Андрей САМОХИН

22.03.2018

Казалось бы, трудно совместить археологию, музейное дело и ядерную физику. Но в НИЦ «Курчатовский институт» это удалось: здесь с помощью масс-спектрометрии, компьютерной и нейтронной томографии и иных передовых методов проводят глубинные исследования исторических артефактов и произведений искусства. Газете «Культура» объяснили, как и зачем это делается.

Пропускной пункт с двойными воротами на входе, охрана, огражденная территория — легендарный «Курчатник» всегда был и остается режимным объектом. Вот уже третий год сюда привозят на день или на несколько месяцев исторические раритеты из ГМИИ им. А. С. Пушкина, ГИМ и других музеев и исторических институтов.

Скифские стрелы и древнерусские пергамены, украшения из степных курганов и пещерные доисторические рисунки, скульптурные шедевры Возрождения и египетские мумии — все это исследуют с помощью новейших технологий в Курчатовском НБИКС-центре. Рассказывает заместитель директора НИЦ «Курчатовский институт», руководитель Лаборатории естественно-научных методов в гуманитарных науках, кандидат философских наук Екатерина Яцишина.

— Главным «мотором» создания лаборатории был президент института Михаил Ковальчук, а первым нашим партнером стал ГИМ: способствовала сближению выставка, которую мы организовали к 70-летию нашего института. Затем в марте 2015-го мы провели в Курчатовском институте научную конференцию, на которой уже предложили историкам свою «физическую» помощь. Чуть позже началось сотрудничество с Институтом археологии РАН и Музеем изобразительных искусств. В итоге с ним возник междисциплинарный проект, в котором участвуют физики, химики, медики, антропологи, историки, археологи, искусствоведы.

Спрашиваю, вытекает ли это направление из идеологии НБИКС-центра.

— Разумеется, — соглашается Екатерина Борисовна. — Генеральное направление работ Курчатовского НБИКС-центра — природоподобные технологии. Но наши исследования связаны и с одной из первейших специализаций Курчатовского института — материаловедением, начинавшимся как реакторное, затем полупроводниковое и сегодня уже биоорганическое. Накоплен уникальный опыт и обширная база для таких исследований. Поэтому вполне закономерно произошел «перенос» классического материаловедения на исторические объекты. Здесь очень важно наличие у нас единственного в России специализированного синхротронного источника, позволяющего получать излучение в инфракрасной, ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра. Отмечу, что применение подобных установок класса «мегасайнс» для изучения исторических артефактов — общемировая тенденция. Конечно, использовать такие возможности высоких технологий на постоянной основе могут позволить себе только крупнейшие мировые центры — Британский музей, Лувр... Музейщики и археологи уже привычно прибегают к естественно-научным методам исследования, но в основном это узконаправленные экспертизы. У нас же объекты исследуются комплексно, и, главное, зримо видно слияние гуманитарных и естественных наук.

Интересуюсь, а не случится ли однажды с привозимыми раритетами истории как с «шлемом Александра Македонского» из известной кинокомедии?

— Вряд ли. Для крупных экспонатов заказывается специальный транспорт и охрана, — успокаивает Яцишина. — Даже микропробы экспонатов хранятся у нас в специальной комнате, в сейфе.

Древность на атомный просвет

— Главный принцип для нас, как для врачей: «не навреди», — продолжает разговор старший научный сотрудник лаборатории Елена Терещенко, ведя меня по закоулкам вокруг большого кольца синхротрона. В двух шагах от нас в вакууме со скоростью, близкой к световой, кружится пучок электронных частиц, управляемый электромагнитами.

— На эксперименты, проводимые на разных станциях синхротрона, стоят в очереди не только лаборатории Курчатовского института, но и сторонние ученые, — поясняет мой гид. — У нашей группы тоже есть свой календарный график работы. В каждом виде экспериментов есть свои особенности. Например, после просвечивания нейтронным излучением у образцов появляется наведенная радиоактивность, и они должны храниться две-три недели в специальном экранированном помещении — «остыть». Поэтому исследования движутся не очень быстро.

К кольцу, раскинувшему во все стороны рукава отводящих излучение вакуумированных каналов, лепится множество научных комнаток-экспериментальных станций. Заходим в один такой защитный отсек — станцию физического материаловедения, отделенную от кольца свинцовыми блоками толщиной в полметра.

Каналы подвода излучения, на случай разгерметизации, снабжены несколькими защитными «шлюзами» — шаттерами. В монохроматоре приходящее излучение дифрагирует на кристаллах кремния или германия, выделяя лучи с конкретной длиной волны, нужной для определенных исследований. Через набор щелей луч попадает точно на держатель образца. Над ним нависает рентгенофлуоресцентный анализатор, который и записывает искомый «отчет» материала о его элементном составе.

Далее заходим на станцию томографических измерений (десятки тысяч снимков-файлов за одну съемку!). Здесь исследователи трудятся над визуализацией недоступных глазу внутренних особенностей музейных сокровищ — скульптур, оружия и других артефактов. На соседней станции рентгенофазового анализа по дифракционной картине проясняют минералогический состав материалов.

— Мы здесь исследуем образцы — от современных сверхпроводников до средневековых наконечников стрел, — говорит Роман Светогоров, молодой инженер-исследователь. — Конечно, изучение древних образцов — крайне захватывающе, — признается он.

— Анализ исторических артефактов может быть сложен из-за того, что их вещество включает множество разных фаз, — поясняет Елена Терещенко. — Античный мастер просто брал глину из одного или двух месторождений, лепил и определенным образом обжигал свое изделие. А мы при таком анализе видим характеристики сотен песчинок разного состава. Но такая «глубина» взгляда просто не нужна для этих исследований — это же не геология! Зато особое значение приобретают контрольные образцы или образцы сравнения — точно атрибутированные исторической эпохой, определенной культурой или мастерской. Но чаще всего мы исследуем уникальные образцы. Очень непросто найти для них сопоставительный материал.

Когда мы подходим к электронному микроскопу, стоящему для исключения вибраций на отдельном фундаменте, в глаза бросается объемный снимок: волокна древнерусского пергамена похожи на таинственное сплетение лиан. Физики в своих исследованиях в основном используют микропробы: смывы с поверхностей (если это органика); тонкие пластины микронного размера. Этот материал чаще всего отбирают сами реставраторы — непосредственно в музеях, с внутренних, невидимых для посетителей поверхностей экспонатов.

Физико-лирический разговорник

— Начинали мы наши исследования с партнерами как инициативные, ныне же некоторые работы финансируются грантами Российского фонда фундаментальных исследований и Российского научного фонда, — рассказывает Екатерина Яцишина. — Сперва действовали методом проб и ошибок, в ходе определения видов исследований для того или иного типа образцов. В одном случае нужна только электронная микроскопия, в других еще и рентгенофлуоресцентное картирование, томография или газовая хроматография. Мы сталкиваемся с разными задачами: если археологов и историков больше волнует атрибуция, технологии изготовления, то для музейных сотрудников одна из главных задач — реставрация и дальнейшее хранение экспоната. В штате лаборатории всего десять сотрудников. На сложных физических приборах работать могут только квалифицированные специалисты. А ими стать непросто. Например, прежде чем допустить человека смотреть что-то на электронном микроскопе, его полгода подержат наблюдателем и помощником.

— Здесь у нас наглядно переплетаются физика и лирика, — улыбается Екатерина Борисовна. — Например, одна из реставраторов, работающая у нас в лаборатории, уже неплохо разбирается в электронной микроскопии и рентгенофазовом анализе. И, наоборот, ее «курчатовская» визави на электронном микроскопе погружается в разные исторические эпохи, начинает читать специальную литературу по ним. Так же исподволь увлеклись «лирикой» и наши физики на синхротроне и нейтронном источнике. Кстати, многие оказались уже на удивление подкованными в истории.

Спрашиваю, как происходит рабочий диалог «физиков и лириков».

— Общее техзадание нам всегда формулируют сами хранители культурного наследия — что именно они хотят узнать о предмете, — отвечает руководитель лаборатории. — Первым делом устанавливаем общий глоссарий: ведь терминология часто кардинально различается. Затем просим предысторию артефакта — как он был найден, что говорится о нем и подобных ему предметах в специальной литературе.

Часто принципиально различен и взгляд на предмет исследования. Углубленное физико-химическое изучение предмета нужно сопрячь с исторической статистикой по теме, да так, чтобы синтез наук получился органичным.

Вещие вещи прошлого

Несомненно, каждый исторический предмет уникален, но все же в атомном научном центре уже начали вырисовываться некие общие новые методики их «диагностики». Подключение физиков позволило «разговорить» древности на новые темы, внятно артикулировать неразборчивый шепот веков.

Одними из первых объектов изучения здесь стали русские (из Суздальского Ополья) — кресты-энколпионы XII века из ИА РАН. И почти одновременно — перемещенные ценности из поверженной фашистской Германии, хранившиеся в запасниках Пушкинского музея.

По итогам исследований энколпионов на синхротроне и в лаборатории микроскопии впервые были определены рецепты массы, применявшейся древнерусскими мастерами при чернении бронзовых крестов, — это многокомпонентный сплав сульфидов меди, свинца и олова. Методами томографии были визуализированы особенности конструкции крестов — створок, крепежей, внутренних полостей, установлены месторасположение и форма фрагментов содержимого. Технология чернения оказалась тончайшей кропотливой работой, говорящей о высоком уровне суздальских ремесленников и в целом этого мастерства на Руси. Особенно с учетом того, что кресты эти носили не только бояре, но и обычные незнатные горожане.

А вот другая страна и эпоха: две бронзовые статуи — «Иоанн Креститель» и «Танцующий амур», предположительно созданные известным итальянским скульптором Донателло в XV веке. Они сильно пострадали во время Второй мировой. Комплексное изучение статуй методами нейтронной томографии и электронной микроскопии показало, что «Креститель» внутри практически «здоров». С «Амуром» дела обстоят чуть хуже — есть внутренние пустоты, участки с повреждением металла основы. Но все же оба изваяния пригодны к дальнейшей реставрации. В свою очередь, химический состав металла оказался соответствующим материалу известных работ Донателло.

Еще одно непаханое поле — славянские средневековые пергамены и берестяные грамоты XI-XIII веков из ГИМ, ИА РАН и петербургской Российской национальной библиотеки. Пергамены из-за дороговизны материала часто использовали многократно: затирали буквы и писали сверху. И вот удалось расшифровать предысторию одного такого документа. На Курчатовском синхротроне было получено рентгенофлуоресцентное цифровое изображение фрагментов древнего рукописного текста, написанного чернилами из красного сурика и черными — железо-галловыми. Но главное — вместе со стертыми надписями, которые не увидишь оптическими приборами!

— Мы только подступились к методологии датирования таких рукописей по «технологическому» принципу, — поясняет Екатерина Яцишина. — Вообще, мы ведь не можем с исторической или искусствоведческой точки зрения интерпретировать полученные нами результаты — тут «мяч» уже на стороне наших коллег-гуманитариев. Стоит еще учесть разницу в подведении итогов исследований: среди представителей точных наук принято, получив и проверив значимый результат, опубликовать его в рейтинговом журнале. Музейные же сотрудники нацелены на выставочные проекты, реставрацию и дальнейшее хранение своих экспонатов .

В Курчатовском институте среди прочих провели очень интересные и перспективные изыскания по находкам из известного черниговского кургана «Черная могила», хранящимся в ГИМе. Например, предмет неизвестного назначения, указанный в описании как «боевой нож». Но когда изучили его методом томографии, выяснилось, что он не мог быть таковым, поскольку у него волнистые — фестончатые — края, — таким нельзя было драться в бою. «Нож» с богатой инкрустацией в скандинавском стиле, похоже, оказался неким культовым атрибутом. В результате рентгеновских и нейтронных томографических исследований из конгломерата спекшегося оружия были идентифицированы составляющие его предметы— стремена, кольчуга, фрагменты мечей. Был определен химический состав сплава удивительной фигурки идола, состоящей из меди с неожиданно высоким содержанием золота на поверхности — до 17 процентов! В настоящее время выясняется, каким образом могла произойти такая модификация состава.

При изучении остатков содержимого небольшого сфероконического сосуда (ИА РАН) с помощью газовой хроматографии и рентгенофазового анализа поняли, что это смолы хвойных деревьев. Значит, сам сосуд — некая аптечка с мазью из живицы или большая ладанка, хранительница благовоний.

Пигменты из палеолитических наскальных рисунков Каповой пещеры на реке Белой в Башкирии передали физикам сотрудники ИА РАН. В Курчатовском институте реконструировали древнюю технологию изготовления красителя — специально приготовленного пигмента красно-коричневого цвета, полученного в результате смешения измельченного термически обработанного гематита с кальцитом и добавлением воды. Для исследования оказалось достаточно частицы образца краски размером меньше хлебной крошки.

По-настоящему удивили исследователей серебряные бисерины IV тысячелетия до нашей эры из Майкопского дольмена возле станицы Новосвободная (экспонаты ГИМа). В Курчатовском институте впервые исследовали неразрушающими методами внутреннюю морфологию этих бусин, что позволило прояснить метод их изготовления — литье.

По гранту РНФ продолжается увлекательное историческое «дознание» по так называемому Бородинскому (Бессарабскому) кладу из собрания ГИМ. Это уникальная коллекция предметов II тыс. до н.э., найденная в 1912 году под Одессой. Там есть, например, нефритовые топоры изысканной формы, богато орнаментированные наконечники копий. Пока идет трасологическое изучение сокровищ, то есть следов их обработки инструментами. Но физики начинают уже продумывать и материаловедческую часть. Поскольку образцы слишком велики для рассмотрения их на электронном микроскопе, скорее всего, будет предпринято изучение элементного состава с помощью рентгенофлуоресцентного картирования на синхротроне.

Гости из склепа

— С египетскими мумиями мы «познакомились» уже два года назад, — рассказывает Екатерина Яцишина. — Началось все опять же с подачи Михаила Ковальчука, договорившегося с директором ГМИИ Мариной Лошак дать нам их на комплексные исследования. Этих мумий (начало коллекции заложил первый русский египтолог Владимир Голенищев) — всего девять. Они находятся в разной степени сохранности. Их раньше не исследовали физическими методами. Известно, что все они из первого тысячелетия до нашей эры.

Своей степенью сложности, многоступенчатости и ответственности эта работа стала для нас особым этапом, — признается Екатерина Борисовна. Первым делом мы просмотрели объекты на магнитно-резонансном томографе, но, как и ожидалось, это особо ничего не дало — нет водородного сигнала, ведь мумифицированная ткань полностью обезвожена. Зато компьютерная томография (КТ) предоставила богатый материал. Наши коллеги-антропологи пересмотрели пол некоторых мумий. Рентгенологи-медики потом дали свое заключение по характеру мумифицирования: обнаружили целый ряд предметов внутри мумий — свертки ткани, палки, — это все артефакты, заложенные в процессе. Интересными оказались выводы по состоянию здоровья египетских покойников: остеохондроз и пародонтоз были распространены и тысячелетия назад. А возраст одной из мумий около 50 лет расходится с известным стереотипом, что люди в ту эпоху, мол, едва доживали до сорокалетия.

У одной из мумифицированных женщин оказалась развитой мускулатура рук — она, видимо, постоянно занималась какой-то ручной работой, например, пряла.

По словам Яцишиной, некоторые из объектов описаны уже полно, по другим работа еще в самом разгаре. Важно, что в рамках этого проекта впервые в нашей стране разрабатывается комплексная междисциплинарная методология изучения древнеегипетских мумий. Она позволит более точно датировать мумифицированные останки, хранящиеся в российских музеях, уточнить пол, возраст, социальный статус, заболевания, образ жизни и возможную причину смерти древних египтян.

По КТ-снимкам голов мумий, используя герасимовский метод антропологической реконструкции и специальную программу, коллеги из Института этнологии и антропологии РАН будут создавать трехмерные модели внешности мумифицированных людей. В итоге можно будет «послойно вылепить» головы древних египтян, а при хорошей сохранности мумий — и полные фигуры.

Есть и задумка эффектного видеоролика: на ваших глазах мумии в ускоренном темпе распеленываются, загружаются в трубу томографа и отображаются на экране сотнями снимков. Складываясь, те воссоздают рисунок скелета: туловища, черепа; и вот уже сухие кости обрастают мышцами, в пустых глазницах «созревают» глаза, устремляя свой взгляд прямо на вас. Еще мгновение — и объемная фигура древнего египтянина уже стоит перед вами. Этакий хайтековский Голем. Вот где раздолье для новейших сиквелов про ожившую мумию!

Итогом совместного проекта Пушкинского музея и Курчатовского института в недалеком будущем может стать исключительно познавательная и яркая выставка египетских мумий в последнем свете науки. Точнее, в свете симбиоза наук, именуемого также синергией и конвергенцией. Будущее и прошлое, физика и лирика — в одной точке сборки.