Загадки сонця вчені намагаються захистити землю від сонячного удару
Білі плями в науці про Сонце
- Сміла Дмитрович, наскільки Сонце вивчено на сьогоднішній день?
- Сонце досліджували ще астрономи Стародавнього Шумеру та Стародавнього Китаю, але наукою в сучасному розумінні цього слова воно вивчається останні 300 років, починаючи з Галілея і його сучасників.
Вивчення Сонця має велике значення для фундаментальної науки - астрофізики, адже Сонце - зірка, яких багато у Всесвіті. Ті ж процеси, що і на Сонце, відбуваються і на інших зірках. Значить, вивчаючи Сонце, ми вивчаємо маленьку частину великого Всесвіту.
Дослідження Сонця також важливо і в практичному плані, оскільки від Сонця залежить життя на Землі. З початком космічної ери стався істотний прорив в науці і технологіях. Ми стали вивчати Сонце не тільки в оптичному і в радіодіапазоні, як це можливо з Землі, але і в ультрафіолетовому і рентгенівському діапазонах з космічних апаратів.
Незважаючи на значний прогрес у вивченні Сонця, щодо нього все ще існують білі плями - загадки, які вченим належить розгадати.
Ми знаємо, що Сонце відчуває 11-річний цикл активності, який полягає в тому, що кількість сонячних плям і інших активних явищ на Сонці змінюється від максимуму до максимуму і від мінімуму до мінімуму приблизно за 11 років. Сьогодні ми спостерігаємо вже 24-й сонячний цикл.
Природа сонячного циклу, в принципі, відома. В його основі лежить механізм сонячного динамо - взаємодії рухів, що відбуваються на Сонці, з його магнітним полем. Спостереження показують, що характеристики циклу змінюються. 11 років - це середній період. За весь час спостережень цей період змінювався в діапазоні від приблизно 8 до 13 років, а амплітуда сонячного циклу (число сонячних плям в максимумі циклу) змінювалася в діапазоні від 48 до 195.
- Природа таких змін характеристик сонячного циклу поки не з'ясована?
- Так, поки це загадка. Що обумовлює такі зміни характеристик циклу - відповідь на це питання є важливим сам по собі з точки зору фундаментальної науки і фізики Сонця, а також для практичних завдань, оскільки саме сонячна активність визначає стан навколоземного космічного простору - те, що ми зараз називаємо «космічною погодою» , яка впливає на людську діяльність на Землі і в космосі.
Є й інші питання, чисто наукові. Відомо, що Сонце оточене потужною короною - так називають зовнішні шари атмосфери Сонця. Сонячну корону можна побачити тільки при повному сонячному затемненні, так як її світність в багато разів менше, ніж світність самого Сонця. Корона Сонця має температуру в 1-2 млн К (градусів Кельвіна), тоді як його поверхня - фотосфера - нагріта всього лише до 6000 К. Якщо така різниця в температурах фотосфери і корони, то який механізм забезпечує нагрів сонячної корони? Точної відповіді поки немає. Розглядаються хвильової механізм нагріву сонячної корони, нагрів за рахунок численних мікровспишек і так далі. Нові спостереження з космічних апаратів націлені на вирішення цієї проблеми.
Є і ще одна загадка. На Сонці регулярно відбуваються викиди маси і спалаху. Долітаючи до Землі у вигляді магнітних хмар, викиди маси викликають магнітні бурі. Ці явища вивчені, але не вдається зрозуміти їх критичний механізм на Сонце, який і запускає викид маси або призводить до спалаху. Фахівці навчилися розпізнавати, що в тій чи іншій області на Сонце може статися викид маси або спалах, але коли ці найпотужніші прояви сонячної активності відбудуться, в який час - це поки ніхто не навчився пророкувати.
Триває вивчення надр Сонця. За допомогою геліосейсмології вдалося дослідити будову внутрішніх шарів Сонця і диференційний характер його обертання, але є ще багато роботи. Потрібно зв'язати природу сонячного циклу з тим, що відбувається в надрах Сонця, щоб зрозуміти, які рухи модулюють сонячний цикл.
«Інтергеліозонд» - долетіти і побачити
- Які проекти в найближчому майбутньому зможуть вивести науку про Сонце на новий рівень?
- В останні роки найбільш значні досягнення в дослідженні Сонця отримані за допомогою космічних апаратів. Золотий вік сонячної фізики в космосі ще триває - створюються все більш і більш досконалі космічні проекти, націлені на вирішення актуальних проблем сонячної фізики.
Один з таких перспективних проектів - створення «Інтергеліозонд», космічного апарату, який повинен буде досліджувати внутрішню гелиосферу і Сонце з близької відстані. Нахилена до площини екліптики геліоцентрична орбіта апарату дозволить спостерігати приполярні області Сонця, де відбувається переполюсовка магнітного поля в сонячному циклі. Важливо зрозуміти, як на Сонці взаємодіють магнітні поля, диференціальне обертання, меридиональная циркуляція і конвекція.
Максимальне наближення апарату до Сонця хоч і буде короткочасним, але складе 1/3 відстані від Землі до Сонця. Завдяки «Інтергеліозонд» ми зможемо побачити і розглянути багато з того, що поки недоступно нашому погляду. Ми більш детально дізнаємося, як влаштовані сонячна атмосфера і структура магнітних полів Сонця.
- На якому етапі зараз цей проект?
- Ведеться доопрацювання ескізного проекту. Є склад наукової апаратури і її характеристики. Є прообраз космічного апарату і його платформи. Нещодавно виникла необхідність скорегувати компоновку апарату. НВО імені С. А. Лавочкіна є головною організацією за цим проектом, в якому, крім нашого інституту (ІЗМІРАН), беруть участь Інститут космічних досліджень (ІКД РАН) - головний інститут по науковому комплексу, Фізичний інститут РАН (ФІАН), Науково-дослідний інститут ядерної фізики МДУ (НИИЯФ МГУ), Фізико-технічний інститут в Харкові (ФТІ РАН), Московський інженерно-фізичний інститут (МІФІ), інститут прикладної фізики в Нижньому Новгороді (ІПФАН) - всі провідні інститути в галузі космічної фізики.
- Які терміни створення «Інтергеліозонд»?
Завдяки «Інтергеліозонд» ми зможемо побачити і розглянути багато з того, що поки недоступно нашому погляду. Ми більш детально дізнаємося, як влаштована сонячна атмосфера і структура магнітних полів Сонця. Проект розробляється в рамках секції «Фізика Сонця» Ради РАН по космосу.
- Як Сонце впливає на роботу супутників?
- Ця проблема настільки серйозна, що нею займається відповідний Комітет з мирного використання космічного простору при ООН. За дорученням Ради РАН по космосу я брав участь в роботі групи експертів по сонячної активності і космічної погоди.
Всі супутники, від яких залежить зв'язок, телебачення, а також апарати спеціального призначення можуть бути чутливими до космічної активності. Під час сонячних спалахів виникає потужне рентгенівське і ультрафіолетове випромінювання. Це випромінювання здатне вибивати електрони з поверхні космічних апаратів і приводити до їх електризації, що викликає збої в роботі апаратури і може навіть виводити їх з ладу. Частинки, що прискорюються під час спалахів до дуже високих енергій, а також енергійні частинки магнітосферного походження здатні безпосередньо впливати на електроніку - на плати, на бортову пам'ять і так далі - і викликати нештатні ситуації.
Під час магнітних бур змінюється середовище, в якому літають супутники і через яку поширюються всі сигнали, включаючи GPS і ГЛОНАСС. Якщо іоносфера обурена, то сигнали розсіюються і точність позиціонування може сильно змінюватися. Можливі помилки до 100 метрів!
Під час туману літаки сідають на палубу авіаносця по GPS-навігатору. Але коли відбувається магнітна буря, точність може впасти на десятки метрів і виникають проблеми.
У міру збільшення населення Землі, приблизно з 8 мільярдів до 10-12 до кінця XXI століття, і при відповідному зростанні життєво важливої інфраструктури для людства, вразливою до впливу сонячних бур і сонячних спалахів, критичність подібних сонячних ризиків буде тільки загострюватися
- Чи можна з цим боротися?
- Природу не можна перемогти або приборкати. Ми можемо тільки вдосконалювати методи прогнозу і вживати заходів щодо пом'якшення негативних впливів.
По-перше, потрібно безперервно стежити за Сонцем. Все визначається його поведінкою. Світло від спалаху йде до Землі сім хвилин. За ним приходять релятивістські частинки, потім приходять частки менших енергій, але всі вони дуже небезпечні. Викиди маси від Сонця поширюються повільніше, вони досягають навколоземного простору за 1-3 доби. Ми не можемо передбачити точно, чи досягнуто вони Землі, але ми знаємо, що може статися, якщо це відбудеться.
Звичайно, бувають і екстремальні події, коли виникають найпотужніші магнітні бурі і все навколоземний простір обурюється. Відбувається гальмування супутників, тому що атмосфера розбухає, піднімаючи щільні шари вгору, - апарати і Міжнародна космічна станція наштовхуються на щільну плазму і починають аномально гальмуватися. Так, американська станція Скайлеб, яка закінчила свою роботу, непередбачувано впала саме через це. А в затопленні станції «Мир» брав участі наш Центр прогнозів, тому що треба було контролювати геомагнітну обстановку і стан атмосфери. Об'єкт повинен був впасти в заданий місце, а якби сталася магнітна буря і виникла б аномалія густини, то станція «Мир» могла б впасти не в Тихий океан, а, скажімо, десь в Австралії ...
По-друге, в дослідженні Сонця потрібно використовувати всі засоби спостереження, які є у різних країн. Потрібно обмінюватися інформацією, тому що безпека в космосі - наша спільна проблема. Це розуміють всі, незалежно від поточної геополітичної ситуації. В ідеалі добре було б обмінюватися новітніми методами захистів від факторів космічного простору, але ці методи безпосередньо пов'язані з технологіями, які ніхто просто так нікому не віддасть.
Прогнозування космічної погоди приділяється значна увага в цілому ряді країн з розвиненою космічною діяльністю, особливо в США. Існує навіть спеціальний журнал Space Weather, в якому регулярно публікуються матеріали про те, що і коли сталося з тим чи іншим супутником і з якої причини. Цим треба обов'язково займатися, адже в століття високих космічних технологій багато буде залежати від космічної погоди.
Ми працюємо з Центром управління космічними польотами. Інформація Центру прогнозів ІЗМІРАН використовується при підготовці запусків з Байконура, Плесецка, а тепер вже і з космодрому Східний. Наш інститут входить в систему Аспос ОКП (Автоматизована система попередження небезпечних ситуацій в навколоземному космічному просторі). Кожен день ми постачаємо зацікавлені установи прогнозами космічної погоди. Через несприятливі умови може бути скасований вихід космонавтів у відкритий космос.
Геліобіологія - наука майбутнього
- А як Сонце впливає на людину?
- Цим питанням займається ціла наука - геліобіологія. У серці і в мозку людини є певні ритми від 1 до 10 Hz, що збігаються з природними резонаторами. Частоти магнітосферного резонатора впливають на серце, а частоти іоносфери впливають на мозок людини. Коли ці природні резонатори наповнюються випромінюванням через підвищеної сонячної активності, то люди зі слабкою адаптацією, тобто хворі, можуть це відчути. Здорові люди адаптовані до цих змін.
За статистикою виклики швидкої допомоги під час магнітних бур, коли у хворих людей погіршується стан здоров'я, зростають на 20%. Ми лише вивчаємо фізику магнітних бур і супутніх явищ, а вплив цих явищ на людину вивчають медики, ми ділимося з ними даними наших спостережень.
Геліобіологія - наука майбутнього. Сьогодні основні зусилля медицини, природно, спрямовані на боротьбу з явними хворобами: рак, СНІД і т. Д. Магнітні бурі такої небезпеки, як ці захворювання, для людини не становлять. Хоча ніхто не знає, скільки людей похилого віку або людей, які страждають хронічними захворюваннями, можуть постраждати під час сильної магнітної бурі. Такої статистики просто немає.
Людина - найскладніший об'єкт у Всесвіті - з'явився в стійкою рівноважної системі Сонце - Земля. Ми отримали планету з киснем, атмосферою, магнітним полем, які захищають нас від згубних впливів з космосу. І коли в цій системі щось порушується, то не може не позначитися на нас і на всьому, що нас оточує.
11-річні цикли сонячної активності умовно нумеруються починаючи з 1755 року. У період одного циклу кількість сонячних плям і інших активних явищ на Сонці змінюється від максимуму до максимуму і від мінімуму до мінімуму. Сьогодні астрономи спостерігають 24-й сонячний цикл
Голова президії ВЕС ВКС доктор технічних наук Ігор Ашурбейлі, з доповіді «Повітряно-космічна сфера як фактор взаємної безпеки»
Згадаймо і про сонячні спалахи, які генеруються за допомогою магнітних перезамикання на Сонце, що призводять до викиду радіації потужністю в тисячі атомних бомб і посилають потоки рентгенівських і гамма-променів високої потужності в космічний простір зі швидкістю світла. Цей «радіаційний вибух» відрізняється від викидів корональної маси, які супроводжуються вивільненням маси і іонів, а не випромінювання. Спалахи можуть виводити з ладу супутники, підвищують ризики онкологічних захворювань і призводять до генної мутації в регіонах планети, що знаходяться поблизу озонових дір.
У 1859 році гігантський викид корональної маси вразив Землю і викликав комплекс потужних активних явищ, в тому числі відмова всіх телеграфних систем, існуючих на той час на планеті. Якби сталося таке сьогодні, по всьому світу були б зруйновані лінії електропостачання, телекомунікаційні та навігаційні супутники, системи нафто- і газопроводів.
