Дорога под землю
Подземное помещение в дербентской крепости «просветили» методом мюонной радиографии российские ученые. Тесты физиков могут помочь разрешить спор археологов о том, что здесь находилось: цистерна для воды или древнейший на территории Российской Федерации христианский храм. О тонкостях исследования и перспективах использования метода в отечественной промышленности рассказала порталу iz.promo.vg ведущий эксперт НИТУ «МИСиС» профессор Наталья Полухина.
12-метровое помещение почти полностью скрыто под землей, над поверхностью виден только кусок полуразрушенного купола. Эта постройка в северо-западной части крепости Нарын-кала в Дербенте датируется примерно 300 годом н.э. До последнего времени считалось, что там просто подземное водохранилище. Однако недавние исследования археологов позволяют утверждать, что речь может идти о древнейшем в стране и об одном из древнейших в мире христианских храмов, который был засыпан арабами после захвата Дербента примерно в 700 году нашей эры.
Прийти к единому мнению археологам не позволяет то, что раскопки храма могут уничтожить объект культурного наследия ЮНЕСКО. Поэтому для исследования помещения ученые Национального исследовательского технологического университета (НИТУ «МИСиС») вместе с сотрудниками Физического института им. П.Н. Лебедева РАН и Дагестанского государственного университета использовали метод мюонной радиографии.
Исследование методом мюонной радиографии
Это современный способ сканирования внутренней структуры веществ, идея которого появилась почти век назад. Он позволяет «просвечивать» до 8,6 км воды и до 2 км скального грунта. Так, например, в 2016 году была открыта тайная комната в пирамиде Хеопса.
«Рентген» с помощью космического излучения
Мюоны — это неустойчивые элементарные частицы, которые рождаются в плотных слоях атмосферы из-за распада летящих из космоса протонов. Мюоны быстро погибают, успевая, однако, пройти всю атмосферу Земли и даже проникнуть под воду и в толщу Земли, объяснила Наталья Полухина, руководившая исследованием в Дербенте.
Наталья Полухина, ведущий эксперт НИТУ «МИСиС»
Максимальная глубина, на которой регистрировались мюоны, — 8,6 тыс. м водного эквивалента или 2 км скального грунта. Про мюоны известно очень много, известны их спектр, направление. И их очень много — 10 тыс. штук на 1 кв. м на Землю каждую минуту падает — это естественный фон. Поэтому если вы ставите детектор ниже уровня наблюдаемого объекта, то можете увидеть изменение распределения плотности мюонов в этом объекте и соответственно восстановить картину его внутренней структуры.
По ее словам, благодаря такой глубине проникновения мюонов они и позволяют просвечивать километровые подземные объекты. «Никаким другим методом так глубоко смотреть нельзя. Мюонная радиография аналогична рентгеноскопии, но рентгеновские лучи короткопробежные, они поглотятся и не смогут пройти так далеко», — добавила профессор.
Детектор, который ставится ниже просвечиваемого объекта, — это ядерные фотоэмульсии, крайне чувствительные фотопластинки, которые могут регистрировать каждую проходящую через них частицу. Решение использовать их для регистрации мюонов, а также появление высокотехнологичных микроскопов, которые могут автономно анализировать данные с пластин, привели к возрождению высказанной еще в начале ХХ века идеи «просвечивания» предметов.
Исследование методом мюонной радиографии
«Первым идею использовать космическое излучение для просвечивания объектов предложил в 1926 году Петр Петрович Лазарев, академик и главный редактор журнала «Успехи физических наук». Реализованы идеи Лазарева впервые в 1955 году в Австралии, когда измеряли глубину тоннеля в руднике. Наиболее известный эксперимент провел нобелевский лауреат Луис Альварес, который просвечивал египетские пирамиды в 1960 году. Но эти работы делались с электронными детекторами. Ядерные фотоэмульсии не требуют энергопотребления и присутствия человека», — отметила Полухина.
Здание-крест на горе
С помощью ядерной фотоэмульсии и современных микроскопов прямо сейчас исследуют вулканы в Японии и Италии, ищут золото в Канаде и сканируют поверхность ледника в Швейцарии. А в феврале 2018 года пластинки на два месяца опустили под, вероятно, древнейший христианский храм в Дербенте. Еще через 2–3 месяца физики смогут представить свои выводы археологам. Но у руководившей исследованиями Натальи Полухиной мнение о том, что именно находилось в крепости Нарын-кала, уже сложилось.
Наталья Полухина, ведущий эксперт НИТУ «МИСиС»
Мне кажется очень странным это здание понимать как цистерну. В этой же крепости Нарын-кала есть такое же подземное сооружение 10-метровой глубины, и оно действительно является цистерной. Это просто прямоугольный ящик. Здание, в котором мы ставили свои детекторы, имеет форму креста, ориентированного строго по сторонам света, одна из сторон на 2 м больше остальных. Виден замурованный вход — зачем в цистерне делать на глубине под землей вход? Как говорят археологи, начинавшие раскопки, это здание во время постройки было целиком на поверхности и оно стоит на наиболее высокой точке Нарын-кала. Ставить цистерну на поверхности, да еще на самой высокой горе? Это странно.
«Но мы не специалисты в истории, и мы ни в коей мере не можем влезать в этот спор — что это такое, храм или цистерна. Наша задача посмотреть и по возможности понять подземную структуру, поскольку при раскопках есть опасения, что стены просто рассыпятся. 200 лет в этом здании держали воду, и стены пропитаны водой. Наш метод поможет понять, как оно построено. Может быть, там есть какие-то приделы или дополнительные постройки», — поделилась мнением с iz.promo.vg ведущий эксперт НИТУ «МИСиС».
Если окажется, что в крепости все-таки находилась церковь, сооружение в Нарын-кала встанет в один ряд с древнейшими храмами мира. Старше него только израильская церковь Мегиддо (найденные в 2005 году останки здания датируют III веком н.э. — в это время христиане подвергались преследованиям и агрессии со стороны Римской империи) и церковь Дура-Европас в одноименном сирийском городе (ее, датированную также III веком, нашли в 1920-х годах). И по сравнению с ними дербентское помещение неплохо сохранилось.
Исследование методом мюонной радиографии
Правда, особого оптимизма относительно результатов этого конкретного исследования у профессора Полухиной нет. Она считает, что изучение нужно продолжить. «Скорее всего, это будут только первые прикидки. Для того чтобы увидеть картину в целом, нам надо поменять точку зрения. Сейчас мы стояли внутри здания, смотрели на стены. А нам хорошо бы — там есть отвесный западный склон — вот на этот склон поставить детекторы. Тогда получится, как на фотографии, увидеть полностью профиль здания. Для этого нужно переделать конструкцию детектора, сделать его большего размера. Но если подтвердится, что это храм и есть там какие-то строения, я думаю, что проведение экспозиции того стоит», — сказала эксперт.
Не только археология
Изучение результатов, полученных во время дербентской «экспозиции», продлится несколько месяцев в том числе из-за командировок специалистов НИТУ «МИСиС». Сама Наталья Полухина сейчас курирует установку мюонных датчиков в рамках нового эксперимента SHiP на Большом адронном коллайдере, в котором университет участвует совместно с 40 ведущими вузами мира. Кроме того, она вместе с коллегами помогает итальянским ученым с программным обеспечением. Но ищет возможности применять технологию и внутри страны.
Исследование методом мюонной радиографии
«Здесь мы обсуждаем несколько вариантов использования наших детекторов. В частности, мы предлагаем использовать нашу методику для мониторинга рудников и шахт. Когда в шахтах образуются пустоты, заливаются водой, это всё приводит часто к гибели людей. Если бы наши детекторы в постоянном режиме отслеживали образование пустот, можно было бы говорить о предотвращении подобных трагедий. Можно искать углеводороды этим методом, полезные ископаемые.
С вулканами в нашей стране напряженка, но к вулканам на Камчатке мы присматривались — они слишком толстые. То место, куда нас могут пустить поставить детекторы, там толщина подошвы 10 км. Это много, 2 км — наш предел», — заключила профессор.
