Владимир Полковников: «Скоро и чертей на Солнце разглядим!»
Нижегородские физики готовятся совершить очередной космический прорыв. Российский солнечный телескоп «Арка», который по проекту будет оснащен оптикой разработки ученых из Института физики микроструктур РАН, обещает получить самые детальные снимки Солнца за всю историю исследования. Об уникальном высокоточном приборе и проектах мирового уровня мы поговорили с заведующим лабораторией физики и технологии многослойных структур ИФМ РАН Владимиром Полковниковым.
– Владимир, хотелось бы узнать, в чем секрет таких высоких результатов в точности измерений?
– Стоит начать с того, что основные проблемы интерферометрии связаны с вопросом точности настройки измерительной системы. В большинстве приборов мировых производителей используется некая «эталонная» деталь, с которой и происходит сравнение измеряемой поверхности. Однако она также не является идеальной, поскольку за изготовлением этого эталона стоит человек. В нашем приборе эталоном, по сути, выступает сама природа – сферический волновой фронт. Усилиями нашего института удалось сделать источник этой волны на основе оптоволокна, и сегодня такой подход обеспечивает чрезвычайную точность измерений, в десятки раз превосходящую показатели всех традиционных приборов.
– Но многое зависит и от поверхности самого зеркала телескопа.
– Этот вопрос заслуживает отдельного обсуждения. В мире существует много технологий по изготовлению поверхностей зеркал. За десятилетия мир перешел от исключительно механической и химической полировки к дополнительным методам полировки ионными пучками. Мы принципиально не стали покупать готовые технологии и начали разрабатывать их самостоятельно. Над проектом работала целая группа ученых в отделе рентгеновской оптики, и через пять лет мы уже имели собственный продукт, с которым вышли на мировой рынок.
Другое дело, что созданную идеальную поверхность не умели измерять выше предельной на тот момент точности, и только теперь, когда этот вопрос решен, можно смело сказать, что технологии применены в полной мере. Поэтому в нашем институте интерферометрия и ионно-пучковая коррекция развивались параллельно. В совокупности этот комплекс дает результаты, которые на данный момент не уступают мировым. Сейчас ведутся переговоры о возможности передачи принципа изготовления высокоточной оптики в масштабы промышленного производства, в частности, с Красногорским оптическим заводом.
– Какова разрешающая способность интерферометра и насколько близко теперь можно будет рассмотреть объекты?
– Установка позволяет добиться субнанометровых точностей. Максимальный предел сегодня составляет три – пять ангстрем (0,3–0,5 нанометра. – Ред.), что делает возможным изучение самых труднодоступных мест на поверхности Солнца.
Когда мы начинали этим заниматься в 1987 году, о такой высокой разрешающей способности не было и речи. Тогда ученые еще только создали первые многослойные рентгеновские зеркала, которые стали применять в солнечных телескопах. Их максимальное разрешение составляло 10 угловых секунд, но по тем временам это было прорывом, поскольку впервые удалось разглядеть элементы Солнца размером около 10 тысяч километров.
Далее последовала целая серия более мощных зеркал для космических телескопов, которые выводились на орбиту в 1994, 2001 и 2009 годах. В последнем эксперименте благодаря нашей оптике уже можно было получить четкое изображение области Солнца размером около тысячи километров с угловым разрешением 1,7 угловых секунд. Ученые смогли не просто увидеть, как происходят вспышки на Солнце, но и рассмотреть их характер, структуру. Астрофизики шутят: с такими возможностями скоро узнаем, живут ли черти на Солнце.
Сейчас идет разработка очередного космического проекта «Арка», цель которого – различить объекты на Солнце с размерами менее 200 км! Это станет возможно, если увеличить разрешение в десять раз. Для этого потребуются зеркала диаметром до 250 мм и асферической поверхностью, соответствующей расчетной на уровне нанометра. Но с учетом наших достижений в области интерферометрии и развития технологии ионно-пучковой полировки это вполне достижимо.
– Результаты фантастические, возможно ли найти применение технологии в других отраслях, есть ли спрос на такую продукцию?
– К сожалению, в России на данный момент такая оптика в силу своей специфики не вполне востребована. Но при этом отсутствием заказов мы не страдаем. Например, сейчас работаем над изготовлением системы 27 зеркал для обсерватории, которую должны запустить на МКС в 2017–2018 годах. Для нашей команды это огромный заказ, ведь на изготовление одного зеркала уходит в среднем месяц – полтора.
Магистральным направлением для сверхточной оптики также является проекционная нанолитография (технология изготовления микросхем). Сейчас весь мир работает с помощью волны длиной 193 нанометра (ультрафиолет), но она уже исчерпала свои возможности развития, а чтобы рисовать более мелкие и, как следствие, быстродействующие детали, нужно переходить к другим длинам, а именно – к экстремальному ультрафиолету (13,5 нанометра). Очевидно, что новая технология потребует нового оборудования и, в частности, оптики. Конечно, массовое производство продуктов этого направления развивать бессмысленно, но поштучное производство все же актуально.
Еще одно направление, которым сейчас занимаемся, – рентгеновская микроскопия. И здесь мы надеемся привлечь к совместной работе биологический факультет Университета Лобачевского. Только представьте, оптика позволит студентам и аспирантам не просто увидеть бактерию, а, условно говоря, бактерию в бактерии. В мире существуют подобные приборы, однако в них не задействованы сложные зеркала, и они работают лишь с неживыми объектами. Мы же планируем изготовить микроскоп, который позволит наблюдать организмы в естественной среде обитания. Остается только вопрос организации и финансирования всех этих проектов.
Беседовали Елена Горохова
и слушатель курса научной журналистики
в лицее №40 Екатерина Изергина
