Завдяки українським астрономам у небі Марса на висоті 30—40 кілометрів було вперше виявлено незвичні, невидимі оку утворення. Це найтонші хмари, які складаються з аерозолів розміром усього близько одного мікрона і які є першою стадією формування кристалів води на найдрібніших частинках пилу. Крижаний атмосферний серпанок, що переміщується по небу, вирізняється високим ступенем поляризації відбитого світла в ультрафіолетовій та синій ділянках спектра. На отриманих зображеннях розподілу ступеня поляризації по диску Марса вона вирізняється густим синім кольором на тлі червонуватої поверхні.
Цікаво, що раніше ніхто не припускав можливості існування цих хмар. Виявити їх можна було з допомогою поляриметрії. Це метод наземних і космічних наукових досліджень, у якому українські астрономи справді «попереду планети всієї». Їхні роботи в цій галузі астрономії не тільки відповідають світовому рівню, вони й самі визначають цей рівень, який підтверджується загальним міжнародним визнанням української школи поляриметрії та кількістю посилань на публікації авторів — майже 11 тисяч — у виданнях, включених у Science Citation Index.
Колектив працює в цій галузі астрономії з 1962 року і складається з учених кількох наукових установ: НДІ астрономії Харківського національного університету ім. В.Каразіна, Радіоастрономічного інституту НАН України, Кримської астрофізичної обсерваторії МОН України, Головної астрономічної обсерваторії НАН України і Годдардівського інституту космічних досліджень НАСА, де нині трудиться в минулому український учений Михайло Міщенко.
За відгуками закордонних колег, нашим фахівцям у своїх дослідженнях вдалося здійснити комплексний і всебічний підхід, який включає розробку фундаментальної теорії розсіювання світла, точних методів аналізу результатів вимірів, створення прецизійної апаратури та проведення широких спостережень. Можна стверджувати, що саме в результаті їхньої роботи поляриметрія стала одним із найінформативніших, точних і ефективних методів дистанційного зондування. Українські вчені змогли отримати нові важливі дані про такі космічні об’єкти, як Місяць, Марс, Меркурій, супутники планет, комети, об’єкти пояса Койпера та астероїди, зокрема і про ті, які визнано небезпечними через можливе зіткнення із Землею.
— Що таке поляризоване світло і чим воно відрізняється від звичайного сонячного? — запитую провідного наукового співробітника НДІ астрономії Харківського національного університету імені В.Каразіна, доктора фізико-математичних наук Дмитра Лупишка, який почав займатися поляриметрією астероїдів одним із перших в Україні та СРСР.
— Популярно це пояснити дуже складно... Згадаймо для початку, що світло — це електромагнітні поперечні коливання векторів магнітного та електричного полів. Сонячне світло не поляризоване, це означає, що такі коливання в кожний момент часу відбуваються в найрізноманітніших напрямках, хаотично. Проте падаючи на будь-яку поверхню, випромінювання взаємодіє з її речовиною та структурою й у результаті набуває не хаотичного, а певного організованого характеру, отримує певний переважний напрям коливань, тобто поляризується. Іншими словами, це характеристика світла, яке, будучи відбитим від будь-якої поверхні, несе важливу інформацію про такі визначальні властивості складників її частинок, як розмір, форма, показник переломлення, можлива орієнтація їх тощо.
Виміри поляризації небесних об’єктів — комети і Місяця — були проведені французьким ученим Араго ще в першій половині XIX століття. Проте активний розвиток цього методу дослідження почався значно пізніше, після появи чутливих приладів для вимірювання поляризації випромінювання об’єктів Сонячної системи як із Землі, так і з космічних апаратів. Не менш важливо було навчитися правильно інтерпретувати отримані дані, що стало можливим після розробки вченими нашої групи уніфікованої мікрофізичної теорії розсіювання світла, яка дозволяє виконувати ефективні чисельно-точні розрахунки за даними поляриметричних спостережень.
— Який іще можна навести приклад, крім хмар на Марсі?
— Таких прикладів безліч! Ось один із найцікавіших. Можливо, читачі пам’ятають відносно недавню астрономічну сенсацію, яка змусила змінити наше уявлення про будову Сонячної системи. Виявилося, що за орбітою планети Нептун є сотні тисяч малих тіл, які утворюють так званий пояс Койпера. А Плутон, який вважався дев’ятою планетою Сонячної системи, є всього лише одним із цих тіл. Відразу після відкриття перших транснептунових тіл у 1992 році розпочалося інтенсивне вивчення їхніх фізичних властивостей — важливо було зрозуміти, яке їхнє походження і як вони взаємопов’язані з іншими об’єктами Сонячної системи.
Оскільки ці тіла знаходяться далеко від Землі і мають відносно невеликі розміри, для їх вивчення потрібні були дуже великі оптичні телескопи діаметром 8—10 метрів, але їх в Україні немає. Проте деякі зарубіжні обсерваторії надають час для спостережень ученим інших країн, які довели високу наукову значимість їхніх проектів. Так, у масштабний проект європейських астрономів, присвячений комплексним спостереженням цих тіл на восьмиметрових телескопах Південної європейської обсерваторії (Чилі), складовою частиною ввійшла запропонована співробітницею Харківського національного університету Іриною Бєльською програма поляриметричних спостережень транснептунових тіл. Їй вдалося отримати дані про поляризаційні властивості поверхонь найвіддаленіших із відомих на сьогодні тіл Сонячної системи і тим самим показати перспективність використання поляриметричного методу у вивченні їхніх фізичних властивостей. Виявилося, що мікроструктура поверхні цих тіл дуже відрізняється від структури астероїдів внутрішньої частини Сонячної системи — їхні поляризаційні характеристики не мають аналогів. Нові дані змусять учених переглянути існуючої моделі походження та еволюції нашої планетної системи.
— Дмитре Федоровичу, ви багато років займаєтеся астероїдами, зокрема тими, які можуть небезпечно зближатися із Землею. Є в цій сфері новини?
— Чи знаєте ви, що нині астрономи можуть спостерігати астероїди діаметром усього кілька метрів? Так, 6 жовтня минулого року за однією з програм спостереження американські вчені виявили астероїд діаметром чотири метри й прорахували, що через 20 годин він зіштовхнеться із Землею. Точно в назначений час він справді ввійшов в атмосферу Землі, причому в точно вказаному фахівцями місці — у пустелі над Суданом. Астероїд вибухнув на висоті 32 км і розпався на фрагменти. Спеціально споряджена експедиція отримала багатий матеріал для дослідження, знайшовши серед пісків понад 200 осколків.
Звичайно, проблему астероїдної небезпеки з порядку денного ніхто не знімає. Дослідження тривають і нині. За роки роботи українська група вчених визначила поляриметричні характеристики близько 200 астероїдів і понад 40 комет, що становить приблизно 70% усіх світових даних і щодо астероїдів, і щодо комет у міжнародній базі даних NASA Planetary Data System. Саме нам було запропоновано створити окремі бази даних з поляриметрії астероїдів і комет (і ми їх створили), які ввійшли складовими частинами в бази даних Planetary Data System і тепер широко використовуються вченими різних країн.
Зокрема отримано поляриметричні відомості про сім астероїдів, що зближуються із Землею, причому три з них є потенційно небезпечними об’єктами, які становлять можливу загрозу зіткнення в наступні зближення з нашою планетою. Об’єктами, що небезпечно зближуються із Землею, вважаються такі, які, за розрахунками, підлетять на відстань менше п’яти сотих астрономічної одиниці (1 а.о. — це відстань від Сонця до Землі) або, що те саме, менше 20 відстаней до Місяця. За нашими розрахунками, ці три потенційно небезпечні космічні об’єкти мають діаметр від 150 до 400 метрів, а це означає, що у випадку зіткнення з нашою планетою вони викличуть регіональну катастрофу. Підкреслю, що нині в багатьох випадках поляризаційні спостереження — єдиний спосіб отримати дані про величину відбивної спроможності астероїдів і тіл пояса Койпера, отже, і про їхні розміри й тип речовини.
— А чи можна перевірити точність ваших вимірів і розрахунків? Чи порівнювалися результати наземних і космічних досліджень астероїдів?
— Так, порівнювалися. Ми проводили детальні поляриметричні спостереження й визначили фізичні параметри чотирьох астероїдів — Церери, Вести, Лютеції і Штейнса, у напрямку до яких успішно стартували американська та європейська космічні місії Dawn і Rosetta. Уже отримано результати вимірів з борта космічного апарата Rosetta для астероїда Штейнс. Вони підтвердили надійність поляриметричного методу визначення альбедо астероїдів. Наші дані дуже добре збігаються зі значеннями, отриманими з допомогою космічної місії. Це нині один із найточніших методів визначення відбивної спроможності астероїдів та інших небесних тіл. А до Вести та Церери космічний апарат Dawn іще летить — ми сподіваємося, що й у цьому випадку наші спостереження і визначення добре підтвердяться даними космічних вимірів.
Роботи українських учених заклали надійний фундамент подальшого розвитку та застосування поляриметричних методів дистанційного зондування в Україні та за її межами. Симптоматично, що їхні методики теоретичного аналізу розсіяного світла тепер широко використовуються в галузях науки, які далекі від космічної тематики. Наприклад, для оптичної діагностики частинок біологічного та штучного походження в таких дисциплінах, як медицина, біологія, хімія, екологія, нанофізика і нанотехнологія.
Але, мабуть, найяскравішим свідченням визнання наукового внеску українських учених є той факт, що іменами шести астрономів (із групи в десять осіб) названо космічні об’єкти. Це астероїди: 3210 Lupishko, 4208 Kiselev, 4618 Shakhovskoj, 8781 Yurka (на честь кримського астронома Юрія Єфимова), 8786 Belskaya і 18114 Rosenbush.