой геном, синтезируя особый белок - репрессор. Он соединяется с операторным участком в геноме фага, что физически препятствует присоединению РНК-полимеразы к промотерам - участкам начала транскрипции, расположенным по соседству с операторными участками.

Неактивный геном фага называют профаг, а несущую его бактерию - лизоген. Такая клетка устойчива к действию собственного фага, иногда и других фагов. Но стоит концентрации репрессора в лизогене упасть ниже критической величины, как немедленно начинается транскрипция генома фага и его литическое развитие.

Осуществляя трансдукцию (захват в одной бактерии и перенос в другую клетку участка бактериальной хромосомы), фаги могут доставлять “патогенные островки” из бактериального генома одного хозяина в клетки других бактерий и превращать безобидные до этого момента бактерии обычной микрофлоры в патогены (это называется фаговой конверсией). К болезням, обусловленным фаговой конверсией, относятся дифтерия, скарлатина, коклюш, некоторые формы дизентерии, холеры, возможно - менингита. Поэтому умеренные фаги не используются в лечебных целях даже в виде вирулентных мутантов - из-за вероятности обратных мутаций к умеренности.

Фаги с непрерывным циклом развития (например, нитевидный mp13) постоянно синтезируются в клетке: однажды заразив бактерию, они непрестанно воспроизводятся в ней и, одеваясь в белковую оболочку, выделяются через специфическую пору Сама бактерия при этом продолжает жить и размножаться.

На воспалительные процессы сегодня приходится 90- 95% всей патологии, присущей человеку. Даже атеросклероз относится к ним. Поэтому расшифровка механизмов воспаления - фундаментальная общебиологическая проблема, имеющая огромное прикладное значение.

Каждый из нас не раз страдал от тех или иных воспалительных недугов, скажем, банального насморка, холецистита, гастрита, а кому не повезло, и таких тяжелых форм, как воспаление легких. Однако дать определение этому процессу непросто. Современная патофизиология и общая патология утверждают: “Воспаление - типовой фазоразвивающийся патологический процесс, сформировавшийся в процессе эволюции и возникающий в ответ на местное тканевое повреждение”.

Сегодня в мире воспалительные процессы изучают на клеточно-молекулярном уровне, что требует “выяснения отношений” между воспалением и иммунитетом - двумя формами защиты организма от любого внедрившегося в него чужеродного агента. Что такое иммунитет? По определению академика Р.В. Петрова, это “способ защиты организма от живых тел и веществ, несущих на себе признаки генетически чужеродной информации”. То есть воспаление - это локальный, а иммунитет - глобальный (всего организма) способ защиты.

Если сложный многоклеточный организм уподобить (сравнить) с государством, то иммунная система в нем выполняет функции министерства государственной безопасности и пограничной службы. Она препятствует проникновению микробов и других паразитов через биологические барьеры, а если, тем не менее, это произойдет, дает им решительный отпор. В любом случае поле битвы - очаг воспаления.

Кроме того, иммунная система осуществляет постоянный надзор за благонадежностью отдельных “граждан государства”, безжалостно уничтожая зараженные, мутированные и опухолевые клетки, поддерживая тем самым генетический и фенотипический гомеостаз организма.

Такая деятельность иммунной системы обусловлена тем, что организм, состоящий из множества высокодифференцированных клеток, в отличие от социума, не может себе позволить плюрализм действий собственных составляющих. Высший закон для любой клетки - безусловное выполнение генетически детерминированной биологической программы, которая определяет ее функцию, как, впрочем, органов и организма в целом. Выходит, иммунная система берет на себя функции не только защиты от внешнего биологического агрессора в виде микробов, гельминтов (паразитических червей), одноклеточных и различных ядов белковой природы, но и цензора правильного выполнения биологической программы отдельными клетками. Нарушители подвергаются уничтожению через механизмы прямого цитолиза (разрушения клеток путем полного или частичного их растворения) со стороны клеток-киллеров: цитотоксичных Т-лимфоцитов (ЦТЛ) или с помощью иммуноцитов, включающих генетическую программу клеточной самоликвидации - апоптоз.

При всей сложности и совершенстве человеческого организма, его естественные возможности весьма ограничены. Это в первую очередь касается одного из основных каналов получения информации - зрения. К сожалению, глаза людей воспринимают очень узкий спектральный диапазон длин волн - всего 400-720 нм (видимый свет).

На самом же деле информация передается в более широком интервале как в коротком ультрафиолетовом (400 ^-10 нм) и рентгеновском (10 ^{- 5} -10 ² нм), так и в длинноволновом инфракрасном (от 1-2 мм до 0,74 мкм).

Мой учитель А.С. Хейнман говорил: “Обычный человек видит глазами, а умный - головой”, подразумевая под этим различные вспомогательные средства, в том числе и фотоматериалы. В настоящее время наиболее совершенный представитель последних - классический галогенид серебра (AgHal) ^* . Под действием света на его микрокристаллах микронных размеров образуются атомы серебра, которые концентрируются в одном или нескольких примесных центрах.

Механизм этого явления, протекающий в две стадии, в 1938 г. открыли английские физики Р. Герни и Н. Мотт. Сначала под действием света в кристалле AgHal выбивается фотоэлектрон, который захватывает “ловушка” (как правило, какая-нибудь примесь, скажем, 3-4 молекулы сульфида серебра). Затем к нему электростатически притягивается ион серебра, в результате образуется атом этого элемента. Такой процесс, повторяясь многократно, приводит к образованию скрытого изображения и, в конечном счете, к высокой эффективности фотохимической стадии.

Другая уникальность галогенидов серебра заключается в их способности к последующему химическому усилению (в 10 ⁹ -10 ¹⁰ раз) первичного действия света в процессе проявления, что позволило создать высокочувствительные фотоматериалы. Серебряные частицы скрытого (непроявленного) изображения являются каталитическими центрами, стимулирующими восстановление ионов серебра из микрокристаллов AgHal до металла, и картинка становится видимой. Выходит, один квант света “образует” приблизительно 9-10 млрд. атомов серебра.

Но галогенид данного металла “от природы” воспринимает свет в синей и в более короткой областях спектра (длина волны менее 500 нм). Для того чтобы AgHal был более чувствителен в видимой и инфракрасной области, прибегают к спектральной сенсибилизации органическими красителями, адсорбированными на поверхности микрокристаллов. Данные вещества поглощают свет в соответствующей области спектра и передают энергию фотовозбуждения галогениду серебра. Более 125 лет прошло с момента открытия этого явления Г. Фогелем (Германия). За истекшие годы развитие спектральной сенсибилизации достигло очень высокого уровня. Что же касается понимания сущности происходящего, то даже сегодня нельзя с уверенностью утверждать, что его механизм ясен.

Первые сенсибилизованные эозином ^* бромсеребряные желатиновые пластинки - изохроматические - применили в 1883 г. во Франции. Они были чувствительны к желтому цвету, а затем появились материалы, воспринимающие и желто-зеленую область спектра. Принятое сегодня название “ортохроматические” введено еще в 1884 г. И. Эдером (Австрия) и происходит от греческих слов “ортос” - точный и “хромос” - цвет. В последующем область чувствительности была расширена в оранжевую и красную зону спектра в панхроматических слоях (”пан” с греч. - всеобщий).

После синтеза в 1919 г. в Англии инфрахроматических красителей начался этап разработки соответствующих материалов. Сначала зона сенсибилизации составляла 800- 900 нм, потом была расширена до 1100 нм. Однако здесь создатели фотоматериалов столкнулись с трудной и долгое время казавшейся нерешимой задачей.

Основной рабочий механизм при добыче нефти - насос. С его помощью не только выкачивают черное золото на поверхность земли, но и нагнетают так называемую оборотную воду в нефтеносный пласт для поддержания необходимого давления.

Еще недавно на скважинах в основном (в 60 % случаев) использовали динамические, в частности, центробежные насосы с электроприводом, в которых жидкость перемещалась под действием центробежной силы, возникающей при вращении специального колеса с профильными лопатками. Реже применяли другие агрегаты (объемные), перекачивающие нефть и воду за счет периодического изменения объема рабочей камеры.

Однако прошло время, когда нефть находилась практически на поверхности, и условия ее добычи сейчас значительно ухудшились. Количество поднимаемой на поверхность субстанции (среднесуточный дебит) из каждой скважины стал снижаться, а наличие в ней (субстанции) взвеси твердых частиц достигло 500-1000 мг/л. Кроме того, глубина залегания нефти значительно увеличилась, и у некоторой части скважин появились участки с большой кривизной ствола, что представляет значительные трудности при добыче традиционными агрегатами. И это еще не все. Интенсивное выделение из откачиваемой жидкости растворенного нефтяного газа приводит к нестационарным режимам работы насосов и отложениям солей парафинов в их проточной части.

Перечисленные факторы вызывают экстремальные нагрузки на используемые агрегаты, резко уменьшают продолжительность их надежного функционирования, составляющего при нормальных условиях эксплуатации 5-6 лет. Сейчас, когда количество высокодебитных скважин во всем мире постоянно уменьшается, появилась потребность в менее производительных и не таких громоздких механизмах. И тут свое слово сказали отечественные специалисты.

В конце 80-х годов XX в. на нашем предприятии разработали принципиально новый тип насоса - роторно-вихревой (РВН). Это изобретение можно смело назвать российским ноу-хау. В основе его работы лежит открытый нами эффект гидромеханической резистивности (сопротивляемости), обеспечивающий высокую интенсивность передачи энергии к рабочей жидкости и низкий уровень гидравлических потерь в проточной части машины. Весь агрегат состоит из отдельных роторно-вихревых ступеней или камер, расположенных на одном валу Их количество подбирают в зависимости от конкретной задачи (глубина скважины, требуемый напор на выходе и др.). Что же представляет собой это самостоятельное звено насоса?

На первый взгляд в нем нет ничего особенного - два статора и находящийся между ними ротор. Последний установлен на шпонке и вращается вместе с валом машины, статоры же закреплены неподвижно в корпусе насоса соосно с ротором. Подвод и отвод рабочей жидкости происходит вдоль вала агрегата через всасывающий и нагнетательные каналы, расположенные в роторе.

Если все так просто, тогда в чем же секрет устройства и как проявляется эффект гидромеханической резистивности?

Мировая история охраны археологических памятников насчитывает несколько столетий.

Вдоль до XIX в. проблему решали выборочно, и лишь постепенно приходило понимание необходимости защиты исторического наследия при строительных работах.

В каждом государстве это принимало различные формы.

Швеция приняла королевский указ об охране древних и мегалитических ^* сооружений еще в 1667 г. Дания национализировала все археологические памятники без компенсации владельцам земли в 1937 г. В Канаде проекты строительства рассматривают местные власти только после предварительного обследования территории. В США Министерство внутренних дел ежегодно докладывает Конгрессу о состоянии археологического наследия и выполнении законов его охраны. В Англии существует тщательно разработанная система отношений с собственниками земли, сооружений и т. п.

В 1995-1997 гг. сотрудники Школы научной консервации Борнемоутского университета (Великобритания) исследовали территорию Англии с целью изучения внешнего воздействия на сохранность археологического наследия (проект MARS). Результаты еще раз подтвердили: решающую негативную роль играет антропогенный фактор. В стране, где охрана древностей - национальная традиция, от деятельности людей ежедневно гибнет один исторический памятник. И процесс этот резко интенсифицировался за последние 50 лет. Частичный ущерб нанесен 95% сохранившихся объектов. В России - картина более удручающая. По неполным данным за 1996 г. в 55 субъектах Федерации уничтожено около 1130 памятников исключительно антропогенным воздействием.

Правда, в России спорадические археологические работы при строительстве проводили с конца XIX в. Так, при прокладке канализационного коллектора через Красную площадь в 1898 г. ученые зафиксировали остатки оборонительных сооружений, многочисленные археологические предметы и “целый костяк человека в полном броневом снаряжении”. Однако целенаправленные работы начали лишь в 20-х годах XX в. - при возведении Мавзолея В. И. Ленина (1924-1929 гг.). Тогда были обнаружены следы так называемого Алевизова рва.

Первая полноценная новостроечная археологическая экспедиция на территории СССР была организована в 1927 г. - ее участники изучали памятники в зоне затопления Днепровской гидроэлектростанции. Их инициативу впоследствии “оценили по достоинству”, в 30-х годах обвинив в подготовке взрыва Днепрогэса.

Государственная Академия истории материальной культуры (ГАИМК), предшественница Института археологии РАН, пыталась организовать спасательные археологические работы на новостройках первой пятилетки и даже составила план работ. Но реализовать его на мизерные средства, выделяемые ей на исследования, не удалось. И все же в 1929 г. состоялась Волго-Донская экспедиция под руководством А. А. Миллера.

Невозможность охватить все новостройки на средства, выделяемые государством, подвигло ГАИМК выступить осенью 1932 г. с инициативой, благодаря чему появилось “Циркулярное директивное письмо Госплана СССР всем строительным, изыскательско-проектировочным организациям и управлениям по водному хозяйству”. В нем высказывалось требование: “организовать специальное археологическое их обслуживание под общим руководством ГАИМК, предусмотрев в соответствующих сметах необходимые для этого средства”. Это единственный нормативный документ СССР, а затем России, признававший, что “связанные с этим расходы сравнительно с общим масштабом того или иного гидротехнического строительства крайне ничтожны, но зато, несомненно, дадут весьма ценный культурный эффект”. С тех пор и по настоящее время финансирование охранных археологических работ возлагается на организации, ведущие строительство.

Условия эксплуатации современной авиационной и космической техники предопределяют крайне жесткие требования к материалам, из которых ее изготавливают. Здесь и необходимость достижения высокой прочности конструкции при минимальном удельном весе, габаритах и расходе топлива; обеспечение достаточной надежности и длительного рабочего ресурса при воздействии переменных и значительных силовых нагрузок, чередовании повышенных (до 450С) и пониженных (до - 253С) температур, коррозионно-активных сред, различного рода излучений и др.

От качества материала в значительной степени зависит конкурентоспособность летательных аппаратов. Для военной техники важны такие характеристики, как дальность полета, скорость, маневренность, точность, возможность полета в любую погоду, грузоподъемность, обеспеченность производства отечественным сырьем; для гражданской - надежность, пожаробезопасность, комфортность, экологичность и т.д. Причем всего этого нужно добиваться при минимизации затрат на разработку, освоение и эксплуатацию машин.

Из перечисленного ясно: используемые в самолетостроении материалы должны обладать высокой удельной прочностью (ее еще называют весовой эффективностью) и жесткостью, коррозионной стойкостью, сопротивлением усталости ^* , а также трещиностойкостью и рядом других. Конечно, обеспечить все требования один какой-то материал просто не в состоянии, поэтому при изготовлении различных частей летательных аппаратов используют самые подходящие из существующих, или создают новые композиции.

Наибольшее применение в настоящее время нашли алюминиевые сплавы. Из них изготавливают нижние и верхние поверхности крыла и фюзеляжа (здесь необходима прочность в пределах 450-550 МПа), элементы так называемого силового набора - различные ребра жесткости и связующие их шпангоуты, фитинги, балки с пределом прочности 500-600 МПа и т.п. Доля таких материалов в современных самолетах доходит до 50-70%.

Весьма распространены титановые сплавы (из них делают отдельные детали шасси, различные балки и др.) и, особенно, полимерные композиты. Последние применяют для изготовления панелей крыла, горизонтального и вертикального оперения, створок люков шасси и силовых установок. При прочности 1700-2500 МПа они имеют удельную массу менее 2 г/см ³ . Их доля в самолетах составляет 8-15, а в вертолетах - около 50%.

На первый взгляд, казалось бы, что в столь представительной “компании” роль сталей должна снижаться, однако дело обстоит совсем иначе. На их долю в пассажирских лайнерах приходится 8-10, в военных - 25 - 50%, и в ближайшем будущем такое соотношение по крайней мере не уменьшится. Стальными делают наиболее нагруженные элементы летательных аппаратов - детали шасси, корпуса гидроцилиндров, трубопроводы гидросистем высокого давления, болты для крепления крыла к фюзеляжу зубчатые передачи редукторов двигателей, шестерни главного редуктора двигательной установки вертолетов и т.д. И это не случайно, поскольку этот, пусть и давно известный материал имеет ряд преимуществ перед своими молодыми “собратьями”. Его отличают более высокая жесткость и прочность (что особенно проявляется в мелких деталях), сопротивление циклическим нагрузкам, коррозионная стойкость, хорошая технологичность, т.е. возможность получать заготовки и детали самым разным способом - горячей и холодной деформацией, механической обработкой, сваркой, пайкой и т.д. К тому же сталь стоит относительно недорого. Вот почему со дня основания нашего института одной из приоритетных задач стало создание новых разновидностей сталей.

В Объединенном институте физики Земли им. О. Ю. Шмидта (ОИФЗ) РАН создан комплект карт сейсмического районирования территории России, предназначенных для планирования землепользования и сейсмостойкого строительства в регионах, подверженных подземным толчкам. Карты удостоены отечественной и международной наград. А одна из них вошла составной частью в Мировую карту глобальной сейсмической опасности, опубликованную в 1999 г. под эгидой ООН.

Открытый академиком Б. С. Соколовым в 50-х годах XX в. вендский геологический период (620-545 млн. лет назад) долго казался таинственным и малонаселенным. Буквально по крупицам ученые собирали и систематизировали информацию о микроорганизмах, водорослях и животных, обитавших тогда на Земле. А сейчас этот период со своим совершенно особенным “биологическим лицом” прочно занял место в череде других в истории планеты. Решающую роль в его “оживлении” сыграли открытия уникальных по богатству местонахождений ископаемой вендской фауны на Белом море. Встречающиеся здесь отложения зеленовато- голубых глин и песчаников занесены ЮНЕСКО в число первых кандидатов на титул памятников природы мирового значения.

В последние годы многие ученые, создавая новые технологии для производства изделий из порошкообразных материалов, большое внимание уделяют изучению самоорганизации веществ, т.е. возникновению из хаоса упорядоченных структур. Главная особенность таких процессов: они неравновесны и протекают в открытых системах, отличающихся от закрытых тем, что извне можно подводить не только энергию, но и вещество. Последнее затем возвращается в сферу использования уже с упорядоченной структурой.

Признаки процессов самоорганизации ищут сегодня в живой и неживой природе. Появилась даже теория, названная немецким физиком Г. Хакеном “синергетикой”, что в переводе означает “содействие”, “сотрудничество”. Число ее сторонников неуклонно растет, так как она не только объясняет некоторые природные явления, но и позволяет внедрять новые методы обработки сыпучих сред, более эффективные по сравнению с привычными. Одним из них является универсальная технология “Русские качели”.

ЗАГАДКИ ПРИРОДЫ

Под сыпучими средами подразумевают все смеси твердых частиц (порошков) с воздухом и влагой. При свободном падении на жесткую горизонтальную поверхность они образуют кучу-конус с углом естественного откоса в пределах 25-50. К таким смесям относятся грунт, щебень, песок, опилки, угольная и рудная мелочь, бетонные, асфальтобетонные, керамические, огнеупорные, металлические порошки и материалы и пр.

У специалистов утвердилось мнение: почти каждое из перечисленных веществ имеет свою, присущую только ему технологию обработки. Но принципиально важно одно: из какого бы материала ни состояло вещество, обработку его ведут по следующей схеме - дозирование, засыпка в форму или на рабочую площадку рыхлого порошка, сдавливание (сжатие). В результате получают панели, плиты, блоки, трубы, брикеты, автомобильные дороги и т. д. Отметим: для традиционной технологии определяющим является вышеприведенная последовательность действий, а главной целью - получение точной формы и желаемой плотности по всей высоте и объему изделия.

И еще. Сыпучие смеси человек обрабатывает сотни лет. Начав с самых примитивных инструментов, он, усложняя конструкции оборудования и машин, сохранил неизменной последовательность выполнения этого процесса. В результате и сегодня 90% энергии расходуется впустую: на трение между частицами, трение материала о стенки формы, на сжатие защемленного воздуха, на приведение в действие устройств дозирования и приборов управления, а также на изготовление тяжелых и прочных форм, по объему значительно больших, чем изделия.

Словом, стало очевидным: общепринятые методы обработки сыпучих средств достигли своего предела. Любые усовершенствования традиционной техники приводят лишь к удорожанию производства, а эффект от них незначительный. Изменить положение можно, если отойти от сложившихся стереотипов. Для этого интересно приглядеться к тому, как поступает природа.

Она же все решает одним действием, в котором совмещены дозирование, подача и уплотнение. Так, лишь усилием нагонной волны у края воды на песчаном пляже образуется плотная дорожка, именуемая “заплеском”. По ней можно ходить и даже ездить на велосипеде. Или вот другое: каким-то загадочным образом из осадочных пород в верхних слоях Земли без больших давлений создаются довольно плотные структуры. Такие процессы геологи называют диагенезом или катагенезом, но от этого ничего не меняется: суть явления пока не раскрыта.

Где же искать ответы на казалось бы простые и в то же время сложные вопросы?

Телескоп был запущен в космос в 1990 году и стоил 1,5 миллиарда долларов. Размером телескоп примерно с автобус. Каждую неделю он передает на Землю 120 гигабайт информации.

Лучшие снимки с телескопа Хаббл за 16 лет:

1)

Галактика Сомбреро – в 28 миллионах световых лет от нашей планеты – лучшее фото с Хаббла.

2)

Муравьиная туманность

3)

Туманность NGC 2392

4)

Туманность Кошачий глаз

Надежды в развитии атомной энергетики XXI века в основном связаны с реакторами на быстрых нейтронах. Эти устройства перерабатывают уран практически полностью, а не ничтожную часть, как их тепловые аналоги, что позволяет расширить масштаб использования сырья в замкнутом цикле.

Уже в начале конструирования “быстрого” реактора ученые знали: высокая плотность энерговыделения в активной зоне (в 10-100 раз превышает аналогичную в реакторах на тепловых нейтронах) и применение внутри ее материалов с незамедляющими свойствами (слабым поглощением нейтронов) - основные критерии выбора теплоносителя, служащего для отвода тепла. Но для решения этой задачи используемая ранее вода, а также органические и некоторые кремнийорганические соединения, имеющие удовлетворительные теплофизические свойства, из-за присущего им быстрого поглощения нейтронов оказались непригодными. Было исследовано множество веществ, пока в конце 40-х - начале 50-х годов XX в. академик А. И. Лейпунский не предложил оригинальную идею - в качестве теплоносителей использовать жидкие металлы. Последующие эксперименты подтвердили правильность этой концепции, ибо поглощение быстрых нейтронов натрием, калием, свинцом, висмутом, железом, хромом, никелем оказалось незначительным.

В дальнейшем в Физико-энергетическом институте выполнили комплекс работ по изучению жидких металлов (натрия, эвтектических сплавов натрий-калий и свинец-висмут, лития), заложивших основы теплогидравлики, физической химии и технологии их применения в качестве теплоносителей в ядерных энергетических установках. В результате совместно с конструкторскими организациями и предприятиями отечественной промышленности удалось создать аппараты и системы, обеспечивающие успешную эксплуатацию принципиально новых устройств с оригинальными научно- техническими решениями, не имеющие аналогов в мировой практике.

К таковым относится промышленная АЭС с реактором на быстрых нейтронах БН-600, оборудованным натриевым теплоносителем, которую эксплуатируют уже свыше 20 лет*. Другой пример - энергетические установки “Бук”, “Тополь”, “Топаз”** и “Енисей” (теплоноситель натрий-калий, цезий, галлий) для космических аппаратов. И наконец, агрегаты для атомных подводных лодок, использующие свинец-висмут.

Рассмотрим подробно перечисленные теплоносители, чтобы выяснить их особенности.

Как уже говорилось, наибольшая эффективность атомной энергетики достигается только при использовании всего энергетического потенциала урана, что можно реализовать, лишь применяя реакторы на быстрых нейтронах, где теплоносителем служит натрий. Работы, выполненные в начале 50-х годов прошлого века не только в России (длительная эксплуатация экспериментальной установки БР- 5), но и в ряде других стран, создающих аналогичные агрегаты, подтвердили верность такого выбора. Помимо удовлетворяющих теплофизических, гидродинамических и технологических характеристик натрий обладает еще и высокой химической активностью. По мере накопления опыта эксплуатации установок БР-5, а затем и БР-10 мы проектировали и изучали систему в комплексе: теплоноситель - примеси - конструкционные материалы - защитный газ.

Главное условие нормальной эксплуатации АЭС - реакторная чистота теплоносителя. Эта характеристика обеспечивается в две стадии. В нашем случае перед заполнением системы натрий сначала механически очищают от консервирующей органической массы с последующей отмывкой в керосине, затем дистилляцией доводят до реакторной чистоты. Теперь он готов для заполнения реакторов атомных электростанций.

Солнечную систему образуют восемь планет, обращающихся вокруг нашего светила. Они разделяются на две группы: относительно небольшие железокаменные - Меркурий, Венера, Земля, Марс и гиганты - Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Последние состоят из расплавных железосиликатных ядер и огромных флюидных оболочек - гелий-водородных у Юпитера и Сатурна, придающих им сходство с Солнцем, и водных у Урана и Нептуна, по составу близких к кометам. Состоящие из водного льда и вмороженной в него космической железосиликатной пыли кометы окружают Солнечную систему и периодически вторгаются в нее по сильно вытянутым орбитам. Это гигантское окружение распадается на своеобразные облака - Койпера, Хиллза, Оорта. К ближайшему из них - Койпера - принадлежит и Плутон, тоже состоящий из водного льда и космической пыли. Раньше его считали девятой планетой Солнечной системы, но автор статьи в двух монографиях (1992, 1999 гг.) обосновал, что он принадлежит к кометному окружению. В 2001 г. это подтвердила фотография Плутона, сделанная с американской межпланетной станции.

ГИПОТЕЗЫ ДОПЛАНЕТНОГО СОЛНЦА

Французский ученый, почетный член Петербургской академии наук П. Лаплас в 1796 г. высказал гипотезу: эволюция Солнечной системы начиналась с образования быстро вращавшегося Солнца, от которого в экваториальной плоскости отделялись кольца вещества, служившие основой для последующего формирования планет. Такое представление приводило к выводу о существенной дегазации небулярного (состоявшего из газа и космической пыли) диска, непосредственно окружавшего Солнце, и образовании около него планет. Это, на первый взгляд, хорошо объясняло строение Солнечной системы: наличие в ней околосолнечных планет земной группы, сложенных железокаменным материалом, и удаленных флюидных.

С тех пор появились представления, что первые формируются путем прямой аккумуляции железокаменного вещества (метеоритов, космической пыли) в вакууме космоса. А в XX в. наш соотечественник академик О. Ю. Шмидт создал метеоритную теорию их образования, которую позднее развили его многочисленные последователи - В. С. Сафронов (1969г.), А. В. Витязев (1990 г.) ^* , О. Г. Сорохтин (1999 г.) и др.

Отход метеоритной гипотезы от вакуумного варианта характерен для специалистов японской астрономической школы, руководимой К. Хайяши. Главным фактором они считают аккрецию Земли (приращение ее вещества за счет гравитационного захвата) в протосолнечной небуле. Это, по их мнению, должно было создать флюидные оболочки у планет земной группы, препятствовавшие потере ими тепла, выделявшегося при аккреции, что способствовало их плавлению и расслоению на ядра и силикатные оболочки.

По существу это уже близко к традиционным представлениям о формировании планет-гигантов; согласно метеоритным гипотезам, оно начиналось с образования железокаменных ядер, которые, достигнув критической массы, вызывали аккрецию газа под действием гравитационных сил. По современным моделям внутреннего строения Юпитера и Сатурна, массы их ядер значительно меньше, чем предполагали ранее, - они сопоставимы по размерам с Землей. Однако гравитационного поля сходных с ней железокаменных ядер флюидных планет явно недостаточно, чтобы удержать огромную массу молекулярного водорода, сосредоточенного в их оболочках. При изучении Земли обнаружили импульсный процесс дегазации ее ядра; в ходе его на поверхность планеты поступает грандиозное количество этого газа. Но он почти полностью уходит в космическое пространство, остаются лишь более тяжелые газы, формирующие земную атмосферу.

В противоречии с гипотезой раннего допланетного образования Солнца находится недавнее (1995-2000 гг.) открытие нескольких десятков сходных с Солнцем звезд, окруженных планетами, по массе сопоставимыми с Юпитером. Их обнаружили П. Батлер из Англо-австралийской обсерватории, Дж. Мерси из Калифорнийского университета в Беркли (США) и другие астрономы. Об этих наблюдениях я расскажу позже, здесь же подчеркну: все эти планеты-гиганты находятся в околоземной позиции, которую в Солнечной системе занимают планеты земной группы. Указанные астрономические факты говорят о сложности эволюции обнаруженных планет, несовместимой с гипотезой их послезвездного формирования.

Нашему институту 46 лет. Но трудно подсчитать, сколько за это время ценнейших памятников отечественного и мирового искусства было возвращено к жизни его сотрудниками. От знаменитых фресок Дионисия в Ферапонтовом монастыре, древних икон, картин европейских мастеров XV-XVIII вв. и полотен русских художников (начиная с XVIII в.) до предметов декоративно-прикладного искусства. Сегодня я расскажу о работе только одного подразделения этого научного учреждения, где обрели второе рождение известные манускрипты: “Евангелие Апракос” (Саввина Книга, XI в.), “Минея служебная” (XII в.), “Евангелие византийское” (XIII в.) и многие другие. В данном случае речь пойдет о Библии, написанной на древнееврейском языке.

В сложном процессе становления и развития человеческой культуры рождение книги - вначале рукописной, затем печатной - сыграло, пожалуй, не меньшую роль, чем появление орудий труда, материальных ценностей. На протяжении столетий она являлась основным аккумулятором знания, важнейшим инструментом его распространения.

Рукописная книга во все времена и у всех народов исключительно почиталась. У евреев, например, освященные талмудической традицией свитки Священного Писания в течение многих веков переписывали специальные писцы, считавшие свою работу в высшей степени почетным и благородным делом. Поэтому рукопись начинали с восхваления Бога.

На протяжении всего раннего средневековья над текстом Библии работали ученые-раввины, приводившие его в соответствие с экземпляром, признанным образцовым и священным. Копировали с абсолютной точностью особенности не только текста, но и его расположение, размеры столбцов и колонок, количество слов и букв в каждой строке, форму самих букв до мельчайших деталей; даже случайные помарки автоматически переносили в другие экземпляры и впоследствии им придавали таинственное значение. Так появилась масоретская ^* Библия, которой и теперь пользуются верующие иудеи.

Отличительной чертой еврейской письменной традиции являлся запрет на уничтожение рукописей на том основании, что любая из них содержала имя Бога, а повреждение этого имени считалось тяжелейшим грехом. Манускрипты, не годные к употреблению ввиду ветхости, ошибок в переписке или “еретического” содержания, хранили в специальных кладовых при больших синагогах - в так называемых генизах. Когда книг набиралось много, их закапывали в землю, устраивая торжественную церемонию “похорон”. В результате регулярного проведения такого обряда, а также постоянных скитаний евреев, религиозных преследований, войн и стихийных бедствий большое количество рукописей было безвозвратно утрачено. Поэтому все, что сохранилось, - от средневековых собраний до небольших их фрагментов - требует самого пристального изучения и бережного отношения.

Проблема получения моторных топлив из альтернативного сырья - природного или попутного газа, угля и др. - издавна привлекала внимание специалистов. Ведь запасы нефти рано или поздно иссякнут. Поэтому усилия ряда лабораторий были направлены на разработку методов получения синтетического моторного топлива. В последнее время эти изыскания получили дополнительный стимул из-за ужесточения требований к чистоте автомобильного выхлопа. Искушение создать новое топливо (или добавку к нему), обеспечивающее чистый или хотя бы “облагороженный” выхлоп, было столь же велико, сколь и трудно реализуемо.

Метан, как химическое сырье, может стать базой для производства большинства органических соединений, ныне получаемых из нефти, в том числе и крупнотоннажных производств топлив для транспорта и энергетики. Правда, современные методы переработки этого природного сырья пока недостаточны для реализации его потенциала, так как в результате их использования получают продукты, себестоимость которых выше аналогов нефтяного происхождения. Однако исследования и разработки последних лет, по-видимому, позволят не только ликвидировать это отставание, но и приведут к появлению продуктов более дешевых, чем их аналоги нефтяного происхождения.

Природный газ как химическое соединение достаточно инертен. Вот почему первая стадия его переработки - превращение в более реакционно-способный синтез-газ (смесь оксидов углерода и водорода), далее каталитическими методами преобразуемый в моторное топливо. Существуют различные способы получения синтез-газа: паровая или углекислотная конверсия и окисление воздухом или чистым кислородом. Альтернативные пути дальнейшей переработки синтез-газа - так называемый синтез Фишера-Тропша и синтез метанола. Первый из них приводит к получению некоего эквивалента нефти - смеси углеводородов, для которых требуется дальнейшая переработка. На втором базируется крупнотоннажное производство (мировые мощности близки к 30 млн. т), хорошо освоенное промышленностью. Его главный недостаток - неблагоприятная термодинамика, препятствующая образованию нужного соединения в значительной концентрации. Это обусловливает необходимость многократной циркуляции газовой смеси через реактор и влечет за собой значительный расход электроэнергии. В итоге растет себестоимость бензина, получаемого из метанола.

В нашем институте при участии специалистов из других организаций реализован ряд проектов, позволяющих повысить эффективность и снизить затраты на переработку природного газа и другого углеродосодержащего сырья в более ценные энергоносители. Применительно к первой стадии получения синтез-газа доктор химических наук Ю. А. Колбановский предложил решения, основанные на сжигании природного газа в модифицированных дизельных и компрессионных двигателях, работающих в необычном режиме. Идея была реализована в 1998 г. в промышленной установке мощностью 10000 м ³ синтез-газа в 1 ч.

Два очевидных преимущества делают данный процесс привлекательным для удаленных регионов страны. Прежде всего, в нем в качестве сырья может выступать природный газ низкого давления, в том числе поднимающийся из скважин, не пригодных к эксплуатации в обычных условиях. Кроме того, для окисления исходного сырья подходит воздух, а двигатель может быть использован одновременно и для осуществления химической реакции, и по прямому назначению - для получения электроэнергии. Однако заметим: применение воздуха приводит к высокому содержанию азота в синтез-газе (50-60%), что неблагоприятно сказывается на его дальнейшей переработке.

Наблюдение небесных явлений, духовное общение с космосом издревле стало частью культуры народов. Среди таких объектов “падающие звезды” (метеоры) - одни из самых популярных благодаря тому, что они видны невооруженным глазом. Их светящиеся следы в ночном небе остаются и сегодня важным объектом исследований.

Оказывается, “падающие звезды” отличаются друг от друга происхождением. Одни из них возникают при попадании в атмосферу частичек космической материи той или иной величины (метеоры), летящих со скоростью в десятки километров в секунду В результате столкновения с молекулами воздуха они, удерживаемые вместе химическими силами, разваливаются с выделением тепла и света. Совсем другую природу имеет свечение, вызываемое элементарными частицами, “прибывшими” из далекого космоса и ускоренными до очень высоких энергий (их принято называть космическими лучами). Здесь уже о прямом горении речь не идет, так как силы, “скрепляющие” их вещество, несравненно сильнее химических. Что же происходит на самом деле?

Посланцы космоса, взаимодействуя с ядрами атомов атмосферы (в основном азота или кислорода), производят новые (вторичные) частицы. В свою очередь последние тоже сталкиваются с ядрами атомов атмосферы и появляется еще одно их поколение. В конечном счете возникает так называемый “ядерный каскад”. Важнейшую роль в его развитии играют вторичные и К-мезоны, быстро распадающиеся на фотоны высокой энергии (гамма- кванты) ^* . При взаимодействии с составляющими атмосферы они рождают пару электрон-позитрон. А те при столкновениях воссоздают своих “родителей”. В итоге в атмосфере Земли образуется каскад из электронов, позитронов и гамма-квантов. В целом этот интенсивный поток частиц, летящих со скоростью света, сосредоточен в условно ограниченном пространстве, имеющем форму диска, толщина и ширина которого определяются рассеянием частиц в атмосфере, и изменяются в зависимости от ее плотности. Скажем, на уровне моря и в горах толщина диска составляет всего несколько метров, а радиус - около ста. Но данные параметры не означают, что все частицы сосредоточены только в этом пространстве. Некоторые из них улетают и за несколько километров. Значительная ширина возникающего образования дала название и всему каскаду - широкий атмосферный ливень (ШАЛ). Априори отметим: именно большая площадь диска позволила зарегистрировать первичные космические лучи огромной энергии - свыше 1 Дж.

В 1934 г. российский ученый П. А. Черенков (впоследствии академик) обнаружил, что заряженные частицы, летящие не в вакууме, а в веществе со скоростью, превышающей фазовую скорость света, испускают видимое излучение, направленное по их движению. Этому эффекту подчиняются электроны и позитроны каскада. Изучая испускаемый ими черенковский свет с помощью специальных приборов - детекторов, расположенных на большой площади, - можно количественно определить энергию первичных космических лучей и направление их прихода.

Черенковское излучение - не единственный источник света от диска ШАЛ. Его заряженные частицы при встрече с атмосферой “возбуждают” атомы и молекулы (т.е. электроны переходят на более высокие энергетические уровни) или даже ионизируют их (получается свободный электрон и положительный ион). Перечисленные процессы весьма близки к горению и, значит, можно сказать, что каскад частиц ШАЛ в конечном счете “сгорает” в атмосфере. Возбужденные атомы или молекулы воздуха довольно быстро (время их жизни в таком состоянии всего несколько тысячных микросекунд) и изотропно излучают свет (флуоресценция атмосферы). В результате диск частиц ШАЛ начинает светиться как метеор с той разницей, что скорость его перемещения равна скорости света (”релятивистский метеор”). Однако визуальному восприятию он не поддается. Для регистрации подобного явления необходимо использовать специальную камеру с зеркалом- концентратором сигнала площадью не менее 1 м ² . Одним из первых в 1962 г. на возможность регистрации света флуоресценции от ШАЛ ультравысоких энергий обратил внимание академик А. Е. Чудаков.

Падение на Землю небесного тела - астероида, большого метеорита или кометы - большая редкость. Но за время существования человечества таких событий отмечено немало. В древности подобное воспринимали как вмешательство богов в жизнь людей, считали наказанием, посылаемым им за грехи. Естественно, тогда и речи не могло быть о возможности противостоять этой напасти, думать о защите от нее. Как же обстоят дела сейчас? Существуют ли средства, с помощью которых можно предвидеть и предотвратить катастрофическую угрозу?

“ПАДАЮЩИЕ ЗВЕЗДЫ”, “МЕТЕОРИТНЫЕ ДОЖДИ”, МАЛЫЕ ПЛАНЕТЫ

В старинных хрониках и древних легендах падение на Землю “небесных камней” и пролет мимо нее комет отмечалось как чудо. Ученых же всегда интересовали только факты, поэтому еще с эпохи Возрождения, наблюдая эти явления, они определенным образом систематизировали их. Развитие астрономии за последние 200 лет показало: между планетами Солнечной системы пространство не пустое, а населено объектами разных размеров - от мельчайших пылинок до тысячекилометровых глыб. Все это малые тела. Их подразделяют на межпланетную пыль, метеориты, астероиды и кометы. В последнее время дополнительно выделяют так называемые мини-кометы.

Объекты любых размеров, двигаясь в пространстве, могут сближаться с нашей планетой и даже падать на ее поверхность. Если тело невелико, то, врезаясь в верхнюю земную атмосферу, оно окутывается слоем раскаленной плазмы и полностью испаряется. Такие частички ученые называют метеорами, а в народе их зовут “падающими звездами”: они неожиданно вспыхивают и прочерчивают в ночном небе быстро гаснущий след. Иногда случаются “метеоритные дожди” - массовое появление этих тел при встрече Земли с метеорными роями, или потоками. Среди них хорошо известны Персеиды, Леониды, Тауриды и др., получившие название от созвездий, откуда они как бы берут начало (эта исходная точка - радиант потока). Связанные с Персеидами “звездопады” отмечаются ежегодно в ночи, близкие к 12 августа, а с Леонидами - около 17 ноября.

Все выглядит совершенно иначе, когда Земля встречается с более крупным телом. Проникая в нижние слои атмосферы, оно испаряется лишь частично, иногда распадается на части или взрывается и, потеряв скорость, падает. Такие объекты в полете называют болидами, а долетевшие до поверхности - метеоритами. Падение последних, особенно крупных, чревато локальной катастрофой. Вот почему ученые со временем стали задумываться об опасности их вероятного столкновения с Землей и стали серьезно изучать малые космические тела. Обозначим основные вехи этого процесса:

1577 г. - датский астроном Т. Браге пришел к выводу, что кометы являются небесными телами.

1682 г. - швейцарский математик Я. Бернулли впервые высказал предположение о возможности столкновения кометы с Землей.

1696 г. - английский астроном В. Вильсон заявил: комета, появившаяся в 1680 г., должна вернуться в 2255 г. и столкнуться с Землей, что приведет к концу света.

1794 г. - немецкий физик Ф. Хлапни (иностранный член Петербургской АН) доказал: “падающие с неба камни” (метеориты) имеют космическое происхождение.

1801 г. - итальянский астроном Дж. Пиацци (также иностранный член Петербургской АН) открыл первый астероид; следуя издавна установившейся традиции давать малым планетам имена богов, он назвал его Церерой. За прошедшие 200 лет астрономы наблюдали десятки тысяч таких объектов (часть из них была “потеряна” и переоткрывалась). Многократно наблюдаемые астероиды получили собственные номера, их орбиты хорошо известны.

1906 г. - американский геолог Д. Барринджер доказал, что Аризонский кратер в США сформирован ударом метеорита.

1908 г. - падение Тунгусского метеорита в Восточной Сибири.

1924 г. - американский геолог А. Гиффорд выявил истинную природу гигантских кратеров на поверхности Луны. По его мнению, они образовались также в результате ударов метеоритов.

1928 г. - российский исследователь Л. Кулик начал изучать последствия падения Тунгусского метеорита.

1932 г. - впервые открыт астероид, пересекающий орбиту Земли (1862 Аполлон). С этого времени стало ясно: астероиды существуют не только в их главном поясе - между Марсом и Юпитером, но и вне его.

1984 г. - организован целенаправленный поиск астероидов в околоземном пространстве; введено понятие “астероиды, сближающиеся с Землей”.

1992 г. - астрономы приступили к наблюдению малых тел, находящихся за орбитой Нептуна (так называемый “пояс Койпера”); изучение их движений показало, что они могут мигрировать к Земле.

1994 г. - авторы данной статьи высказали предположение: метеориты, летящие к Земле, связаны с метеорными потоками.

1995 г. - начаты наблюдения крупных тел в метеорных потоках, т.е. систематический поиск метеоритов на подлете к Земле.

Человечество в процессе развития достигло поистине грандиозных успехов. Раскрыты тайны атома, построены космические станции, создан искусственный интеллект. Но существует и обратная сторона медали. В процессе функционирования различных производств образуются многочисленные вредные отходы. Одни из них достаточно хорошо изучены и с ними люди научились бороться (предотвращение образования, сокращение выбросов, утилизация или уничтожение). Другие же, прежде всего обширная группа высокотоксичных соединений типа диоксинов, фуранов и др., пока мало изучены и представляют собой очень большую опасность. Их даже окрестили “химическим СПИДом”, “гормонами деградации” и врагом экологии N 1.

Первые публикации о диоксинах появились в 1956- 57 гг. Речь шла о роли высокотоксичных соединений в возникновении профессиональной болезни у работников химической промышленности - хлоракне (переизбыток в организме хлора и его соединений). Затем об этой проблеме “забыли” и вспомнили о ней лишь в 1968 г. В ходе исследований ученые ряда стран обнаружили диоксины в твердых бытовых отходах, т. е. в обычном мусоре.

Что же это за вещества и когда они “вышли из подполья”? Диоксины, так же как фураны и некоторые другие, входят в обширную группу высокотоксичных соединений и относятся к ксенобиотикам, т. е. к чужеродным для живых организмов веществам, которые поступают в круговорот природы с продукцией или отходами многочисленных технологий. С химической точки зрения диоксины представляют собой семейство гомологов ^* и изомеров ^** три- и бициклических галогенорганических соединений. Причем их количество зависит от степени насыщения атомами хлора и брома и составляет несколько тысяч, что говорит о редком по сложности структурном разнообразии диоксина.

Одним из отличительных свойств этих веществ является способность, подобно радиации, накапливаться в человеческом организме и, передаваясь по наследству, приводить к мутациям на генном уровне. Медики констатируют: безопасных доз диоксинов не существует. Даже в малых концентрациях они поражают практически все формы живой материи. Одна молекула такого вещества способна нарушить нормальную клеточную деятельность и вызвать цепь реакций, нарушающих функции организма. Диоксины влияют и на рецепторы клеток, ответственных за работу гормональных систем. При этом возникают эндокринные и гормональные расстройства, изменяется содержание половых гормонов, а также гормонов щитовидной и поджелудочной желез, что увеличивает вероятность развития сахарного диабета и т. д.

Детям такие расстройства передаются с молоком матери, в результате они отстают в развитии, их обучение затрудняется, а у молодых людей появляется синдром “преждевременного старения”. Вместе с тем повышается вероятность бесплодия, выкидыша, врожденных пороков и прочих аномалий. И это еще не все. Диоксины воздействуют на иммунитет человека, в результате у него увеличивается восприимчивость к инфекциям, возрастает возможность появления аллергических реакций, онкологических и других тяжелых заболеваний.

К особым свойствам этих вредных веществ следует отнести их стойкость к химическому, биологическому и фотолитическому воздействию. Они также обладают высокой термической стабильностью и начинают разлагаться лишь при температуре 1200-1250С. А ведь диоксины содержатся не только в твердых бытовых отходах. Их находят в продукции химической, нефтехимической и целлюлозно-бумажной промышленности, в предметах больничного хозяйства, в изделиях военно-промышленного комплекса и т. д.

Борьба с этими высокотоксичными соединениями ведется во многих странах мира, причем практически везде одинаково - вывоз зараженных материалов на полигоны (мусорные свалки) и термическая их переработка (сжигание). Однако ни тот, ни другой метод не отвечают современным требованиям экологии. Дело в том, что на полигонах в толщах отходов идут процессы аэробного и анаэробного разложения, отстаивания, испарения, т. е. выделения вредных веществ в окружающую среду, что особенно опасно при широко распространенной практике несанкционированных (стихийных) мусорных свалок. Кроме того, отчуждение земельных участков под эти захоронения усугубляет состояние окружающей среды.

Второй метод - сжигание - и того хуже. Ведь процесс протекает при относительно низких температурах (600-900С), скажем, в печах (котлоагрегатах) с колосниковыми решетками. Вследствие чего происходит наиболее интенсивное образование диоксинов и одновременно остаются вторичные (несгоревшие) твердые отходы (25-30% от всего объема), зараженные ядовитыми веществами. Но самое страшное - их тоже отвозят на свалки, что, как считают специалисты, может привести к непредсказуемым последствиям. Не случайно сегодня сложилась парадоксальная ситуация: в странах, где построено наибольшее количество мусоросжигающих заводов, экология не улучшилась, а значительно ухудшилась. По некоторым данным (при обследовании различных объектов в Германии и Швеции), в фильтрате складируемого на одном из полигонов мусора диоксина оказалось в 100 раз больше, чем в выбросах, проходящих обезвреживание на заводах. Иначе говоря, сжигающие установки превратились в своеобразные “поставщики” и “производители” высокотоксичных соединений, что породило новую экологическую проблему. Как быть?

Давайте рассмотрим круговорот этих вредоносных веществ в природе. Начнем со свалок и складирования отходов. Отсюда диоксины попадают в атмосферу, водоемы и почву. Затем они накапливаются в кормах, овощах и фруктах, продуктах животного мира (молоко, мясо, яйца и пр.) и возвращаются в том или ином виде опять же к человеку с соответствующими губительными последствиями. Сейчас во многих странах ищут способы рекультивации (восстановления) загрязненных земель. Однако такие наиболее эффективные приемы, как термическая и световая “атака” на диоксины непосредственно в почвах, пока еще находятся в первичной стадии разработки, причем применение их - очень дорогое удовольствие.

Слова, вынесенные в заголовок, принадлежат выдающемуся русскому ученому академику А. П. Карпинскому. Он произнес их в 1931 г., но и спустя десятилетия они не потеряли значения. Скорее наоборот - приобрели особую актуальность. Геологи сегодня все чаще говорят о том, что подземные воды - полезное ископаемое номер один.

РЕЗЕРВУАР В НЕДРАХ - НАДЕЖНЫЙ ИСТОЧНИК

Тысячелетиями у людей складывалось представление о питьевой воде как о веществе никогда не иссякающем. Однако с ростом народонаселения потребность в ней росла, и сейчас ее нехватка ощущается на огромной территории - около 60% всей суши. Более того, во многих регионах водный фактор начинает сдерживать экономическое развитие. В одних местах это объясняется природно-климатическими условиями - засухой, редким выпадением осадков, отсутствием крупных источников воды, в других - интенсивным, а часто и нерациональным ее использованием в промышленных целях и, что особенно опасно, прогрессирующим загрязнением бассейнов отходами производства.

В рамках Международной гидрологической программы, принятой ЮНЕСКО в 1965 г., специалисты более 100 стран мира объединяют усилия в изучении водных ресурсов, разработке научных рекомендаций по их рациональному использованию. Мировое сообщество все больше внимания уделяет пресным подземным бассейнам как надежному источнику снабжения населения питьевой водой. Дело в том, что у них есть преимущества по сравнению с поверхностными, поскольку они чище и качественнее по составу, лучше защищены от загрязнения и заражения, меньше подвержены сезонным и многолетним колебаниям.

Главная специфическая особенность подземных вод, в отличие от прочих ископаемых, - их возобновление в процессе общего круговорота влаги. Более того, при эксплуатации они не только расходуются, но часто и дополнительно формируются - этот кажущийся парадокс вызван усилением питания их на поверхности и уменьшением испарения фунтовых вод. Еще одна характерная черта подземных вод - подвижность и тесная взаимосвязь с окружающей средой, ибо, с одной стороны, они находятся в постоянном взаимодействии с вмещающими их горными породами, а с другой - связаны с реками, морями, ландшафтами, растительностью.

Первый этап крупнейшего научного проекта “Квазар”, который открывает новые перспективы в изучении Вселенной, реализован в ИПА. Уже через 20-30 лет, по мнению автора статьи, мы будем знать о ней практически все. Используя эту технологию, можно не только проникнуть в ядро галактики, центр квазара и исследовать самое раннее состояние Вселенной, но и заглянуть глубоко внутрь Земли, и создать высокоточную теорию движения тел Солнечной системы. Значимость достигнутого отмечена главой государства В. В. Путиным, одним из первых поздравившим РАН с успешным завершением этого чрезвычайно важного эксперимента. Он, в частности, подчеркнул: “ученые получили уникальный инструмент для проведения исследований в интересах фундаментальной и прикладной науки”.

ПРЕЖДЕ ВСЕГО -Т ОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ

Если рассматривать астрономию в самом общем виде, то условно ее можно разделить на две области - астрономию изображений и астрономию положений.

К первой относятся астрофизика и космология, в основном занимающиеся рождением и эволюцией небесных объектов. Здесь аккумулированы самые яркие в теоретическом плане и сложные с точки зрения наблюдений задачи. Речь идет об источниках энергии ядер галактик и квазаров; о механизмах возникновения крупномасштабной структуры Вселенной и природе ее начального состояния ^* . Здесь быстрее всего меняются теоретические концепции, привлекаются наиболее изощренные физические теории, используются предельно допустимые дорогостоящие астрономические и космические технологии.

Вторая область изучает геометрические свойства Вселенной.

Это значительно более традиционная и даже консервативная сфера научных исследований. Основные ее задачи - построение высокоточных радиоастрономических и оптических инерциальных небесных и земных систем отсчета и определение параметров ориентации между ними, динамическое моделирование Солнечной системы и нашей планеты. Эти проблемы кажутся внешне весьма обычными и, возможно, даже несколько скучноватыми. Однако при их решении встречается не меньше “белых пятен” и “черных дыр”, чем в астрофизике и космологии. Среди них такие, как предсказание землетрясений ^** ; изучение циркуляции воздуха в атмосфере и водных масс в Мировом океане, а также явлений, происходящих в литосфере Земли, тектоники плит, определение изменений уровня океана и т. д. К ним примыкают исследования гравитационногополя Земли ^* , динамики ее ядра, твердотельных и океанских приливов. А что говорить о таких прикладных задачах, как навигация космических аппаратов в дальнем космосе и баллистическая поддержка спутниковых навигационных систем, высокоточная синхронизация атомных шкал времени. Наконец, среди современных фундаментальных проблем важнейшее место занимает тестирование ряда физических теорий, и прежде всего - общей теории относительности.

Все перечисленное предъявляет чрезвычайно высокие требования к точности измерений, которые в относительных единицах составляют 5-10 ^-9 - 5-10 ^-12 . Именно на этом уровне проявляют себя все наиболее интересные и загадочные физические явления.

…До дня “пик” стояла ясная погода. Но в час полного солнечного затмения, 22 июля 1990 г., когда все было готово для полета аэростата, Арктика решила напомнить о себе. С океана потянулись тучи, ветер резко усилился и стал порывистый. Сопка с интригующим названием “Лялькин пуп”, отделяющая Международную геофизическую станцию “Тикси”, находящуюся на севере Якутии, у впадения рекиф Лены в Северный Ледовитый океан, курилась. Однако мы не унывали.

Уже несколько месяцев группа сотрудников нашего института готовилась получить экспериментальное подтверждение существования нейтронной короны Солнца. И теоретические исследования физических процессов, и данные наблюдательной астрономии указывали: в атмосфере светила практически непрерывно, даже когда оно, по представлениям специалистов, спокойно, протекают ядерные реакции ^* . Из этого следовало: Солнце окружено короной из нейтронов со средней энергией в сотни тысяч электрон-вольт. Однако обнаружить ее в околоземном космическом пространстве, на орбите Земли казалось утопией.

ЕСТЬ ЛИ У СОЛНЦА НЕЙТРОННАЯ КОРОНА?

Нейтроны - частицы нестабильные. За небольшое время жизни (около 15 мин), отпущенное каждой из них природой, она не долетит до нашей планеты. Точнее, их поток будет столь мал, что обнаружить его можно лишь аппаратурой, обладающей большой светосилой. И такую аппаратуру на основе хорошо зарекомендовавших себя в космических экспериментах газовых гелиевых счетчиков, разработали в отделе космофизических исследований НИИЯФа МГУ, руководимом доктором физико-математических наук М. И. Панасюком.

Летом 1990 г. сотрудники отдела О. И. Нечаев, В. И. Шильцын, автор этой статьи и присоединившийся к нам школьник- доброволец Игорь Кужевский отправились в Тикси, чтобы в день полного солнечного затмения поднять приборы на аэростате.

Почему был выбран именно этот день и такой метод? Дело в том, что регистрировать нейтроны из космоса на поверхности Земли можно, если они обладают энергией в сотни миллионов электрон-вольт и больше. В противном случае эти частицы не пробиваются сквозь атмосферу нашей планеты. Из-за столкновений с ядрами атомов кислорода и азота они быстро слабеют и становятся тепловыми, после чего проживают еще около 0,1 с и поглощаются ядрами азота. Короче, в атмосфере нейтроны в лучшем случае достигают высоты 25-30 км над поверхностью моря. Такой “потолок” под силу аэростату.

Момент же полного солнечного затмения мы выбрали из соображений эффекта “день-ночь”. В самом деле, если проводить измерения до покрытия Луной солнечного диска, потом в период полного затмения и затем после него, то следует ожидать эффекта, аналогичного оптическому: через некоторое время (порядка 30 мин) после момента покрытия Луной светила скорость счета нейтронов (их число, зарегистрированное в секунду) должно уменьшиться, а потом снова восстановиться.

Итак, все было учтено, правильно выбрано время и место наблюдения (район бухты Тикси попадал в полосу полного солнечного затмения). Однако не зря говорят, что человек только предполагает…

Невзирая на испортившуюся погоду, сильный ветер, работы по запуску аэростата мы не отложили. Огромная гондола постепенно наполнялась водородом. Сильные порывы ветра рвали ее в разные стороны. Кое-кто из наших уже отправился за аппаратурой, чтобы принести ее и укрепить на платформе. И тут раздался хлопок - гондола медленно стала опускаться на землю. Видимо, оболочка все-таки зацепилась за неровности грунта и лопнула. Словом, есть у Солнца нейтронная корона или нет, предстояло узнать позже.

В 1982 г. группа сотрудников ФИАНа и Всероссийского научно- исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений Госстандарта РФ получила авторское свидетельство на введение пульсарной шкалы времени (с приоритетом от 1979 г.), а в 1991 г. - на метод синхронизации далеко разнесенных часов с помощью сигналов пульсаров. Почти десять лет понадобилось международному научному сообществу, чтобы признать приоритет российских физиков в этой области. В конце XX в. Морская обсерватория США (USNO) назвала три самых перспективных стандарта времени: ртутный с ионными ловушками (США), цезиевый с лазерным охлаждением (Франция) и наш - пульсарный.

А все началось в августе 1967 г., когда сотрудники Маллардской радиоастрономической обсерватории Кембриджского университета (Великобритания), анализируя записи наблюдений дискретных космических радиоисточников, обнаружили кратковременную помеху. Сначала она показалась просто досадной случайностью, но потом стала появляться каждый вечер. А. Хьюиш (будущий лауреат Нобелевской премии), руководивший работами, решил понаблюдать за этим “неприятным” явлением, чтобы выяснить его природу и в конечном счете, если удастся, - устранить “помеху”.

В результате оказалось: “мешающий” сигнал “приходит” регулярно, но каждый раз на 4 мин раньше. Данный факт говорил о ее неземном происхождении, ибо именно на такой промежуток времени ежедневно убыстрялось появление небесных тел в заданных точках. Значит, это была вовсе не помеха, а сигнал от еще неизвестного объекта. За ним начали “охотиться”, и 28 ноября 1967 г. в 19 ч 19 мин на склонении +21 ^o от небесного экватора удалось зафиксировать первые отчетливые импульсы (они приходили с периодом 1,33 с) космического “незнакомца”, которого так и нарекли - 1919+21. Вскоре астрофизики открыли еще три его “собрата” (0834+06,0950+08,1133+16), и стало ясно, что ученые столкнулись с вполне закономерным явлением. За способность излучать электромагнитные волны в форме импульсов эти космические объекты назвали пульсарами, а 28 ноября 1967 г. стали считать днем их открытия. Впоследствии они явились предметом пристального наблюдения и изучения многих радиоастрономических обсерваторий мира, в том числе и нашей, расположенной в городе Пущино (Московская область), оборудованной крупнейшим диапазонным крестообразным радиотелескопом ДКР-1000 и уникальной Большой сканирующей антенной (БСА ФИАН).

Основной вопрос, возникший тогда перед учеными, касался природы новых небесных источников радиоизлучения. Исходную версию выдвинули “первооткрыватели” из кембриджской группы. По их мнению, это могли быть белые карлики, при определенных условиях способные войти в режим периодического изменения размеров, когда по мере затухания внутренней энергии их диаметр уменьшается. При таком сжатии энергия ядерных процессов внутри образования усиливается, в результате чего они вновь “раздуваются”. Причем период таких вариаций достигает порядка 1 с и более.

Однако два пульсара, открытые в 1968 г. (один австралийскими астрономами в созвездии Парусов с периодом следования импульсов 0,089 с, другой - американцами в Крабовидной туманности с еще более коротким периодом - всего 0,033 с), полностью “похоронили” версию белых карликов, поскольку они, “работая” в таком режиме, просто разрушились бы.

Другое объяснение природы данного явления предложил отечественный ученый, первый директор Пущинской обсерватории ФИАН, доктор физико- математических наук В. В. Виткевич. Его идея заключалась в том, что у быстро вращающегося космического объекта существует локализованная область излучения, которая при каждом обороте попадает на “луч зрения” телескопа наблюдателя. Эта модель напоминала собой морской маяк. Столь быстро вращаться могут лишь очень компактные космические объекты диаметром в несколько десятков километров. Подобными характеристиками обладают только нейтронные звезды, но было непонятно - откуда последние черпают энергию для столь мощного радиоизлучения?

Болезни молодняка сельскохозяйственных животных - в основном инфекционные - наносят значительный экономический ущерб государству. Они занимают второе место после мастита у коров.

Участники Международного конгресса по крупному рогатому скоту (Испания, 1988) пришли к заключению: диарею (расстройство функции кишечника) у телят вызывает энтеропатогенная кишечная палочка, сальмонеллы, протей, клебсиелла, стафилококк, цитробактер, псевдомонас, некоторые виды грибков, рота- и короновирусы. При этом установлено, что в этиологии болезни одновременно участвуют по крайней мере 2-3 агента и более. Для того чтобы тех или иных из них отнести к возбудителям, количество микробов в 1 г фекалий должно превышать 10 ⁶ и они должны обладать адгезивными, токсигенными свойствами и быть патогенными для белых мышей.

Вместе с тем наши многолетние исследования показали: в этиологической микробной картине телят при диареях постепенно происходят сдвиги. Ныне на первое место вышли микробы группы протея, затем клебсиелла, стафилококк, псевдомонас, наконец, энтеропатогенная кишечная палочка и сальмонеллы. Поэтому неудивительно, что зачастую ветеринарные диагностические лаборатории при анализах не подтверждают наличие у больного скота диареи, поскольку не находят у него достаточного количества колибактерий и сальмонелл и, исходя из сложившейся традиции, игнорируют остальную микрофлору. Почему произошло такое смещение возбудителей?

Причина - в бесконтрольном и широком применении антибиотиков и вакцин, которые и “сместили” на более низкое место колибактериоз и сальмонеллез. А вот проверка на чувствительность к этим препаратам микробов группы протея, клебсиелл, цитробактер, псевдомонас, стафилококков зафиксировала полную их резистентность к ним.

Как известно, ученые во все времена искали “волшебные пули”, способные защитить от многочисленных инфекций человека и животных. Их достижения можно разделить на три периода.

Первый - создание вакцин. Иностранный почетный член Петербургской АН французский микробиолог Д. Пастер в 1881 г. обосновал принцип невосприимчивости к заразным болезням с их помощью. Действие этих препаратов хорошо известно. А первая теория иммунитета была создана нобелевским лауреатом И. И. Мечниковым в 1883 г. Эти два события по существу совершили революционный переворот в медицине и ветеринарии. С помощью вакцин человечество сумело защититься от различных инфекций (достаточно вспомнить, что именно они позволили искоренить оспу у людей).

Однако за сто с лишним лет исследований так и не удалось создать эффективные вакцины против малярии и паразитарных инфекций, венерических болезней, стафилококкозов человека, диарей и респираторных болезней молодняка животных. Дело в том, что ученые могут ослабить возбудитель, убить его или выделить тот или иной антиген. Однако проблема в другом: ни животные, ни человек по генетическим причинам не в состоянии вырабатывать стойкий иммунитет против этих болезней. И перенесшие их спустя короткое время могут снова подвергнуться той же напасти. Вот почему их (пока) называют “непобежденными инфекциями”.

Лучевая терапия появилась на рубеже XIX-XX вв. и ознаменовала новый подход к излечению, казалось бы, непобедимых болезней. Впервые это произошло в 1886 г., когда больную раком австрийскую девочку подвергли воздействию лучей, открытых К. Рентгеном менее года назад. Попытка оказалась удачной, что и подтвердило клиническое обследование пациентки, проведенное через 70 лет.

Однако дальнейшая практика показала: использование рентгеновских лучей для лечения злокачественных опухолей имеет серьезные ограничения. Дело в том, что при таком методе под “удар” прежде всего попадают окружающие ткани. Причем максимум дозы приходится на кожу, в то время как очаг заболевания находится гораздо глубже.

Выходом из, казалось бы, тупиковой ситуации стало предложение американского ученого Р. Вильсона в 1946 г. по использованию для лечения онкологических заболеваний не рентгеновских лучей, а ускоренных пучков протонов. А в 1954 г. эта идея была уже реализована в Беркли (США), сразу дала положительные результаты и стала стремительно развиваться. В настоящее время в мире функционируют 16 соответствующих центров, три из которых находятся в России - в Институте теоретической и экспериментальной физики (Москва), Научно-исследовательском институте электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова (Санкт- Петербург) и Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ, Дубна).

О нынешнем состоянии дел на стыке физики и медицины и перспективных проектах в этой области вели разговор участники упомянутой конференции в Протвино. Так, представитель Института ядерных исследований РАН (Троицк), кандидат физико-математических наук Г.В. Вялов сообщил, что в настоящее время у них создается комплекс протонной терапии на базе линейного ускорителя Московской мезонной фабрики ^* . Он предназначен для лечения злокачественных опухолей не только протонными пучками, но и электронным (его тоже используют), и рентгеновским излучением, причем как в сочетании, так и раздельно. Кроме того, здесь же предполагают проводить диагностирование пациентов и поиск новых методов лечения.

Всего намечено запустить три протонных облучателя: для терапии глаза (с энергией 70 МэВ), лечения опухолей мозга и легких (150 МэВ) и совершенно уникальное устройство - гантри, поворачивающее пучок ускоренных частиц вокруг пациента, - с энергией до 250 МэВ. Здесь же предусмотрено использование терапевтических электронных ускорителей (SL-75-5 и SL-20), а также рентгеновской и позитрон- электронной томографии. Сейчас приступили к осуществлению этого проекта, в рамках которого идет разработка аппаратуры для измерения интенсивности, энергии, профиля пучка и параметров пространственных распределений поглощенной средой дозы излучения.

Доклад о центре, использующем для лечения раковых больных адроны (барионы, мезоны и т.д.), сделал доктор физико-математических наук Е.П. Череватенко из Дубны. Он обратил внимание на то, что только в Московской области насчитывается более 2 тыс. человек, которым необходимо пройти годичный курс облучения. На решение столь важной задачи и направлены усилия ученых Объединенного института ядерных исследований, имеющих в своем арсенале фазотрон - ускоритель заряженных частиц на энергию 660 МэВ. Он позволяет получать все известные в мире излучения и может быть использован в медицинской практике, поскольку позволяет воздействовать на опухоли широкими и узкими горизонтальными пучками протонов от 70 до 660 МэВ, отрицательными - мезонами ^* на уровне 30- 80 МэВ и нейтронами (со средней энергией 350 МэВ), причем как независимо друг от друга, так и в любой их комбинации. В Центре есть и еще одна возможность: получаемые здесь пучки по отдельным каналам направляют в 7 процедурных кабинетов одновременно, обслуживая таким образом большое количество пациентов.

Великий Новгород продолжает отдавать археологам сокровища своей древности. Мне - участнику открытия первых берестяных грамот в 1951 г. - довелось теперь пережить еще один звездный час отечественной археологии, во второй раз испытать высшее счастье немыслимого первооткрытия… Расскажу о нем по порядку.

Тринадцатого июля 2000 г. (верь после этого в несчастливые цифры!) в конце рабочего дня на лабораторный стол экспедиции из Троицкого-ХII раскопа, которым руководит А. Н. Сорокин, легла небывалая находка. Три деревянные дощечки (как выяснилось в дальнейшем, изготовленные из древесины липы) размером 19х15 см и толщиной в 1 см, скрепленные деревянными же шпонками, оказались древней рукописью. Две внешние дощечки служили обложками. Первая, с изображением креста и скупым орнаментом, имела на внутренней стороне заполненное воском углубление. А на нем красивейшим мелким почерком написаны 23 строки некоего текста. На третьей дощечке текст тоже располагался на внутренней навощенной стороне, внешнюю же украшал крест. Помещенная между ними вторая дощечка с заполненными воском углублениями содержала тексты на обеих сторонах. Всего, таким образом, в книге были четыре исписанные страницы. Лучше других сохранилась первая дощечка.

На остальных большие фрагменты текста осыпались и дошли до нас в виде восковых кусочков с отдельными буквами или их группами. Однако некоторые значительные фрагменты второй, третьей и четвертой страниц уцелели.

Сознаюсь, при взгляде на почти полностью сохранившийся текст первой страницы у меня потемнело в глазах. Мне казалось, что от волнения я не смогу прочесть ни одного слова… Причины столь сильного волнения объяснимы и извинительны. Находка извлечена из достоверно датированных слоев конца Х - первой четверти XI вв. Судите сами. Выше ее расположены остатки первого венца большого сруба, который методом дендрохронологии датирован 1036 г. Обнаруженный деревянный кодекс залегал 20 см глубже. Примерный расчет динамики накопления культурного слоя в пределах Троицкого раскопа равен 1 см в год. Отсюда вероятная дата нашей находки - примерно второе десятилетие XI в. Между тем древнейший известный манускрипт, написанный кириллическим письмом, относится к 1056- 1057 гг. Это знаменитое Евангелие, изготовленное по заказу новгородского посадника Остромира. Все остальные самые древние кириллические рукописи датируются второй половиной и концом XI столетия. Значит, на лабораторный стол легла рукопись на полвека более ранняя! А стало быть, эта находка - великое событие не только в истории русской, но и болгарской, и сербской, и хорватской, и македонской культур, поскольку во всем славянском мире не существует более ранней рукописи, нежели “Остромирово Евангелие”… Было от чего дрожать рукам и темнеть в глазах!

Но вот зрение прояснилось, и посреди страницы глаз усмотрел первую понятную фразу: “От запрещения Твоего, Боже Ияковль, воздремашяся вседшеи на коня”. Итак, священный текст. Рука тянется к Псалтыри как к самому популярному в христианстве произведению, а последовательный просмотр книги приводит к соответствующему месту в 75-м псалме Асафа. Рядом - выше и ниже - то, что в этом псалме предшествует прочитанному стиху, и то, что следует за ним.

Уцелевшие фрагменты остальных страниц обретают свои места в продолжении 75-го псалма и в следующем за ним 76-м псалме Асафа. Постепенно выясняется: на второй странице помещено окончание 75-го псалма и начало 76-го, на третьей - продолжение 76-го, на четвертой - окончание 76-го, затем пустое место объемом в несколько строк, а за ним 4-6-й стихи 67-го псалма Давида. Когда текст был прочитан, нас постигло недоумение: почему 67-й псалом не имеет общеизвестного начала “Да воскреснет Бог и расточатся врази его”? Ответ удалось найти: начало существовало, но его стерли, чтобы освободить место для окончания 76-го псалма. Иными словами, восковой кодекс оказался палимпсестом: на нем был стерт первоначальный текст для написания другого. Церы (навощенные для письма дощечки) подобны грифельной или нынешней школьной доске, используемой для помещения на них “бегущих строк”. Сравнение с грифельной доской весьма значительно: не служила ли “Новгородская Псалтырь” пособием для обучения грамоте?

По центру Русской равнины протекает река Угра, с именем которой связано немало героических и трагических страниц истории нашего Отечества. Долгое время она была пограничным рубежом, и происходившие на ней события (половецкие набеги, русско-литовские порубежные конфликты и др.) упомянуты в летописях, начиная с 1147 г. Но широкую известность река приобрела благодаря военным действиям осенью 1480 г., получившим название “Стояние на Угре”, ознаменовавшем начало новой эпохи в истории Руси - освобождение от монголо-татарского ига.

Территория, на которой разворачивались события 1480 г. (долины рек Угры, Жиздры и левобережная часть Оки с небольшим участком у села Воротынск), в настоящее время входит в границы национального парка “Утра”. Он образован в 1997 г. с целью охраны и восстановления уникальных природных и историко- культурных комплексов, расположенных в его пределах*. Особое внимание мы уделяем району “Стояния на Угре”. Сбор материалов по кампании XV в. начался с момента создания парка, а в 2000 г. нами разработана комплексная программа по выявлению, изучению и сохранению наследия, связанного с этим сражением русских воинов с монголо-татарами.

“Стояние на Угре” произошло спустя столетие после знаменитой битвы на Куликовом поле (1380 г.), во время которой великий князь московский Дмитрий Иванович, возглавлявший русское войско, разгромил полчища Мамая. Однако и после этого Русь еще сто лет платила дань Золотой Орде и подвергалась разорительным набегам кочевников.

Тем временем Московское государство продолжило объединять вокруг себя земли, крепло и все меньше повиновалось ханам. Наконец, великий князь Иван III Васильевич отказался признавать свою зависимость и прекратил выплачивать дань. Владыка Большой Орды (с 1465 г.) хан Ахмат, не желая с этим мириться, заключил союз с литовским королем Казимиром IV и, воспользовавшись вспыхнувшей междоусобицей русских князей, двинул войска на Московию.

Зная о намерениях Ахмата, Иван III заведомо направил свои дружины к реке Оке. Хан вынужден был увести конницу на Угру, где располагались земли русских князей, находившихся в вассальной зависимости от Литвы, и там ждал своего союзника Казимира. Не получив обещанной помощи, Ахмат пытался самостоятельно вступить в единоборство, но попытки форсировать Угру не удались. Ордынцам успешно противостояли московские дружины, растянувшиеся фронтом в 60 км по правому берегу реки. Потерпев неудачу, хан вступил в переговоры, которые затянулись на месяц, но зашли в тупик. Именно с этим эпизодом и связано название исторического события - “Стояние на Угре”. За это время политическая ситуация изменилась не в пользу Ахмата. Казимира он так и не дождался, междоусобица на Руси прекратилась; к тому же начались сильные морозы. Упустив стратегическую инициативу, хан поспешно покинул занятые им Угорские рубежи. Так закончился последний поход полчищ Большой Орды на русские земли и вместе с ним монголо-татарское иго, тяготевшее над Русью почти два с половиной столетия.

Схема “Поход хана Ахмата”. “Стояние на Угре”.

О наличии нефти и горючего газа в районе Каспия известно давно. Еще древнегреческий писатель и историк Плутарх сообщал, как при подходе к Гирканскому заливу этого моря “…Александр Македонский более всего был поражен пропастью… из которой, словно из некоего источника, непрерывно вырывался огонь, и обильным потоком нефти, образовавшим озеро невдалеке от пропасти”. Спустя почти два с половиной тысячелетия, в середине XX в., вдали от береговой линии, на Нефтяных камнях, впервые в мире начали добывать черное золото с искусственных платформ. Но вскоре стало ясно: это сопряжено с большими природными рисками - тогда у полуострова Апшерон во время сильного шторма погибла вместе с буровой целая бригада нефтяников мастера Каверочкина.

НА ПЕРЕКРЕСТКЕ ИНТЕРЕСОВ

Каспий - самый крупный на Земле внутренний водоем (протяженность почти 1200, ширина до 320 км), содержащий уникальную биоту, но, главное, обладающий крупнейшими запасами углеводородов (это подтвердили последние результаты поискового бурения в акватории на ряде геологических структур). Их стратегическое значение заключается в удачном расположении: с одной стороны - между основными в Европе и Азии рынками сбыта нефти и газа, с другой - между их главными поставщиками (Ближний Восток и Россия).

В связи с этим предложены проекты двух трансрегиональных неф-те- и газопроводов большого диаметра. Первый пересечет центральную часть водного пространства - от Тенгиза (крупное нефтяное месторождение на северо- восточном побережье) до Баку, а затем пройдет через Закавказье до турецкого порта Джейхан на Средиземном море; второй предполагается проложить от месторождения Шатлык на востоке Туркменистана через Каспийское море, затем по территории Азербайджана и Грузии в турецкий город Эрзерум.

Естественно, сооружения подобных масштабов напрямую затрагивают экономические интересы России и угрожают ее экологической безопасности. Помимо неотрегулированных юридических споров, связанных со статусом Каспия по отношению к пяти расположенным на его берегах государствам (Россия, Казахстан, Туркменистан, Иран, Азербайджан), возникают и другие существенные вопросы. Они касаются объема ресурсной базы (выявленных и перспективных запасов) и степени безопасности строящихся нефтегазопроводов в замкнутом водоеме с высокой сейсмичностью, подводным вулканизмом и оползнями.

Работы по подготовке ресурсной базы наиболее интенсивно разворачиваются на азербайджанской части шельфа. Ожидаемые запасы нефти (и конденсата), которые можно извлечь в этом регионе, достигают 2,3 млрд. т, газа - 3,8 трлн. м ³ . В соответствующих контрактах участвуют 28 компаний из США, Великобритании, Норвегии, Франции, Италии, Японии и других стран, среди которых такие известные как:

ВР Amoco, Chevron, Exxon Моbil, Total Fina Elf. Из российских фирм здесь пока работает только ЛУКойл. Ее доля в двух самых коммерчески выгодных проектах - “Азери-Чираг- Гюнешли” и “Шах-Дениз” - ограничивается 10%. Это означает, что роль нашей страны в транспортировке добытых углеводородов по проектируемым трубопроводам через Каспий будет невелика, в то время как угроза дополнительного экологического ущерба для его уникальной биоты, в том числе северных мелководных нерестилищ, может оказаться значительной.

Жизнь человека связана с водой. Помимо того, что он сам состоит из нее примерно на 80%, вся его деятельность основана на этой, казалось бы, прозрачной жидкости. Впрочем, давно прошли те времена, когда чаще всего речная, озерная да и другая вода сразу годилась бы для питья. Кстати, и все современные технологии (электроника, медицина, химия), и приготовление связующих растворов в строительстве особо важных объектов или памятников культуры тоже нуждаются в воде с определенными свойствами. А ее, как правило, нет - она перемешана с промышленными, сельскохозяйственными стоками, радиоактивными и химическими отходами. Вот почему сейчас перед специалистами стоит задача - создать высокоэффективные и экологически безопасные методы очистки воды с использованием простой и недорогой аппаратуры.

Есть две взаимосвязанные характеристики, определяющие состояние воды. Во-первых, речь идет о количестве солей в граммах, приходящихся на 1 л. Этим критерием удобно пользоваться, когда вода сильно минерализована - от 40 г/л (грязнее уже не рассматриваем) до приблизительно 1 г/л. Затем берется во внимание другой - обобщенный электрический - параметр, показывающий удельное сопротивление воды (измеряется кОм или МОм х см), причем чем оно выше, тем меньше примесей. Между этими характеристиками существует взаимосвязь - сопротивление 200-250 кОм х см приблизительно соответствует наличию 1 млг/л солей. В дальнейшем мы будем рассматривать воду от очень грязной (40 г/л солей) до почти идеальной или, как говорят химики, глубокой очистки, имеющей удельное сопротивление 18 МОм х см.

Итак, пока просматриваются четыре метода очистки, оценивать которые нужно, исходя из критериев чистоты получаемого продукта.

Один из хорошо опробованных способов - обратный осмос ^* . Принцип его заключается в том, что, условно говоря, через трубу, стенки которой пропускают жидкость только определенного, наперед заданного качества, прокачивают воду вплоть до сильно минерализованной (состав солей до 40 г/л) под повышенным давлением. В результате через стенки трубы проникает двойной дистиллят (сопротивлением 200-250 кОм х см), в дальнейшем используемый в производстве (пищевая и химическая промышленность, медицина, электроника и др.), а грязную субстанцию сливают в отходы.

При таком методе достигается глубокая очистка от механических частиц, органических веществ и токсинов. Чего еще желать лучшего? Однако срок службы соответствующих фильтров всего 15 месяцев, да и почти половина первоначальной воды вместе с грязью уходит в стоки, т. е. коэффициент полезного действия таких установок всего 50-60%.

Другой используемый в промышленности метод очистки - дистилляция. При технологической простоте и эффективности (чистота получаемой жидкости характеризуется сопротивлением 100 кОм х см) он очень энергоемок (более 0,7 кВт/л). К тому же само устройство быстро покрывается “накипью”, а последующая очистка его сложна и дорога.

В третьем случае применяют ион-нообменные смолы (синтетические органические иониты ^** ). При этом вода изменяется от среднеминерализованной (менее 4 г/л) до глубочайшей очистки (18 МОм х см). Несмотря на хороший результат (к тому же и потери исходной воды здесь составляют всего 3-5%), применение этого способа ограничено. Дело в том, что он не экологичен, ибо используемые смолы приходится периодически регенерировать, а для этого нужны вредные химические реагенты; к тому же устройства, его реализующие, сложны в обслуживании.

И наконец, электродиализный метод. Он наиболее развит в нашей стране и находит все большее признание в мире. В этом случае очистка воды основана на применении трехкамерного электродиализного аппарата, в котором пространство между катодом и анодом разделено двумя (соответственно - катионитовой и анионитовой) мембранами на три части. При подключении к электроду источника питания постоянного тока катионы (калия, натрия, кальция, магния) подлежащей очистке воды стремятся из средней камеры к катоду (обратного хода нет - тут установлена соответствующая мембрана), а анионы других вредных веществ (хлора, сульфатов бикарбонатов) - к аноду. При этом вода в средней камере очищается, а в остальных накапливаются либо гидроксиды металлов, либо растворы кислот.

На рубеже тысячелетий научная общественность (и не только!) во многих странах, в том числе и в России, взбудоражена активным обсуждением разных сторон проблемы клонирования человека. Вызвано это, несомненно, большими достижениями в последние годы английских, американских и японских исследователей по клонированию лабораторных и, главным образом, сельскохозяйственных животных. Началось все с сенсационной публикации в журнале Nature в 1997 г. о клонировании овечки Долли. Однако этому успеху предшествовали важные методические разработки, осуществленные, в том числе, и в нашей стране еще в середине 80-х годов в Институте биологической физики АН СССР (ныне - Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН).

Реконструкция эмбриональных клеток (под этим в первую очередь понимают замену собственного ядра на какое-либо чужое) позволяет подойти к решению такой важной задачи биологии развития, как выяснение механизмов реализации генетической информации. И здесь, в первую очередь, интересны исследования по анализу тотипотентности ^* генома клеток разного уровня дифференцировки или его способности к репрограммированию, возможности получения отцовских и материнских копий (т.е. к клонированию), а также получения межвидовых химерных (или мозаичных) животных и т.д. Реконструкция эмбриональных клеток важна и для глобальной проблемы, поднятой впервые также в нашем институте профессором Б. Н. Вепринцевым в 70-е годы, - речь идет о реализации генетической информации криоконсервированных геномов исчезающих видов животных. Впрочем, это далеко не полный перечень того, что связано с использованием различных приемов по реконструкции клеток.

Определенные успехи в области клонирования амфибий, достигнутые в 60-70-е годы, вселяли уверенность в принципиально возможном репрограммировании и других классов позвоночных, при этом особый интерес представляли млекопитающие. Однако выяснилось: пересадка ядер эмбриональных клеток последних технически существенно сложнее, чем первых. Дело в том, что яйцеклетки млекопитающих значительно более чувствительны к микрохирургическим манипуляциям, поскольку их объемные размеры в несколько тысяч раз меньше таковых у амфибий. Для извлечения ядра из зиготы (оплодотворенная яйцеклетка) лягушки или введения его в энуклеированную зиготу неповрежденным необходимо использовать заостренные микропипетки с диаметром кончика не менее 10-20 мкм. А вот для клеток диаметром 70- 80 мкм (зиготы мышей) такой размер пипетки уже является критическим, что, как правило, приводит к их гибели.

Одним словом, перед исследователями, занимающимися пробле мой клонирования мышей или других млекопитающих, возникла, на первый взгляд, трудноразрешимая задача: как осуществлять трансплантацию ядер без нарушения целостности поверхностной клеточной мембраны.

Впервые эту проблему успешно решили Дж. Мак Грас и Д. Солтер (США), опубликовавшие свои данные в 1983 г. в журнале Sciense, которые, несомненно, стали этапом в разработке концепции клонирования млекопитающих. Они доказали: в определенных экспериментальных условиях (одно из важнейших - присутствие в инкубируемой среде цитохалазина В) можно с помощью микропипетки отсасывать пронуклеусы ^* из зиготы вместе с частью цитоплазмы и окружающей их поверхностной мембраны, не повреждая ее и формируя тем самым кариопласт ^** . Далее мы подробнее остановимся на этом методическом приеме при описании собственных опытов.

Проведенные нами исследования показали: после прокола zona pellucida (прозрачная зародышевая оболочка) микропипетка внедряется “в глубь” клетки, не повреждая ее поверхностную мембрану. Это определяется, главным образом, действием цитохалазина В - он резко увеличивает устойчивость клетки к механическим повреждениям в процессе энуклеации, вызывая деконденсацию микрофиламентов цитоскелета и резко повышая пластичность и адаптивность поверхностной мембраны к различным механическим воздействиям. Кариопласт, как отмечалось выше, формируется за счет всасывания пронуклеусов вместе с цитоплазмой и наружной поверхностной мембраной в микропипетку. После того, как в ней оказывались оба про-нуклеуса, ее осторожно выводили из-под zona pellucida. При этом от оперируемой клетки тянется цитоплазматический тяж, окончательное истончение которого ведет к образованию как бы двух “клеток” или, точнее, двух изолированных компартментов - цитопласта (лишенная ядра зигота) и кариопласта, т.е. по существу происходит искусственное деление.

Описание сунгирской находки основано на изучении различных сторон жизнедеятельности верхнепалеолитического человека. Большое внимание уделено его антропологическому облику, восстановленному на основе анализа морфологии черепа и ДНК, эколого-эволюционным аспектам строения тела, исследованиям аномалий и индикаторов физиологического стресса, системе питания, стратегии выживания, проблемам расселения и адаптации к новым экологическим нишам, а также отражению окружающего мира в сознании человека того времени.

Осветить все аспекты изучения этой уникальной находки в небольшой статье невозможно, поэтому обращусь к характеристике антропологического облика человека из Сунгиря и определению его таксономического положения среди известных в настоящее время находок верхнепалеолитических людей.

Урочище было открыто в 1955 г. в глиняном карьере кирпичного завода на восточной окраине г. Владимира, в 192 км от Москвы. Это самая северная стоянка на Русской равнине, находящаяся на левом берегу реки Клязьмы, при впадении в нее ручья Сунгирь. Возраст памятника и погребения (определен радиоуглеродным методом) датируется в интервале 27210 +/-1710 - 19160+/-270 лет назад. Есть основание предполагать, что это погребение относится к финальному периоду существования верхнепалеолитической стоянки.

В 1956 г к обследованию поселения приступил археолог О. Н. Бадер. Первым исследователем позднепалеолитического человека из погребения на сунгирской стоянке стал антрополог Г. Ф. Дебец, определивший возраст мужчины примерно в 55 - 65 лет. Несмотря на сильную стертость зубов (высота коронок всего 4 - 5 мм), нет признаков старческих изменений ни его черепа (cranium), ни посткраниального скелета. Описывая костяк, ученый обратил внимание на уплощенность бедренной (платимерия) и большой берцовой (платикнемия) костей, как на характерные признаки кроманьонцев*. По пропорциям тела (нижние кости голени длиннее бедренной) человек из Сунгиря близок к тропическим популяциям, хотя в верхнем палеолите подобные пропорции были нередки и в Европе.

Определяя параметры по собственной формуле, основанной не только на длине костей, но и на их соотношениях, Г. Ф. Дебец установил: рост мужчины - 180 см, а вес (по условному показателю объема скелета) - 71 кг. Рельеф его костей, развитые выше средней длины выйная линия и сосцевидные отростки черепа, по мнению антрополога, свидетельствуют о хорошо развитой мускулатуре и “плотном” телосложении. Ученый отметил чрезвычайно крупные размеры лицевого отдела черепа, уплощенность его верхней части и сильную профилированность средней, а также нос, выступавший незначительно. Резкую разницу в размерах и сочетании формы носа с высоким переносьем антрополог объяснил как индивидуальную особенность данного человека, впрочем, встречающуюся и поныне среди европеоидов и монголоидов. Дебец не высказал определенного мнения о расовой принадлежности, но считал, что подобный череп присущ представителям кроманьонского типа, к которому относят всех верхнепалеолитических людей Европы, кроме “негроидов Гримальди”*.