В науку молодые люди приходят разными путями. Одни сначала выбирают направление, факультет, а уже потом определяются с научным руководителем. Другие, напротив, сначала подыскивают научного «кита» – большого ученого, затем строят траекторию образования, чтобы попасть в его команду. Борис Воронин, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук, доцент ТУСУРа, пошел своим путем.

Его научная траектория берет начало в математическом классе школы № 44 города Новокузнецка, продолжается в физматшколе при Новосибирском государственном университете, затем – на кафедре физической механики механико-математического факультета Томского государственного университета. В лихие девяностые молодежь в науку не стремилась, но тяга к познанию неизведанного привела успешного выпускника университета в аспирантуру.

– Мне больше всего приглянулся ИОА СО РАН, – вспоминает Борис Воронин. – Там сразу, еще до получения диплома, стали платить зарплату, хоть и небольшую, а это было важно для студента.

Научным руководителем подающего надежды аспиранта стал доктор физико-математических наук, профессор Александр Дмитриевич Быков, ученый широких энциклопедических знаний, прекрасный педагог, умеющий и любящий работать с молодежью. Эти традиции поддерживала старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук Ольга Васильевна Науменко, щедро делясь своими знаниями и опытом с молодым ученым. Работа с ними увлекла и захватила.

– По опыту могу сказать, – делится Борис Александрович, – что найти научного руководителя – опытного, знающего, развивающегося и желающего передать знания молодежи – большая удача. А попасть в успешную научную группу – это просто праздник какой-то.

Разложить по полочкам

В ИОА СО РАН аспирант занялся исследованиями спектров водяного пара в лаборатории молекулярной спектроскопии, где работает и сейчас. Молодому ученому повезло – тематика лаборатории находится на пике не только научного, но и общественного интереса, а результаты проводимых исследований имеют важное фундаментальное значение и находят практическое приложение. В институте решается задача расчета молекулярных спектров, которые являются своего рода ключом к пониманию процессов, протекающих в атмосферах Земли и других планет Солнечной системы, а также экзопланет.

Область интересов Бориса Воронина – молекулярная спектроскопия вещества в газовой фазе. Научная деятельность Бориса Александровича и его коллег из ИОА СО РАН связана с изучением спектров газов, являющихся слагаемыми сложнейших атмосфер Земли, Марса, Венеры, спутника Сатурна – Титана.

– У каждого газа есть свой уникальный спектр, – поясняет Борис Воронин. – В атмосфере все газы перемешаны, и, прежде чем приступать к исследованию сложных спектров атмосфер планет, мы должны иметь точные представления о характеристиках отдельных газов. Сначала с использованием источника оптического излучения (лампа, лазер, светодиод, солнце и другие) мы изучаем образцы газов в лабораторных условиях.

Каждый образец состоит из огромного числа молекул, и каждая из них находится в своем уникальном энергетическом состоянии. Молекула может вращаться, колебаться, принимать или излучать фотоны, ее электроны могут переходить на другие уровни (орбиты). И вот все идет хорошо, и молекула поглотила фотон, стала быстрее колебаться и (или) вращаться, а в излучении, проходящем через образец газа, на один фотон стало меньше. Так как в образце находится огромное число молекул, то происходит изменение спектра: на определенных частотах поглотятся все фотоны или только часть или все фотоны пролетят без взаимодействия с веществом.

Задача спектроскописта – понять эту сложную структуру, определить, что за вещество присутствует в изучаемом образце, какие колебательно-вращательные уровни задействованы в процессе взаимодействия света с газом.

Сюрпризы «тяжелой» воды

Спектроскопия является одной из наиболее точных наук, недаром говорят о «спектроскопической точности» как о некотором эталоне. В настоящее время по­явились приборы, которые позволяют определять экстремально малые концентрации вещества в образце, например хроматографы. Но для использования методов хроматографии исследуемый образец должен находиться непосредственно в лаборатории, он должен быть стабильным, то есть не менять своего состава во время работы хроматографа. Методы спектроскопии свободны от подобных ограничений, они поз­воляют изучать быстро протекающие процессы, исследовать атмосферы далеких звезд и планет не только в Солнечной системе, но и за ее пределами.

Другая задача ученого – расчет спектров газов на основе физических законов с использованием строгих уравнений и полученных ранее знаний о природе вещества. Особенно это важно для диапазонов или условий, которые трудно воссоздать на Земле. К примеру, в пятнах на Солнце обнаружен водяной пар, а температура поверхности нашего светила достигает 6 тыс. градусов!

Тематика работ сотрудников института связана с изучением спектров водяного пара, который играет огромную роль в жизни человека на Земле, участвует в формировании облачного слоя атмосферы Венеры, оказывает существенное влияние на климатические процессы на Марсе. Борис Воронин поглощен этими исследованиями и совместно с коллегами из Института космических исследований РАН получил значимые результаты по описанию спектров так называемой тяжелой воды (ее молекула содержит изотопы «тяжелого» водорода), которые поз­воляют получить новые данные об атмосфере Марса и Венеры.

– Водяной пар – Н2О, молекула, знакомая всем со школы, – рассказывает ученый. – В жизни человека вода играет огромную роль, поэтому интерес к исследованию воды возрастает во всем мире. Но что мы знаем об этой молекуле? Если ее точнее записать, то основной изотополог (разновидность) – 1Н216О. Если подсчитать все возможные разновидности молекул водяного пара, состоящих из всех возможных изотопов водорода и кислорода, по формулам теории вероятности, то получится более 500 различных изотопологов.

Сам Борис Воронин особо прикипел к молекуле HD16O («тяжелая» вода), и она ответила ему благодарностью. В течение более чем 10 лет расчет группы авторов VTT (по первым буквам фамилий: B. Voronin, J. Tennyson, R. Tolchenov) остается самым полным и самым точным в мире расчетом спектральных параметров молекулы HD16O. На статьи VTT уже более 70 ссылок в журналах, индексируемых международной базой данных Web of Science Core Collection. Эта молекула, чье натуральное содержание в природной воде составляет немногим более 0,03%, обладает уникальными свойствами, благодаря которым «тяжелая» вода представляет интерес для атомной энергетики, астрофизики, медицины, биологии и других областей человеческой деятельности.

К этому результату ученый шел, набираясь знаний и опыта не только у коллег отечественных научных школ, но и за рубежом. В течение двух лет Борис Воронин работал в Университетском колледже Лондона по проекту, поддержанному грантом Программы исследовательских стипендий имени Марии Склодовской-Кюри.

– Жизнь за границей сама по себе оставляет много ярких впечатлений, это другие культура, язык, общение, – вспоминает Борис. – Но еще она сильно обогащает знаниями и умениями. Моим научным руководителем в Лондоне был профессор Джонатан Теннисон, потомок лорда Альфреда Теннисона (1809–1892), любимого поэта королевы Виктории.

Одним из главных результатов, полученных за время длительной командировки, стал банк данных спектральных параметров молекулы «тяжелой» воды HD16O. Расчеты группы VTT позволили точнее идентифицировать спектры верхней атмосферы Венеры, полученные в результате миссии аппарата Venus-Express Европейского космического агентства. Интересно отметить, что натуральная концентрация HD16O в атмосфере Венеры на два порядка выше, чем на Земле. В столбе атмосферы Венеры только 3 см водяного пара (если превратить его в воду). Это означает, что, вероятнее всего, водяного пара на Венере было на два порядка больше, но из-за каких-то космических или тектонических процессов «легкая» вода улетучилась из атмосферы, и концентрация «тяжелой» воды выросла.

А теперь и педагог…

Человечество жадно ловит новую информацию, расширяющую наши представления о мире, в котором мы живем. Тем больше ответственность ученых за ее достоверность. Борис Воронин считает, что ученые могут и должны доступно рассказывать людям о том, чем занимаются, объяснять, каким образом новые знания изменяют нашу жизнь к лучшему. Он находит время и для научно-организационной деятельности: в течение ряда лет возглавлял совет молодых ученых ИОА СО РАН, в качестве ученого секретаря организовывал и проводил международные симпозиумы, исполнял обязанности ученого секретаря отделения спектроскопии атмосферы ИОА СО РАН. А в 2014 году решил передавать знания студентам на кафедре автоматизированных систем управления ТУСУРа. Сначала читал несколько математических и специальных курсов, а сейчас сосредоточился на теории вероятностей и математической статистике.

Кстати

Борис Воронин возглавляет российскую ячейку выпускников Программы исследовательских стипендий имени Марии Склодовской-Кюри https://ec.europa.eu/research/mariecurieactions/. Эта международная некоммерческая организация работает под эгидой Еврокомиссии, поддерживает исследователей на всех этапах их карьеры независимо от возраста и национальности, развивает сотрудничество ученых с промышленными предприятиями, организует инновационное обучение для повышения возможностей трудоустройства и развития карьеры исследователей.