Виктор Сергеевич Сафронов

Виктор Сергеевич Сафронов (1917-1999).

К столетию со дня рождения

 

В.С. Сафронов внёс весьма значительный вклад в изучение происхождения Солнечной системы: к началу 21 века в мире сложилось понятие “стандартная модель образования Земли и планет”; в основе этой модели – труды В.С. Сафронова и его сотрудников.

Виктор Сафронов родился 11 октября 1917 г. в г. Великие Луки Псковской области, где в то время проходил воинскую службу его отец. Позже семья получила небольшой надел земли в Каширском районе Московской области, на родине отца, С.Х. Сафронова. После переезда отец работал счетоводом в сельскохозяйственной артели (позднее - в колхозе) и славился тем, что у него всегда сходился баланс. Мать В.С. Сафронова работала в сельсовете. Она рано приобщила сына к труду. Уже с 3-х лет Виктор помогал родителям по хозяйству. В 5 лет он умел читать, и ещё в начальной школе мог собрать простейший радиоприёмник.

Окончив среднюю школу в г. Кашире, В.С. Сафронов успешно выдержал вступительные экзамены на механико-математический факультет Московского университета. Закончив МГУ с отличием в июне 1941 г., В.С. Сафронов готовился к поступлению в аспирантуру по специальности “Звёздная астрономия” по рекомендации проф. П.П. Паренаго. Начало Великой Отечественной войны изменило эти планы.

В ходе обучения на мехмате В.С. Сафронов прошёл годичный военный курс, на котором молодых людей обучали специальности “штурман самолёта”. В июне 1941 г., не дожидаясь повестки, В.С. Сафронов и его сокурсник явились в военкомат и попросили призвать их на военную службу по полученной лётной специальности, что и было сделано. В.С. Сафронов после подготовки в тылу был назначен штурманом разведывательного морского самолёта МБР-2 в Беломорскую военную флотилию для сопровождения транспортных и военных кораблей Западных союзников, приходивших в Мурманск. Этим конвоям серьёзно угрожали немецкие подводные лодки, которые нужно было выслеживать и бомбить. Кроме того, самолёты должны были следить за ледовой обстановкой в Баренцевом море. Место штурмана было в открытой передней кабине. В.С. Сафронов прослужил в условиях Севера с начала лета 1942 г. по конец лета 1944 г., после чего был демобилизован как инвалид войны II группы. Дело в том, что ещё весной 1942 г. вся лётная часть, в которой он служил, находилась в тогдашнем тылу – в Азербайджане, на озере Аджикабул, где отрабатывались посадки гидросамолёта на воду. В то время в долине реки Куры свирепствовала малярия, и у многих из их части она проявилась чуть позже, уже в условиях Севера. Профилактика с помощью препаратов хинина и акрихина позволила В.С. Сафронову “продержаться” на службе более 2-х лет, но затем начался распад крови. День Победы в мае 1945 г. он встретил в московской клинике, где им стал заниматься один из виднейших терапевтов страны – проф. Е.М. Тареев (его имя сейчас носит Клиника нефрологии, внутренних и профессиональных болезней в Москве). Е.М. Тареев детально изучал состояние В.С. Сафронова, подбирал способы лечения. В одной из бесед он даже предложил В.С. Сафронову стать его аспирантом, т.е. из астронома превратиться в медика. К концу 1945 г. болезнь всё-таки дала ремиссию, и В.С. Сафронов смог поступить в аспирантуру Астрономического совета АН СССР по специальности “Звёздная астрономия” (руководители акад. В.А. Амбарцумян и проф. Б.В. Кукаркин).

В декабре 1948 г. В.С. Сафронов успешно защитил кандидатскую диссертацию по кинематике долгопериодических переменных звёзд, а с февраля 1949 г. по приглашению акад. О.Ю. Шмидта был зачислен в Отдел эволюции Земли Геофизического Института АН СССР (после реорганизации в 1956 г. – Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта). В этом небольшом (менее 10 чел.) подразделении В.С. Сафронов проработал 50 лет, и с 1973 г. до своей кончины в 1999 г. был его научным руководителем.

Новая гипотеза происхождения Земли и планет, предложенная О.Ю. Шмидтом, вызывала жаркие дискуссии. В конце 40-х – начале 50-х годов многие учёные считали, что Солнечная система – это “несостоявшаяся” двойная звезда, и что планеты – это остатки гигантских первичных протопланет, растерявших газы водород и гелий путём диссипации; поэтому вначале надо определить, как именно образуются звёзды, а затем уже исследовать образование планет. Такая точка зрения тормозила развитие наук о Земле, так как противоречила многим фактам геофизики и данным о планетах и метеоритах. О.Ю. Шмидт выдвинул идею о формировании Земли из твёрдых относительно холодных тел и частиц. В то время была известна только одна, наша собственная планетная система, которая изучалась с помощью лишь наземных астрономических инструментов. Была поставлена задача: изучить процесс эволюции околосолнечного газопылевого диска (каким бы ни было его происхождение!) и исследовать образование и догеологическую историю Земли. Эта большая задача досталась В.С. Сафронову. Его коллеги изучали внутреннее строение планет, их тепловую историю, образование малых тел Солнечной системы. Тематика исследований привлекала многих учёных смежных специальностей, чему способствовали частые научные конференции в стране и за рубежом. Начало космических исследований в конце 50-х годов сделало планетную космогонию актуальной.

В 1967 г. В.С. Сафронов защитил докторскую диссертацию о происхождении и начальном состоянии Земли, а в 1969 г. в издательстве “Наука” вышла в свет его монография “Эволюция допланетного облака и образование Земли и планет”. Её перевод на английский язык - «Evolution of the protoplanetary cloud and formation of the Earth and the planets» был издан в США (NASA ITF 667, 1972). По признанию многих учёных, эта книга оказала глубокое влияние на исследователей в области планетной космогонии во всем мире. В.С. Сафронов рассмотрел динамику околосолнечного газопылевого диска. Им был выведен критерий гравитационной неустойчивости для пылевого слоя, который образуется благодаря концентрации пыли в центральной плоскости диска, при неоднородном вращении диска вокруг Солнца, показана возможность образования пылевых сгущений и их превращения в небольшие твёрдые допланетные тела. Определены времена формирования наиболее крупных из них – зародышей планет – и впервые показано, что на начальной стадии происходит так называемый "обгоняющий" (по отношению к другим телам) рост этих зародышей. Впервые исследовано возмущающее гравитационное воздействие крупнейших тел на динамику остальных. Параметр, характеризующий дисперсию хаотических скоростей тел, получил название "числа Сафронова". Был изучен спектр масс допланетных тел с помощью классического уравнения коагуляции, в котором были учтены зависимость коагуляции от гравитации тел и роль их дробления при столкновениях. Впервые был обоснован двухстадийный рост гигантских газовых планет Юпитера и Сатурна: вначале образование их ядер из нелетучих соединений, находившихся в твердой фазе, а затем – аккреция газа на эти ядра.

В.С. Сафронов рассчитал начальное распределение температуры в недрах Земли. Для этого он впервые использовал данные о механике образования ударных кратеров и – в качестве аналога коэффициента теплопроводности – коэффициент ударного перемешивания при падении кратерообразующих тел на поверхность растущей планеты. Эта работа продолжалась в трудах других учёных, и в настоящее время сложилась точка зрения, подтверждаемая изотопными данными, что разогревание Земли в процессе ее роста было значительным, и могло обеспечить выплавление её железного ядра.

В.С. Сафронов оценил не только темп роста планет, но и выброс части допланетных тел в облако комет под действием возмущений всех 4-х планет-гигантов. Им были оценены массы крупнейших тел, падавших на планеты, без которых не могли появиться наклоны осей вращения планет к нормали их орбитальной плоскости. Вместе с коллегами В.С. Сафронов изучил образование протоспутниковых дисков вокруг планет.

Особо отметим, что эта книга, написанная полвека назад, продолжает вызывать интерес исследователей и студентов, о чем, в частности, свидетельствуют более 2200 просмотров за последние 7 лет только на одном сайте https://archive.org/details/nasa_techdoc_19720019068, где она находится в открытом доступе с июля 2010 г. Ссылка на книгу В.С. Сафронова есть в большинстве статей, посвященных образованию планетезималей (малых допланетных тел) и планет и опубликованных в ведущих научных журналах мира, в том числе и в 2016-2017 годах. Популярность книги связана с тем, что представленная в ней теоретическая модель образования планет, начиная с 70-х годов прошлого века, стала основой для большинства исследований в этой области. Книга Сафронова преобразовала область науки о происхождения Солнечной системы из набора широко расходящихся гипотез, каждую из которых поддерживало небольшое количество ученых, в такую область, где многие очень разные исследователи при рассмотрении разных проблем планетной космогонии соотносили их с различными аспектами одной и той же базовой парадигмы - той, которая представлена в этой книге.

Разделы книги, как и вся совокупность работ В.С. Сафронова, охватывают все этапы образования планет и учитывает многие физические и, прежде всего, динамические аспекты цепочки процессов образования планет. Основные звенья этой цепи: эволюция газопылевого протопланетного диска (допланетного облака) вокруг молодого Солнца, образование в нем пылевого слоя в результате оседания пыли к экваториальной плоскости, образование планетезималей в этом слое, дальнейшая аккумуляции планетезималей, ведущая к образованию планет земной группы и гигантов, формирование  вращения планет и наклонов осей, выброс тел из Солнечной системы, образование пояса астероидов, нагрев растущей планеты (Земли) ударами крупных тел. Теоретические разработки, отраженные в книге, были применены к рассмотрению задачи об образовании естественных спутников планет в последующих работах В.С. Сафронова с его коллегами по группе.

Важно отметить, что все результаты, отраженные в книге В.С. Сафронова, были получены до начала или в самом начале эры космических исследований и задолго до первых наблюдений газопылевых дисков вокруг молодых звезд солнечной массы. Такие диски были открыты к концу 80-х годов и оказались сходными по массам, размерам и температурам с допланетным диском вокруг Солнца, который был изучен В.С. Сафроновым и описан в его книге на основе данных лишь для одной известной тогда планетной системы – нашей собственной. Кроме того, последующие исследования с помощью изотопных данных подтвердили масштаб времени образования Земли, данный В.С. Сафроновым: 100 миллионов лет. Его монография, как и вся модель образования планет Шмидта–Сафронова до сих пор является рабочим инструментом в интерпретации космических наблюдений. Ряд работ Виктора Сергеевича, написанных после издания книги, также вызвали значительный интерес и получили высокую оценку международного сообщества.

 В.С. Сафронов участвовал в международных программах, посвящённых происхождению планет. В семи из фундаментальных коллективных монографий, изданных Аризонским университетом США, опубликованы главы об астероидах, спутниках планет и др, написанные В.С. Сафроновым и его соавторами. К концу 80-х годов были открыты газопылевые диски у молодых звёзд солнечной массы. Они оказались сходными по массам (несколько процентов от массы звезды), размерам (десятки астрономических единиц) и температурам с допланетным диском вокруг Солнца, который был изучен В.С. Сафроновым на основе данных лишь для одной известной тогда планетной системы – нашей собственной. В.С. Сафронов был награждён премией О.Ю. Шмидта в 1974 г., почётной медалью им. Леонарда Международного Метеоритного общества в 1989 г., премией им. Дж.П. Койпера Американского астрономического общества в 1990 г. В его честь назван астероид №3615 и кратер Сафронов на Плутоне. Ему посвящён сборник "Протозвёзды и планеты V", изданный в Аризоне в 2000 г. В том же году ему была посвящена специальная сессия 25-й Генеральной ассамблеи Европейского геофизического союза в г. Ницце (Франция).

В.С. Сафронов в течение многих лет был членом редколлегии журнала Астрономический Вестник (англоязычная версия «Solar System Research» распространяется издательством Springer), а также известных зарубежных журналов «Planetary and Space Science» и «Icarus».

Он автор и соавтор более 150 научных работ. Двухтомник его избранных трудов опубликован в 2002 г. издательским отделом Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН.

 

Текст подготовлен Е.Л. Рускол (женой В.С. Сафронова) и А.Б. Макалкиным, долгое время проработавшими в научной группе Сафронова.

 Андрей Борисович и сегодня работает над развитием теории протопланетных дисков, а Евгении Леонидовны не стало в августе 2017 года

 

Safronov V.S. «Evolution of the protoplanetary cloud and formation of the Earth and the planets»/ NASA, USA. 1972:  https://archive.org/details/nasa_techdoc_19720019068