Рост экономики России и необходимость ее перехода от сырьевой к обрабатывающей, инновационной, отмечают практически все, хоть сколько интересующиеся жизнью государства. Бесспорно также, что экономика должна быть построена на знаниях, чему в немалой степени способствует реализация нашумевшего Национального проекта «Образование». МГУ им. М.В. Ломоносова, выиграв конкурс университетских инновационных образовательных программ, стал своего рода локомотивом поезда под названием «Наука и образование — наше все».

Инновационная образовательная программа «Формирование системы инновационного образования в МГУ им. М.В. Ломоносова» охватывает многие области знаний. Как говорится, от геологии до идеологии. Работа многих факультетов МГУ (не учитывая недавно открывшиеся корпоративные университеты) в рамках инновационного образовательного проекта заключается зачастую в создании магистерских программ и обеспечении современным оборудованием учебного и научного процессов. В данном контексте значительный интерес представляет деятельность кафедры физики атмосферы физического факультета, которая в довольно сжатые сроки претворяет в жизнь серьезные проекты, получая буквально моментальные результаты, но имея при этом весьма долгосрочную перспективу развития и совершенствования.

Организованная в составе отделения геофизики еще в 1946 году, кафедра физики атмосферы изучает самые разнообразные вопросы: динамику атмосферы и теорию климата, взаимодействие между океаном и атмосферой, тепло- и массообмен на поверхности раздела океан-атмосфера, регистрацию профиля температуры в тонких слоях воды и воздуха, динамику и тренды озонового слоя планеты и т. д. Не так давно, во многом благодаря заведущему кафедрой В.Е. Куницыну, начались работы по разработке методов дистанционного зондирования и спутниковой томографии атмосферы и ближнего космоса. В 1998 г. сотрудники МГУ, ПГИ, ИЗМИ РАН были отмечены Госпремией РФ в области науки и техники за разработку методов радиотомографии ионосферы.

Проще говоря, спутники Земли посылают определенные сигналы на приемники, заранее установленные на поверхности планеты. Данные сигналы позволяют получить информацию о структуре, динамике атмосферы, ионосферы, магнитосферы Земли. В силу того, что Земля является единым организмом, в котором все связано со всем, томография атмосферы и ближнего космоса предоставляет ценный материал для понимания всего комплекса взаимосвязей, действующих на планете. Что особенно актуально, учитывая всевозрастающий интерес к вопросам изменения климата и качественного улучшения прогнозов, как «обычной» погоды, так и катастрофических явлений.

Каковы особенности обучения и работы кафедры физики атмосферы? Что сделано в рамках инновационного проекта, каковы дальнейшие планы? Поговорим с заведующим кафедрой Вячеславом Евгеньевичем Куницыным:

— Вячеслав Евгеньевич, в чем особенности обучения на кафедре? — Специфика — в самом названии. Как говорил один из основателей кафедры академик Обухов, мы не занимаемся метеорологическими прогнозами, нас интересуют вопросы физики атмосферы. Направлений на кафедре достаточно много. Изучаются вопросы динамики атмосферы, теории климата, взаимодействия океан-атмосфера, дистанционного зондирования (в основном верхней атмосферы, то есть ионосферы и ближнего космоса). Мы подходим к исследованию со стороны физики, фундаментального естественнонаучного образования.

— Проводятся ли летние практики, выездные исследования в обучении студентов?
— После 3 курса проводится практика в Звенигороде, где расположена база Института физики атмосферы. Студенты знакомятся с оборудованием, с основными методами исследований атмосферы. После 4 курса — практика в Крыму, где студенты обучаются методам дистанционного зондирования, исследуют особенности взаимодействия океана и атмосферы. К сожалению, в Украине с каждым годом все труднее становится проводить практику.

— Сколько студентов обучается на кафедре? Работают ли они в дальнейшем по специальности?
— По плану на кафедру в последнее десятилетие принимается 7–10 человек, но фактически мы обучали по 15–18 человек на курсе. По специальности работает 40–50% выпускников (если учитывать аспирантов, то заметно больше половины, потому что в аспирантуру идет треть-четверть студентов). Многие, конечно, уходят в бизнес. Хотя я полагаю, что наше образование никому из выпускников не было лишним.

— На кафедре работает несколько практикумов. В рамках инновационного проекта вы планируете открывать новые?
— Фактически мы не открываем новые, а модернизируем существующие. Удалось, например, купить дорогостоящую технику: современные навигационные приемники для радиотомогафических систем, диагностическую аппаратуру для зондирования приземной атмосферы, модернизировать содар, что было трудно сделать до инновационного проекта.

— Какая область исследований наиболее интересна студентам?
— Сейчас на слуху проблемы климата. Эта тематика вызывает немалый интерес среди студентов. Актуальны исследования «малых газов», начиная с озона и различных примесей, как на территории городов, так и в целом по планете. Интересен проект трансконтинентальной диагностики атмосферы — «Русская тройка», где используется специализированный вагон поезда, курсирующего между Москвой и Владивостоком. Проект реализован в основном Институтом физики атмосферы в сотрудничестве с западными университетами. Наши студенты, аспиранты и сотрудники также участвовали в проекте. Дистанционное зондирование, радиотомография, вопросы прикладной геофизики также вызывают интерес.

— Вы являетесь основателем работ по разработке методов дистанционного зондирования и спутниковой томографии. Как начинались эти исследования?
— Основатель — это громко сказано, но томографию ионосферы мы (кафедра физики атмосферы — «МУ») сделали, вместе с сотрудниками Полярного геофизического института, действительно, первыми. Наша первая работа появилась в 91-ом году, и только спустя два года англичане и американцы получили лишь предварительные результаты. В дальнейшем мы достаточно тесно с ними сотрудничали, проверяли результаты. В частности, в 1993 году был проведен совместный российско-американский эксперимент, где сопоставлялись данные радиотомографии и радара Массачусетского технологического института. В результате совместного эксперимента было подтверждено высокое качество радиотомографических реконструкций ионосферы. С тех пор методы, которые мы используем, развиваются не только у нас. Методы радиотомографии опубликованы в большом количестве статей и трех монографиях (издательство «Наука» — 1991 и 2007 годы, издательство «Шпрингер» 2003 г.)

— Расскажите о томографии. Что такое томографические задачи?
— Предполагается, что существует возможность реализовать систему зондирования заданного объекта некоторым излучением по разным направлениям. Намечается также возможность измерений некоторых интегралов по лучам зондирующих волн, например, интегрального поглощения. Если имеются данные по разным направлениям зондирования объекта, то возникают задачи томографии. Скажем, в рентгеновской томографии измеряется поглощение рентгеновского излучения. В радиотомографии атмосферы измеряются относительные фазы радиоволн двух когерентных частот, которые пропорциональны интегралам от показателя преломления среды. По набору таких интегралов мы и пытаемся восстановить структуру среды, то есть распределение, показателя преломления, в котором заключены основные характеристики ионосферы: концентрация электронов и эффективная частота соударений. Для атмосферы по интегральным данным можно получать такие характеристики, как давление, температура, влажность и т. д.

Мы используем разные спутники: довольно быстрые низкоорбитальные (период порядка ста минут, высота полета около 1000 км) и медленные высокоорбитальные — GPS и ГЛОНАСС (период порядка 12-ти часов). Получаемые потоки и объемы данных, конечно, очень большие. Однако для практики требуется квазиреальный масштаб времени, то есть в ту же секунду предоставлять обработанную проанализированную информацию не нужно. Пока что, на самом деле, все это находится не на стадии технологии, а на этапе разработок. Если сейчас мы обрабатываем спутниковую информацию за часы, в дальнейшем планируем довести обработку до десятков минут. Быстрее и не нужно.

— Поступают ли заказы от каких-либо компаний? С какими странами вы сотрудничаете?
— Коммерческого использования нет. В перспективе это возможно, если таких систем будет достаточно много. В частности, Госкомгидромет планирует развертывание радиотомографических систем для мониторинга ионосферы. Работа, по большому счету, только начинается. Наш первый эксперимент был реализован на линейке приемников между Москвой и Мурманском. Сейчас, благодаря усилиям Полярного геофизического института, она протянута до Шпицбергена.

В целом, на настоящий момент в мире существует около десятка систем низкоорбитальной томографии (к примеру, на Аляске, в Гренландии). С американцами мы сотрудничаем с 93-го года. В настоящее время в содружестве с США и европейскими странами мы проводим мониторинг верхней атмосферы в рамках международного полярного года 2007–2008. В то же время интенсивно изучаются и экваториальные широты Китаем, Индией. Кстати, мы давно проводим совместные работы с Китаем и Тайванем.

Совместно с Индией сотрудниками МГУ с использованием средств инновационного проекта создается спутник, на котором планируется установка передатчика для радиотомографии. У индийцев есть своя цепочка радиотомографических приемников, расположенных меридионально вдоль Индостана, мы планируем ее продолжение по России и Казахстану. Работа с Индией станет развитием существующего инновационного проекта. Если мы приобретем в этом году всю необходимую аппаратуру, то будем готовы к проведению радиотомографических исследований ионосферы на огромном расстоянии через весь азиатский континент: от южной оконечности Индостана до Сибири. Установить приемники мы уже не успеем (инновационный проект заканчивается в 2007 году). Но если последует продолжение инновационного проекта, то результаты будут впечатляющие.

— Можно ли использовать ваши исследования в дальнейшем для прогнозов обычной тропосферной погоды?
— Что касается исследований верхней атмосферы, то этот вопрос открыт. Влияние верхней атмосферы на тропосферу есть, однако оно не столь сильно действует на погоду приземного слоя. Однако здесь следует указать на новое понятие, которое не так давно появилось. Это космическая погода. Ее изучение и прогноз напрямую связан с мониторингом плазмы верхней атмосферы. Кроме того, развитие радиотомографии атмосферы позволит уточнять термодинамические характеристики атмосферы (температуру, давление, влажность), что особенно важно для регионов, где редкая метеорологическая сеть.

— Изучаете ли вы воздействие и структуру кометных хвостов?
— Хвосты комет в настоящее время мы не изучаем. Хотя и участвовали в одной работе вместе с крупным ученым Т. Хэгфорсом (он работал в Институте имени Макса Планка в Германии). Тогда хотели посылать миниспутник на комету Розетта. Планировалось восстановить структуру хвоста кометы. По техническим причинам работа над проектом прекратилась.

— Каковы основные трудности, проблемы, препятствующие полноценной работе кафедры?
— Приборов, естественно, всегда не хватает, как и средств. Но я бы не назвал это главной трудностью. Как ни парадоксально, сейчас основная проблема заключается в пополнении молодыми кадрами, наблюдается существенное ухудшение качества подготовки. Становится трудно обучать и работать. В последние годы, к примеру, на факультете заметно ухудшилось качество подготовки абитуриентов, а следовательно, и студентов. Думаю, это не только наша беда, а проблема всей системы образования. Тем более, сейчас в университет входит поколение 90-ых… Поэтому произойдет еще резкое падение числа абитуриентов (из-за низкого уровня рождаемости в те годы), а как следствие — и уровня подготовки.

— Что уже сделано в рамках инновационного проекта? Есть ли результаты?
— Результаты, конечно, есть, хотя новая техника только поступила. В основном мы делаем то, что и ранее. Радикальных изменений нет, создается просто новая система. Во-первых, у нас уже есть цепочка приемников от Шпицбергена до Москвы. Дальше ее продлим, благодаря новой технике, до Сочи. Фактически получим трансконтинентальную линию, позволяющую исследовать ионосферу от довольно низких широт до полярных. Приемники в Сочи также позволят исследовать взаимосвязь между литосферой и ионосферой, поскольку рядом находится сейсоактивный регион. Есть ряд довольно интересных задач, решение которых позволит подойти к прогнозам таких катастрофических явлений, как землетрясения. Вокруг этих исследований, правда, было много информационного шума в прессе. Зафиксировано много фактов изменения атмосферы и ионосферы перед землетрясением. Но этого мало, чтобы говорить о предстоящих землетрясениях. Надо обязательно оценивать вероятность ложной тревоги. Ионосфера и атмосфера непрерывно меняются по очень многим причинам, не связанным с влиянием литосферы. Получение двумерных, трехмерных структур с помощью томографии дает возможность разделить явления, определить положение источника возмущений. Явлений, связанных с возможными предвестниками землетрясений, очень много: вариации дегазации, изменение геофизических параметров (температуры, проводимости и т. д.), изменение уровня грунтовых вод, появление волновых возмущений в атмосфере и ионосфере, изменение поведения животных и т. д. и т. п. Однако все эти явления часто происходят и вне всякой связи с землетрясением. Поэтому для реального научного прогноза надо научиться разделять природу и источники этих явлений. Здесь важную роль сыграют томографические методы исследования окружающей среды.