Пирамида Хеопса, или Великая пирамида Гизы, построенная во времена IV династии фараоном Хуфу (Хеопсом), — единственное из Семи чудес света, уцелевшее до наших дней. И хотя ее возраст уже 4500 лет и это самая большая из всех древнеегипетских пирамид, до сих пор ведутся споры о том, как она была построена. Чтобы изучить внутреннюю структуру пирамиды, ученые применили метод мюонной томографии и обнаружили ранее не известную камеру длиной не менее 30 метров. Это первое с XIX века большое открытие в пирамиде Хеопса, и оно даже не потребовало проведения раскопок.
Впервые метод мюонной томографии (или космическая лучевая радиография, см. Muon tomography) был применен для поиска пустот в египетских пирамидах в 1969 году американским физиком Луисом Альваресом (он получил Нобелевскую премию по физике в 1968 году за открытие резонансов; известен также как автор метеоритной гипотезы вымирания динозавров) с коллегами (L. W. Alvarez et al., 1970. Search for Hidden Chambers in the Pyramids). Они изучали 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. С одной стороны, это наталкивало на мысль, что в пирамиде Хефрена должны быть еще помещения, которые пока остаются спрятанными. С другой стороны, это облегчало поиск: в 1969 году метод мюонной томографии был далеко не так хорошо разработан, как сейчас, так что предпочтительно было выбрать объект, для которого достаточно рассудить, есть ли в нем пустоты вообще, а не отличать одну пустоту от другой. К сожалению, тогда никаких новых камер в пирамиде Хефрена найдено не было.
Scan Pyramids
В сентябре 2015 года ученые при поддержке Египетского министерства археологии начали работу по программе Scan Pyramids. Для исследования были выбраны Ломаная пирамида и пирамида Хеопса (Великая). Мюоны регистрировались с помощью эмульсионных пластинок, разработанных и изготовленных в Нагойском университете. Такой способ регистрации был выбран потому, что он дает очень высокую точность определения мюонных треков, а также потому, что пластинке, лежащей на полу в камере пирамиды, не нужны ни питание, ни громоздкое оборудование.
Каждая пластинка имеет толщину около 300 микрометров. Этого достаточно, чтобы различить трехмерный мюонный трек в толще эмульсии и определить направление его прилета с точностью порядка угловой минуты. Такими пластинками застилается пол в одной из камер пирамиды и затем они экспонируются несколько десятков дней. Пластинки защищены слоем алюминия, который предохраняет их от засветки.
Экспериментальное оборудование Луиса Альвареса в нижней (и единственной известной) камере пирамиды Хефрена. В дальнем конце комнаты справа — искровая камера. Фото из статьи L. W. Alvarez et al., 1970. Search for Hidden Chambers in the Pyramids
Ломаная пирамида
Проект Scan Pyramids начал работу в Ломаной пирамиде в декабре 2015 года. Ломаная пирамида, находящаяся в Дахшуре, отличается от классических пирамид Гизы своей неправильной формой. Главной задачей этого первого исследования было подтверждение работоспособности метода.
Полная площадь установленных пластинок составила 3 квадратных метра. Они экспонировались в течение 40 суток. Ожидаемый поток мюонов можно промоделировать. Интересно отметить, что верхняя камера попадает в поле обзора и хорошо видна как в моделировании, так и в реальных наблюдениях. Никаких скрытых камер обнаружено не было. Тем не менее это стало первым обнаружением уже известного помещения в пирамиде методом мюонной томографии и замечательным подтверждением работоспособности метода.
Великая пирамида Хеопса
Второй на очереди для Scan Pyramids была Великая пирамида в Гизе, принадлежавшая фараону Хеопсу. Исследования здесь начались в июне 2016 года. Для расположения детекторов первоначально был выбран отрезок спускающегося коридора. Это узкий проход шириной 1–1,2 м, наклоненный под углом 26 градусов к горизонту, и здесь снова пригодился компактный размер эмульсионных пластинок: никакой другой детектор в этом месте не поместился бы.
Пластинки экспонировались в течение 67 дней. После их проявки обнаружилась аномалия: увеличение потока в определенном направлении. Это значит, что мюоны, прилетевшие с этого направления, прошли меньшую толщину камня. Значит, там находится пустота — какая-то не известная ранее камера.
Чтобы лучше исследовать эту аномалию, физики расставили эмульсионные пластинки в разных местах коридора, а также в так называемой Камере царицы — одной из трех камер внутри пирамиды Хеопса. В последнем исследовании, проведенном из Камеры царицы и из коридора, отходящего от нее вбок, общая площадь установленных пластинок составила 8 квадратных метров, и они экспонировались в несколько подходов, каждый длился около 2 месяцев. Установка пластинок сразу в двух местах, между которыми было расстояние 10 метров, позволило получить стереоскопическое изображение потока мюонов и с большой точностью локализовать пустоту.
Историки давно спорили о том, что, возможно, в пирамиде Хеопса существуют еще не открытые помещения. Наконец-то на эти споры можно дать уверенный ответ: да, такое помещение действительно есть. Увеличение потока мюонов в направлении этой новой полости примерно такое же, как и в направлении на большую галерею, то есть эти помещения имеют примерно одинаковый размер. Статистическая значимость открытия — более 10σ.
После открытия с эмульсионными пластинками существование пустоты было подтверждено с помощью сцинтилляторных детекторов, размещенных всё в той же Камере царицы, и с помощью газовых детекторов, расположенных снаружи пирамиды. Во всех случаях принцип один и тот же: чем большую толщу камня проходит поток мюонов от космических лучей, тем меньше их долетает до детектора. Таким образом измеряется полная толщина камня. Измерение с разных точек позволяет идентифицировать обнаруженные пустоты с большой точностью.
Сцинтилляционный годоскопический (способный определять треки частиц) детектор, разработанный в лаборатории КЕК Токийского университета, был установлен в Камере царицы. ...Детектор работал более года, да и сейчас продолжает еще набирать данные. И эти данные подтверждают открытие, ранее полученное с помощью эмульсионных пластинок.
Третий детектор, газовый, разработан в институте CEA во Франции. Это так называемый микромегаз-детектор (см. MicroMegas detector). По сути, это всё тот же газовый детектор — технология, давно используемая в физике частиц. Но здесь она доведена до совершенства: разрешающая способность детектора выше 100 микрометров, а временное разрешение — порядка 100 наносекунд. Приборы, называемые командой Scan Pyramids «мюонными телескопами», состоят каждый из четырех одинаковых газовых детекторов, расположенных один за другим. Регистрируются только те частицы, сигнал от которых появляется во всех четырех детекторах телескопа. Сперва пирамиду изучали с помощью одного телескопа, и существование таинственной камеры было подтверждено со значимостью 3σ. Но телескоп был расположен не совсем оптимально, так что было проведено дополнительное исследование с использованием двух таких телескопов. Их расположили перед северной стороной пирамиды и направили в сторону Большой галереи. Чтобы можно было просто сложить статистики обоих телескопов, их поставили близко друг к другу. Два месяца сбора данных позволили различить два направления, с которых мюоны летят намного чаще: одно направление соответствует Большой галерее, а другое — вновь открытому помещению. Это первое обнаружение (или подтверждение обнаружения) помещения в пирамиде с помощью детектора, расположенного снаружи от нее.
Итак, новая скрытая камера находится над большой галереей, ведущей в Камеру фараона. Ее длина составляет не меньше 30 метров, а высота — около 15 метров. Пока неясно, для чего была сделана эта камера. Ученые еще даже 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.
Возможно ли, что скрытая камера является единственной дошедшей до нас в нетронутом виде сокровищницей Хеопса (хотя считается, что это маловероятно)? Или это технологическое помещение, которое зачем-то понадобилось при постройке? Мы пока не знаем. Команда Scan Pyramids пока не решается бурить пирамиду. Первым делом планируется провести еще серию исследований, чтобы точнее определить координаты обнаруженной пустоты. Затем, скорее всего, будет пробурено небольшое отверстие и таинственное помещение будет исследовано с помощью робота. На всё это потребуется время. Но одно можно сказать с уверенностью: обнаружение новой камеры — это выдающееся открытие и, возможно, самый большой вклад, сделанный в исследование пирамиды Хеопса современным человеком.
В качестве заключительного дополнения отметим, что мюонная томография — это не единственный неинвазивный способ исследования больших объектов вроде пирамид. Ранее, в 1986 году, та же пирамида Хеопса была исследована методом микрогравиметрии, то есть с помощью прецизионного измерения гравитационного поля пирамиды. На основании полученных данных было проделано три отверстия из коридора, ведущего в Камеру царицы. Но никаких пустот не было найдено. Современный анализ тех же данных показал, что сверление было чересчур преждевременно: наличие скрытой комнаты не подтвердилось.
© Михаил Столповский
Источник: Kunihiro Morishima, Mitsuaki Kuno, Akira Nishio et.al. Discovery of a big void in Khufu’s Pyramid by observation of cosmic-ray muons // Nature. 2017. DOI: 10.1038/nature24647.
