Наука в новом году. Россия возвращается на Луну и Марс и изучает рождение Вселенной

В частности, в 2022 году к Луне и Марсу отправятся две российские научные миссии, зонд "Луна-25" и вторая половина российско-европейского проекта "ЭкзоМарс"

МОСКВА, 26 декабря. /ТАСС/. К Марсу и Луне отправится несколько миссий, появятся новые квантовые компьютеры, в распоряжении ученых окажутся самые детальные снимки дальнего космоса. Кроме того, возобновятся поиски гравитационных волн, темной материи и "новой физики". ТАСС рассказывает, что ждет науку в 2022 году.

Планетарный десант

2022 год станет особенно интересным с точки зрения освоения и изучения космоса. В частности, в 2022 году к Луне и Марсу отправятся две российские научные миссии, зонд "Луна-25" и вторая половина российско-европейского проекта "ЭкзоМарс".

В составе первой миссии будет действовать посадочный модуль. В космос его выведут в июле 2022 года. Впоследствии он опустится на поверхность Луны в окрестностях ее южного полюса, на территории кратера Богуславский. На борту "Луны-25" будет установлено девять научных приборов, которые позволят российским ученым впервые детально изучить свойства древнейших пород Луны.

Чуть позже, в сентябре 2022 года, в космос будет выведена вторая половина проекта "ЭкзоМарс", чей запуск должен был состояться еще в июле 2020 года, но был отложен из-за пандемии и отсутствия уверенности в полном успехе миссии. Оба ее компонента, российская посадочная платформа "Казачок" и европейский марсоход "Розалинд Франклин", предназначены для поисков следов марсианской жизни и оценки обитаемости Марса.

Компанию "ЭкзоМарсу" и "Луне-25" составят другие планетологические миссии, которые будут отправлены к иным мирам Солнечной системы в следующем году. В частности, в декабре 2022 года на Луну совершит посадку еще один зонд, американский луноход PRIME-1, который впервые попытается добыть и использовать ресурсы на поверхности другого мира. Помимо этого, к спутнице Земли отправятся индийский зонд "Чандраян-3" и японский аппарат SLIM, который совершит посадку на Луне при помощи системы распознавания изображений.

Освоение дальнего космоса

Два других самых ожидаемых события в мире космической науки будут связаны с американскими миссиями DART и James Webb, нацеленными на изучение и освоение дальнего космоса. Первая представляет собой небольшой космический аппарат, который был выведен в космос в конце ноября 2021 года.

В сентябре или октябре 2022 года, как ожидают специалисты NASA, зонд DART столкнется с двойным астероидом Дидим и попытается изменить курс его движения. За этим "космическим ДТП" и последствиями столкновения астероида и рукотворного объекта астрономы планируют следить при помощи итальянского микроспутника LICIACube, который отделится от DART за несколько дней до встречи с Дидимом.

В свою очередь James Webb представляет собой самый дорогой и ожидаемый проект NASA за последние несколько десятилетий. После многочисленных задержек и попыток Конгресса США "закрыть" проект, новая "великая обсерватория" NASA была выведена на католическое Рождество в космос в ту точку на околоземной орбите, где силы притяжения Солнца и Земли уравновешиваются.

В первые месяцы 2022 года, после завершения всех проверок и настройки его гигантского зеркала, он станет самым мощным инфракрасным телескопом, доступным человечеству. Как надеются специалисты NASA, James Webb сможет получить первые прямые фотографии экзопланет, а также примет участие в поисках загадочной "планеты икс" на окраинах Солнечной системы.

Первый российский квантовый компьютер

Не менее интересными будут научные успехи 2022 года, связанные с самыми небольшими объектами Вселенной. В частности, в следующем году физики из МГУ планируют завершить разработку первого российского квантового компьютера, в котором будет задействовано свыше тридцати кубитов, квантовых битов и простейших вычислительных блоков.

Прибор представляет собой набор из нескольких оптических ловушек, способных удерживать в себе десятки и сотни одиночных нейтральных атомов. В свою очередь эти частицы охлаждены до сверхнизких температур и переведены в такое состояние, в котором один из их электронов очень сильно удален от ядра атома. Это упрощает манипуляции подобными квантовыми объектами и позволяет использовать их для проведения квантовых вычислений.

Основа для этого квантового компьютера уже была создана и испытана в 2021 году, однако, как отметил в беседе с ТАСС руководитель проектного офиса Росатома по квантовым технологиям Руслан Юнусов, физики из МГУ еще не завершили создание управляющих систем, позволяющих манипулировать отдельными квантовыми битами. По его словам, их разработка завершится в ближайшие несколько месяцев.

В дополнение к этому, в начале 2022 года будет открыт "облачный" доступ к первому российскому ионному квантовому компьютеру на базе четырех кубитов. По словам Юнусова, эта вычислительная машина станет доступной для всех ученых, представителей бизнеса и IT-специалистов, желающих проверить работу своих алгоритмов на данной научной установке.

Поиски "новой физики"

Одним из самых ожидаемых событий в мире физики станет перезапуск и открытие в 2022 году сразу нескольких крупнейших научных установок, связанных с изучением фундаментальных сил природы. В частности, в феврале возобновит работу Большой адронный коллайдер (БАК), который был остановлен в конце 2018 года для второй по счету крупной модернизации его систем.

В ходе этих процедур российские и зарубежные участники БАК установили в кольцо коллайдера массу новых детекторов частиц и других приборов. Как надеются физики, это позволит существенным образом нарастить частоту и энергию столкновения частиц, что ускорит накопление данных по редким событиям. Это критически важно для продолжения поисков следов "новой физики" на детекторе LHCb, о возможном открытии которых российские и зарубежные физики сообщили в марте прошлого года.

К изучению этих тайн мироздания в следующем году присоединится российский коллайдер NICA, строительство которого сейчас завершается в Дубне на территории Объединенного института ядерных исследований. Он представляет собой ускоритель тяжелых ионов, столкновения которых позволят ученым изучить то, как была устроена первичная материя Вселенной в первые мгновения после Большого Взрыва.

Как ожидают ученые, первые пробные столкновения частиц пройдут в кольце NICA уже в марте. Если эти эксперименты завершатся успешно, то участники научной коллаборации NICA ожидают, что они приступят к полноценному сбору научных данных на российском ускорителе в начале 2023 года.

Гравитационная обсерватория LIGO

В 2022 году возобновит свою работу гравитационная обсерватория LIGO, еще один важнейший научный проект, нацеленный на изучение истории формирования и эволюции Вселенной. Работа LIGO была остановлена в марте 2020 года после того, как по США начал распространяться коронавирус, после чего участники проекта приступили к реализации очередного цикла обновления компонентов обсерватории.

Изначально ученые планировали возобновить работу LIGO в конце 2021 года, однако в июле этого года перезапуск обсерватории был отложен еще на год из-за задержек в обновлении, связанных с новыми волнами пандемии. Совершенствование источников излучения, детекторов, зеркал и других компонентов LIGO, как ожидают ученые, в несколько раз увеличит расстояние, на котором физики смогут обнаруживать гравитационные волны, порожденные слияниями пар нейтронных звезд.

В дополнение к этому, в 2022 году физики могут значительно продвинуться в поисках темной материи. До недавнего времени усилия ученых были направлены на поиски другого типа частиц темной материи, так называемых "вимпов", однако неудачи в их обнаружении все чаще заставляют физиков рассматривать альтернативные формы этой загадочной субстанции.

К примеру, в последние годы ученые начали активно искать следы существования так называемых аксионов, легкой формы темной материи, похожей по массе и некоторым другим свойствам на частицы-нейтрино. Первые намеки на их существование были открыты два года назад на установке XENON-1T, сооруженной в итальянской подземной лаборатории Гран-Сассо, а в феврале этого года результаты этих наблюдений подтвердил китайский эксперимент PandaX-II.

Недавно европейские ученые запустили усовершенствованную версию их прибора, XENON-nT, которая обладает значительно более высокой чувствительностью за счет удвоения массы сверхчистого жидкого ксенона, рабочего вещества ее детектора. Данные, собранные этим детектором в следующем году, а также американской установкой LUX-ZEPLIN и китайским детектором PandaX-4t, могут подтвердить или же опровергнуть полученные ранее свидетельства существования аксионов.

В дополнение к этому, в следующем году в Гран-Сассо начнется постройка установки DarkSide-20k, в разработке которой принимают участие российские физики. Она представляет собой 50-тонный чан со сверхчистым жидким аргоном, покрытый множеством датчиков-фотоумножителей. Наблюдение за вспышками внутри этой конструкции, как надеются ученые, позволит им уловить следы аксионов, возникающих в недрах Солнца, а также тяжелых частиц темной материи, если те существуют.