Мюоны дербентского храма

Э та постройка в северо-западной части крепости Нарын-Кала в Дербенте датируется примерно 300 годом нашей эры. Двенадцатиметровое помещение почти полностью скрыто под землей, над поверхностью виден только фрагмент полуразрушенного купола. До настоящего времени не решен вопрос о назначении здания: по мнению одних специалистов, изначально это была христианская церковь, другие считают подземный объект зороастрийским храмом огня. Если это действительно христианский храм, то речь может идти о древнейшем в стране и об одном из древнейших в мире христианских храмов, который арабы засыпали грунтом после захвата Дербента примерно в 700 году.

 

Необычный объект

Прийти к единому мнению археологам не позволяет то, что раскопки сооружения сопряжены с большим риском: в течение двух веков оно использовалось как водохранилище, и снятие грунта может уничтожить объект культурного наследия ЮНЕСКО. Поэтому для исследования ученые использовали метод мюонной радиографии, поместив несколько инновационных детекторов с ядерной эмульсией внутри закопанного помещения на глубине десяти метров от поверхности земли. Работы продолжались с мая по сентябрь 2018 года, первые полученные данные подтвердили эффективность метода для исследования этого специфического объекта.

«Мы не могли представить себе реальную ситуацию на объекте до приезда на место, — рассказала “Стимулу” руководитель научной группы, доктор физико-математических наук, ведущий эксперт НИТУ МИСиС Наталья Полухина. — По имевшимся топографическим данным было понимание, что лучше всего разглядеть объект, расположив детекторы на крутом западном склоне. Но такая экспозиция требует детальной проработки конструкции для монтажа на склоне. Кроме того, было неочевидно, будет ли работать метод, для которого ключевым показателем является разность плотности объекта и окружения не менее пяти процентов».

Здание построено из ракушечника, и грунт, которым оно засыпано, близок по плотности к нему. Никакой финансовой поддержки исследования не было, поэтому для начала прибор установили на самое доступное место, не требующее специальных решений. Да и то для установки на десятиметровую глубину вызывали МЧС.

По информации исследователей, в ряде исторических и справочных источников сооружение упоминается как подземный резервуар для воды XVII–XVIII веков. Однако первый эксперимент дал основания усомниться в этой гипотезе: у здания необычная для водохранилищ, но характерная для храмов крестообразная форма, а кроме того, оно ориентировано по сторонам света

«Мне кажется очень странным интерпретировать это здание как цистерну для воды. В этой же крепости Нарын-Кала есть похожее подземное сооружение десятиметровой глубины, и оно действительно является цистерной. Это просто прямоугольное здание. Необычная постройка, в которой мы ставили свои детекторы, имеет форму креста, ориентированного строго по сторонам света, одна из сторон на два метра больше остальных. 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. Вопросов пока больше, чем ответов», — говорит Наталья Полухина.

По мнению ученых, особенно эффективна будет установка детекторов на западном склоне крепости снаружи стен здания, чтобы получить его полноразмерное изображение под землей. Основным результатом следующего этапа экспериментов станет финальная трехмерная томограмма подземного сооружения, которая поможет определить назначение этой необычной конструкции.

«Мы убедились в реальности использования мюонной радиографии, — продолжает Наталья Полухина, — и увидели в западном крыле распределения плотности, не соответствующие модельным расчетам в предположении видимой конструкции здания. Это означает, что необычность объекта требует продолжения работ и обязательно поиска финансирования, без которого дальше двигаться невозможно».

 

На пути кочевников

Дербент расположен в наиболее стратегически уязвимом месте Прикаспийского прохода, где горы Большого Кавказа ближе всего подходят к морю, оставляя лишь узкую трехкилометровую полоску равнины. Дербентская крепость — это часть грандиозной оборонительной системы, защищавшей народы Закавказья и Передней Азии от нашествий кочевников с севера. Система включала в себя городские стены, цитадель, морские стены и горную стену Даг-бары.

С запада дербентские стены примыкают к цитадели Нарын-Кала. Один из переводов названия со среднеперсидского — «Солнечная крепость». По другим данным, имя Нарын она получила в честь дочери персидского шаха, что означает «нежная», «красивая».

Известная сегодня крепость выстроена в VI веке на Джалганском хребте по приказу персидского правителя Хосрова I Ануширвана («Бессмертный душою») из династии Сасанидов. С 735 года Дербент и Нарын-Кала стали военно-административным центром Арабского халифата в Дагестане, а также крупнейшим торговым портом и очагом распространения ислама на этой земле.

В результате Каспийского похода город Дербент стал частью Российской империи. Из землянки, сегодня являющейся местной достопримечательностью, в ханский дворец переехал император Петр I, которому беи Дербента поднесли городские ключи на серебряном блюде, покрытом персидской парчой (хранятся в Кунсткамере Санкт-Петербурга) со словами: «Дербент получил основание от Александра Македонского, а потому нет ничего приличнее и справедливее, как город, основанный великим монархом, передать во власть другому монарху, не менее его великому».

Во время Русско-персидской войны 1796 года крепость была повторно взята русскими войсками под предводительством генерал-аншефа Валериана Зубова, который разместил генеральный штаб в цитадели.

 

Мюоны на службе у археологов

Метод мюонной радиографии уже не раз помогал исследователям исторических объектов. К примеру, с его помощью изучали повреждения купола флорентийского кафедрального собора Санта-Мария-дель-Фьоре. Но, пожалуй, самое захватывающая история — исследование пирамид. Впервые метод мюонной радиографии применил для поиска пустот в египетских пирамидах в 1969 году американский физик Луис Альварес. Его команда изучала вторую по величине пирамиду Гизы — пирамиду Хефрена (Хафры), которая отличается от пирамиды Хеопса (Хеопс — отец Хефрена), в частности, тем, что в ней обнаружена только одна камера, в самом низу постройки. К сожалению, тогда никаких новых камер в пирамиде Хефрена найдено не было.

В 2016 году международная команда исследователей в рамках проекта Scan Pyramids обнаружила, что в пирамиде Хеопса есть скрытая камера, а в 2017-м подтвердила свое открытие. Камера находится над Большой галереей и достигает в длину около 30 метров.

Внутри пирамиды Хеопса на сегодняшний день известно три погребальные камеры — недостроенная погребальная «яма», Камера царя, где размещен пустой гранитный саркофаг, и Камера царицы. К камере фараона ведет Большая галерея — высокий наклонный туннель длиной 46,6 метра.

Исследователям неизвестны точные характеристики вновь обнаруженной камеры — она может оказаться наклонным коридором или помещением, состоящим из нескольких комнат. Ученые также не понимают, как туда попасть: из известных ходов пирамиды туда не ведет ни один. Но это, безусловно, уже большое открытие. Все известные до сих пор камеры Великой пирамиды были открыты еще в Средневековье багдадским халифом аль-Мамуном. Говорят, что он не нашел ничего ценного в пирамиде.

В основе метода мюонной радиографии лежит анализ процессов поглощения и рассеяния потоков мюонов космического происхождения при прохождении через вещество изучаемого объекта. Высокоэнергичные мюоны, генерируемые в атмосфере Земли частицами космического излучения, благодаря своим физическим свойствам обладают очень высокой проникающей способностью, в результате чего они являются уникальными агентами для зондирования самых различных объектов.

Даже при сравнительно умеренной энергии мюон может не только пройти сквозь всю земную атмосферу, но и проникнуть глубоко в грунт: мюоны космического происхождения с энергиями Еµ ~1–10 ТэВ регистрируются в подземных лабораториях на глубинах около двух километров скального грунта.

Число мюонов, прошедших сквозь объект, зависит от материала исследуемого объекта и длины пути мюона в нем. По угловому распределению треков мюонов, зарегистрированных детектором в направлении объекта, можно судить об особенностях поглощения и рассеяния этих зондирующих частиц и, следовательно, о наличии в данном направлении зон, различающихся по свойствам материала. Использование нескольких детекторов позволяет получить трехмерное изображение внутреннего строения исследуемого объекта.

«Регистрирующими устройствами могут служить электронные или твердотельные эмульсионные детекторы элементарных частиц. Мы используем детекторы, которые представляют собой плотно упакованные стопки слоев ядерной эмульсии толщиной от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Фотографическая эмульсия представляет собой суспензию с включением светочувствительных микрокристаллов галогенидов серебра, равномерно распределенных в желатине. Каждая заряженная частица, проникающая в слой эмульсии, вследствие своей ионизирующей способности оставляет за собой след из засвеченных зерен галоидного серебра. После обработки пленки специальным проявителем эти зерна превращаются в частицы металлического серебра и становятся черными, в результате чего след становится виден под микроскопом как цепочка отдельных точек или как сплошная линия, в зависимости от величины заряда частицы. Цепочки проявленных зерен серебра позволяют восстановить траекторию частицы в пространстве с большой точностью (угловая точность измерений составляет несколько миллирадиан)», — рассказала руководитель группы исследователей.

Эмульсионные детекторы для мюонной радиографии представляют собой автономные модульные легко перемещаемые устройства, не требующие присутствия оператора и дополнительных источников электропитания, что позволяет им успешно конкурировать с электронными детекторами для регистрации зондирующего излучения.

Этот метод можно с успехом использовать для исследования археологических объектов, сооружений горнодобывающей промышленности, состояния крупных промышленных объектов (мосты, дамбы, доменные печи и др.), когда требуется оценить техническое состояние или безопасность этих объектов (например, выявить наличие крупных полостей, определить состояние внутренних конструкций, уровень грунтовых вод и т. п.). Важнейшая область применения метода — мониторинг внутреннего состояния ядерных промышленных объектов (например, реакторов атомных станций), особенно при их повреждении или при невозможности проведения измерений иными средствами (например, в случае, если объект обесточен или существует опасность пребывания людей в зоне реактора). Этот метод был применен при исследовании состояния атомного реактора станции Фукусима в Японии, поврежденного цунами в марте 2011 года.