Такое вот нестандартное «сделай сам».
В августе 2017 года, работая в пресс-службе НИТУ «МИСиС», я узнал про методику, которую для себя назвал «рентген для гор». Познакомила меня с ней ведущий эксперт университета и профессор ФИАН Наталья Геннадьевна Полухина – руководитель одной из трёх научных групп в мире, которая занимается так называемой «мюонной радиографией». Метод, при помощи которого можно «просвечивать» объекты километрового размера, основан на регистрации мюонов – элементарных частиц, которые рождаются из-за столкновения космических лучей с атмосферой Земли. Этих частиц рождается так много, что каждую минуту 10 тысяч мюонов падает на каждый квадратный метр земной поверхности. Если на их пути встречается любое препятствие (здание, гора или просто почва), то проходя через него, поток мюонов ослабевает. Скорость уменьшения потока зависит как от толщины препятствия, так и от плотности составляющего его вещества. Максимальная длина пробега в воде, например, составляет около 8,5 км. В земле – почти 2,5 км.
Впрочем, внутренности небольших (в несколько метров) объектов тоже можно заглянуть. И разрешение будет даже лучше. Главное – чтобы на пути мюонов к датчику стоял только этот объект. Как говорит сама Наталя Геннадьевна: У новой технологии есть и другие сферы применения. «Можно оценить состояние жерла вулкана, реактора АЭС или ледника в горах. Можно отыскать новое естественное подземное хранилище для природного газа, поймать зарождающийся в горе отработанной при добыче угля породы пожар задолго до того, как она выгорела изнутри, предсказать извержение вулкана или предотвратить катастрофические последствия провалов грунта в местах выработанных рудников или на улицах городов, таких как в Березниках (Пермский край). И надо помнить, что от таких техногенных провалов страдают жители многих крупных населенных пунктов».
Как я уже говорил, групп таких в мире три. Одна в Италии, одна в Японии, одна в России. Японская группа, кстати, незадолго до того прославилась, найдя скрытую комнату в пирамиде Хеопса. О чём скромно написали в Nature. Чем занимаются итальянцы, не знаю, но профессор Полухина курирует установку мюонных датчиков в рамках нового эксперимента SHiP (Search for Hidden Particles — поиск скрытых частиц) в ЦЕРНе. Эксперимента, в котором участвует НИТУ «МИСиС» совместно с 40 ведущими вузами мира. Однако запомнился наш разговор именно тем, что с помощью этой методики можно искать пустоты и даже определять места залегания пород разной плотности. Потому что при разнице в 5% их уже становится видно. Так что ученые подыскивали себе место для модельного эксперимента.
Через пару месяцев благодаря Российскому союзу молодых ученых мне как главреду сайта по поиску финансирования (если интересно – см. профиль) для научных групп посчастливилось приехать в Дагестанский госуниверситет.
А затем вместе с его представителями – попасть на экскурсию в Дербент. И на вершине города, в крепости Нарын-кала, мы наткнулись на странный дырявый купол. На вопрос: «А что это?», мне рассказали загадочную историю.
Оказалось, в этом месте под землей расположено древнее водохранилище. 12-метровой глубины постройка датируется аж 300-м годом нашей эры. Лет двести-триста назад его перестали использовать по прямому назначению, но до этого оно исправно снабжало водой крепость.
И всё бы ничего, но водохранилище какое-то странное. У всех нормальных водохранилищ параллельное земле сечение квадратное (точнее, прямоугольное). В крайнем случае, круглое. А здесь – крестообразное. И крест этот расположен точно по сторонам света. Причем, в южную сторону коридор удлинен. А своды помещения такие, что в сочетании с куполом всё это изнутри выглядит как вполне себе христианский храм. И если это так, то это древнейший на территории современной России христианский храм. Открытие века, можно сказать. Обнаружившие такое чудо ученые говорят, что храм изначально строился как надземный (о чем говорят следы замурованных входов), а засыпали его землей арабы после захвата ими Дербента (примерно 700-й год нашей эры).
Не все археологи согласились с такой трактовкой. Приводить все аргументы сторон не буду, их очень много. Статьи, кандидатские, конференции, превращение лучших друзей во врагов к результату не привели. В отсутствие документальных источников спор оставался неразрешённым. А раскопать здание не получается. Во-первых, крепость Нарын-кала относится к объектам культурного наследия ЮНЕСКО, и волокиты там не оберёшься. Во-вторых, непонятно, как поведут себя при освобождении от земли стены здания, так долго подвергавшиеся воздействию воды.
Вот тут-то всё и срослось: крепость, гора, мюоны и НИТУ «МИСиС». И когда дагестанские археологи услышали рассказ про мюонную радиографию, то сразу поняли, что решение их проблемы найдено. Они тут же принялись готовить администрацию музея к тому, что на его территории пройдёт научный эксперимент.
Тем временем, вернувшись из Дагестана, я первым делом рванул к профессору Полухиной. Рассказал ей про объект. Профессор моментально согласилась посмотреть на него. После изучения топографических карт объединенная научная группа пришла к выводу, что рельеф позволяет просканировать здание и получить трехмерную картинку.
Пока идет поиск финансирования для полномасштабного эксперимента, для которого нужно установить ряд датчиков снаружи храма и обеспечить их сохранность в течение нескольких месяцев, НИТУ «МИСиС» обеспечил ученых фотоэмульсией для датчиков для проведения предварительного эксперимента. В феврале исследователи поставили датчики внутри помещения, а в апреле забрали их и увезли на проявку. Сейчас идёт оцифровка пластин и расшифровка данных. Возможно, уже на этой стадии удастся «увидеть», что же там, за стенами. Но полноценную 3D-картинку даст, конечно, только эксперимент с наружными датчиками. Так что следите за обновлениями – самое интересное ещё впереди.
А пока небольшая фотоподборка от участников экспедиции про то, как они проводили эксперимент.
Загружать датчики пришлось через боковое отверстие.
Вторая серия датчиков.
Пластинки детектора.
Датчик малый. Пришлось обернуть его пленкой, чтобы не проржавел — вокруг вода.
Датчик большой.
Извлечь датчики помогли сотрудники МЧС.
За фото спасибо Наталье Окатьевой (ФИАН), Сергею Гнускову (НИТУ «МИСиС»), РоСМУ, Ричарду Лозину, Александру Головко и СМИ города Березники.
Комментарии (45)
Barafu_Albino_Cheetah
11.05.2018 08:16+1Хоть одна картинка с визуализацией того, что получается?
ivashkos Автор
11.05.2018 08:38Вот, кстати, одна из первых работ японцев — они какую-то из своих гор сканировали:
yurisv3
11.05.2018 12:39+1Нижнее фото информативней.
Kawaki9
12.05.2018 00:56By the way, so I really agree with you. The information is interesting and the photos are very impressive, but this photo is more informative.
ivashkos Автор
12.05.2018 00:58Нижнее фото — это сведенная воедино и обсчитанная картинка. А то, что от 8.35 — просто сырые данные.
agat000
11.05.2018 08:24Интересный эксперимент. Геология хорошо, но и археология важна для человечества.
Кстати, археологи не делились с вами, какие у них инструкции на случай обнаружения чего то такого… неправильного, непонятного, потенциально опасного. Я не про тарелки, а вообще.pavelchavyr
11.05.2018 08:52+1При обнаружении неправильного или непонятного следует продолжать работу, то есть копать, фиксировать, документировать. Археология — это тоже наука, где результат исследований не всегда отвечает ожиданиям.
При обнаружении чего-то опасного действовать по обстоятельствам. У нас когда-то при раскопках наткнулись на гранату времен Второй мировой, вызвали МЧС, они ее забрали, после чего раскопки продолжились. Рассказывали историю, как при раскопках натыкались на массовое захоронение умерших от эпидемии — пришлось остановить работы и все назад засыпать.
hidoba
11.05.2018 10:01Эту фотоэмульсию реально купить или изготовить?
tormozedison
11.05.2018 19:20+2И какой компонент делает эмульсию мюоночувствительной?
a5b
12.05.2018 20:27+1Алюминиевая пластина вокруг фотопластины:
http://elementy.ru/novosti_nauki/433138/Myuonnaya_tomografiya_pokazala_nalichie_v_piramide_Kheopsa_novogo_pomeshcheniya "Пластинки защищены слоем алюминия, который предохраняет их от засветки."
https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_emulsion
https://ru.wikipedia.org/wiki/Ядерная_фотографическая_эмульсия
https://en.wikipedia.org/wiki/Muon_tomography
https://pos.sissa.it/301/294/pdf "Nuclear emulsion films can be seen to detect charged particle tracks that were lined up silver grain when these were grown up until visible with a optical microscope by chemical development"
(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1875389215015990 "Nuclear emulsion is high sensitive photographic film used for detection of three-dimensional trajectory of charged particles. These trajectories are recorded as tracks consist of a lot of silver grains. The size of silver grain is about 1 ?m, so that nuclear emulsion has submicron three-dimensional spatial resolution, which gives us a few mrad three-dimensional angular resolution. The important technical progress was speed-up of the read-out technique of nuclear emulsions built with optical microscope system.")
http://www.eri.u-tokyo.ac.jp/people/ht/MNR13/program_pdf/MNR13_morishima_final.pdf
http://becquerel.jinr.ru/presentations/WNTE/day2/10.morishima_muon_WNTE.pdf
Self_Perfection
11.05.2018 11:20Максимальная скорость пробега в воде, например, составляет около 8,5 км. В земле – почти 2,5 км.
Так всё-таки скорость, т.е. км в [пропущенная единица времени] или глубина проникновения?
igruh
11.05.2018 13:35Это, безусловно, длина пробега, которая зависит от энергии, т.е. скорости, которая, как правило, близка к световой в начале пути и даже может превышать оную в веществе.
lingvo
11.05.2018 11:54А эти мюонновые датчики регистрируют направление, откуда пришли мюоны?
И имхо разрешающая способность слишком маленькая, чтобы отделить полезную информацию от шума.ivashkos Автор
11.05.2018 13:54По совокупности засветок определяется направление, откуда оно летело.
Разрешающая способность повышается размером наночастиц эмульсии (оно там реально нано) и временем выдержки.
SchmeL
11.05.2018 11:56а что там с крымскими подземными пирамидами? Или это был желтушный миф начала нулевых?
ivashkos Автор
11.05.2018 13:55А что с ними?
SchmeL
11.05.2018 18:41ну так говорили, что нашли под землей большой комплекс, но с раскопками были проблемы и исследования свернули. А так как особо сейчас про них не слышно — то скорее всего это утка. А вот с этими исследованиями вполне можно посмотреть — есть там что-то или нет…
teecat
11.05.2018 14:01Как-то не видно доказательств того, что это церковь, кроме крестообразной планировки и якобы ориентации. При этом в иных публикациях указывают, что ориентации по сторонам света нет
Несмотря на полное отсутствие каких-либо доказательств того, что цистерна в цитадели Дербента являлась хоть когда-то христианским храмом, миф о «древней христианской церкви»(и само собой древнейшей в России) стал жить своей собственной жизнью, о церкви в Нарын-кале сейчас можно узнать буквально из любого источника — книг, фильмов, интернет сайтов, во многих местах уже даже перестают утруждать себя написанием того, что эта якобы церковь была вообще когда-то цистерной, пишут прямо — в цитадели Дербента находится древняя албанская церковь и без какой-либо дальнейшей конкретизации.
Единственным поводом назвать позднюю цистерну для воды (не раньше 16 века) христианской церковью была ее крестообразная планировка. За многие десятилетия изучения этого объекта Кудрявцев не смог привести никаких доказательств в пользу своей теории. Ведь если древнюю церковь переделали в цистерну в 16 веке, должны были остаться хоть какие-то следы ее христианского храмового прошлого, должен быть дверной портал, ведь в церковь как-то заходили люди, окна для освещения, алтарь, внутреннее оформление, хоть что-либо, нет также доказательств того, что культурный слой в крепости мог поглотить церковь по самую главу. Нет ничего кроме невероятного желания видеть этот объект христианским храмом.
Кстати, после мифа о церкви, появился и еще один миф, о том, что раньше это был зороастрийский храм, видимо поклонники данного направления в религии, смекнув, что доказательства все равно не востребованы общественностью, решили, что под общий гул о древнем храме, можно проталкивать уже любые теории, в общем, если надо, то можно уже и инопланетян вспомнить — кому какая разница)
кроме общей планировки здесь ничего нет, кстати, ориентации по сторонам света, присущей церквям здесь тоже нет. Можно еще добавить, что стрельчатые своды данного сооружения при всем желании не могут быть частью древней албанской архитектуры 5-6 вв, их стали массово применять только уже в позднее средневековье, а в те давние времена все арки были исключительно круглыми
отсюдаivashkos Автор
11.05.2018 14:26Ну так мы и проверим, что это. Теми методами, что нам доступны. За «любые источники» пусть отвечают их авторы.
Rikkitik
11.05.2018 14:44Если учесть, что в начале 4-го века стрельчатой арки не было ещё даже у арабов, которые изобрели её в 5-м, есть основания считать, что сооружение было основательно перестроено в гораздо более поздние времена.
Alek_roebuck
12.05.2018 01:10Откуда сведения, что арабы изобрели стрельчатую арку в V веке, и зачем они ее изобрели?
Вроде как никакой интересной архитектуры у них не существовало.
Например, в 1991 году в работе Кинга «Creswell's Appreciation of Arabian Architecture» автор спорит с видным авторитетом в этой области Кресуэллом, написавшем в 1969 году, что у арабов вообще не было архитектуры. Кинг возражает: нет, архитектура была. Она, конечно, не идёт в сравнение с архитектурой Сирии, Ирака и Египта, но всё же какие-то любопытные зачатки были, утверждает Кинг.
Если верить википедии и наугад найденным статьям про стрельчатую арку, когда бы ее ни изобрели (египтяне в VI веке или сасаниды значительно раньше), это были не арабы. И уж точно не арабы V века, которые то ли уже умели строить глинобитные дома-коробки, то ли еще и этого не умели.Rikkitik
13.05.2018 00:37У нас с вами просто разные понятия об арабской архитектуре. В моё входит в том числе и мусульманская традиция Египта, Сирии и прочих стран средиземноморского региона.
Зачем изобрели — это как раз понятно, стрельчатая более выгодна с точки зрения архитектоники.
odissey_nemo
11.05.2018 15:09Группа российская, датчик импортный. Увы, всё как всегда.
DmitrySpb79
11.05.2018 23:37Интересно, спасибо, но без технических подробностей не очень понятно.
Датчик — это фотопластинка, так? Этот поток мюонов, он плоскопараллельный? Т.е. пластинки надо под объект подложить? Или мюоны летят от Солнца? Но тогда направление потока смещаться постоянно будет?ivashkos Автор
12.05.2018 00:59Датчик — это набор жестко закрепленных друг относительно друга фотопластин. Что в итоге и позволяет при помощи атомно-силового микроскопа и ПО проследить треки и свести их в картинку. А направление — да, будет. Так и датчик не пять минут стоит.
DmitrySpb79
12.05.2018 01:22Т.е. мюоны из космоса со всех сторон летят? И направления, условно, равновероятны, а смотрят некие вариации в плотности треков на пленке?
Все равно непонятно, как например, провал в грунте детектировать или пещеру? Этот датчик получается, надо под провал положить, чтобы узнать есть ли пустоты над датчиком? Мюоны ведь не могут отражаться от объекта, условно, положив датчик на поверхность земли, мы не сможем узнать что под ней?ivashkos Автор
12.05.2018 07:54Зато можем, грубо говоря, тремя скважинами безопасно сделать то, что при других раскладах потребовало бы десятков (а иногда и сотен) скважин или опасных экспедиций. Например, как в случае с этим городком, можно понять, провалятся эти дома в ближайшее время или нет. Или оценить пустоты в земле, которые потом нефтяники используют как временные резервуары для хранения сырой нефти. Ну или как в данном случае — восстановим вид здания без уничтожения рельефа.
Alek_roebuck
12.05.2018 01:30Кажется, тут уместна будет ссылка на эту новость, там есть и довольно подробное научно-популярное объяснение, как оно работает: elementy.ru/novosti_nauki/433138/Myuonnaya_tomografiya_pokazala_nalichie_v_piramide_Kheopsa_novogo_pomeshcheniya
irriss
А где результаты?