«Космическая среда» Космическая погода
Категория: СолнцеВедущая - Мария Кулаковская. Совместный спецпроект радиостанции «Голос России» и студии «Роскосмос» (Федерального космического агентства).
От солнечной активности зависит все живое и неживое на Земле. Что такое космическая погода? Как Солнце влияет на Землю?
Гость программы «Космическая среда» - Сергей Александрович Богачев, ведущий научный сотрудник Физического института имени Лебедева Российской академии наук (ФИАН), доктор физико-математических наук.
Солнцезависимость Земли.
Еще с древних времен мореплаватели считали пятна на Солнце кознями дьявола. В такие дни выходили из строя навигационные приборы, стрелку компаса лихорадило, моряки сбивались с курса и очень часто погибали. Сегодня ученые объясняют этот феномен магнитными бурями.
Говорит Тамара Бреус, главный научный сотрудник Института космических исследований РАН: «От Солнца летят частицы с магнитным полем. Это его атмосфера. Она заполняет все межпланетное пространство, и все планеты погружены в эти частицы, эти потоки. Солнце дышит. Там происходят термоядерные реакции. Потоки то усиливаются, то ослабляются и давят на магнитную оболочку Земли. У Земли есть собственное магнитное поле. Оно защищает Землю, в то же время не настолько, чтобы не реагировать на интенсивность и скорость этих потоков».
Пятна на Солнце и магнитные бури – не единственные стихийные бедствия космической погоды. Проявления активности Солнца многообразны: это излучения в видимом свете, ультрафиолете, рентгене, гамма-лучах, потоки его энергетических частиц.
Еще в начале прошлого столетия русский ученый Александр Чижевский предположил, что многие процессы на Земле определяются одиннадцатилетним солнечным циклом: и активность жизненных циклов, и распространение эпидемий, и урожайность, и даже социальные катаклизмы. Сегодня врачи уверены, Солнце влияет и на здоровье людей.
Рассказывает Юрий Гурфинкель, доктор медицинских наук: «У человеческого организма нет большого выбора в реагировании. Чаще всего организм воспринимает внешние воздействия как некоторую стрессовую ситуацию, на которую он должен отреагировать. Во время магнитных бурь в крови человека появляется достаточно большая концентрация адреналина, которая способствуют спазму и агрегации клеток, то есть склеиванию клеток крови».
Сейчас Солнце вступило в новую фазу своего активного состояния. Пик этой фазы придется на 2012 и следующий за ним годы. Но уже сегодня взрывы и вспышки на Солнце происходят почти ежеминутно. Звездные катастрофы отражаются на Земле.
Говорит Лев Зеленый, директор Института космических исследований РАН, академик: «Солнце связано с Землей двумя нитями. Первая – это электромагнитное излучение. Солнце – сильный источник электромагнитных волн. Максимум приходится на зеленый свет. Наши глаза устроены так, что мы попадаем в ту область, где Солнце имеет самое мощное излучение. Об этом знало человечество с момента своего зарождения. Недаром у египтян главный бог – бог Солнца.
Вторая нить, которая связывает Солнце с Землей, была открыта с началом космической эры. Это солнечный ветер. Оказывается, Солнце – это не только волны, но и частицы. Фактически мы живем в короне Солнца. Этот поток плазм называется солнечным ветром».
Корональные выбросы включают в себя плазму, состоящую в основном из электронов и протонов наряду с небольшим количеством более тяжелых элементов - гелия, кислорода, железа. Среди возможных побочных эффектов - полярные сияния, магнитные бури, нарушения в работе электрооборудования и ухудшение распространения радиоволн. Но и отсутствие магнитных бурь не всегда хорошо для Земли.
Вспоминает Ким Иванов, доктор наук, заведующий секцией космической магнитоплазмики Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имени Пушкова РАН: «Зима 2006-2007 годов была почти бесснежной. Нельзя было кататься на лыжах. Депрессивная осень. Начиная с ноября почти все время было темно, почти не было Солнца. Отчего? Земля вступала в эпоху минимума, когда много космических лучей и нет магнитных бурь».
И хотя Солнце находится довольно далеко от нас (на расстоянии 150 миллионов километров), его исследования – одно из важнейших направлений современной науки. Наблюдения за космической погодой помогут землянам лучше понять Солнце, от которого напрямую зависит жизнь Земли и Солнечной системы.
Интервью
Кулаковская: В нашей студии Сергей Богачев, ведущий научный сотрудник Физического института имени Лебедева Российской академии наук, доктор физико-математических наук. Сергей, здравствуйте!
Богачев: Добрый день!
Кулаковская: Мы с вами будем говорить о прогнозировании космической погоды. Я знаю, что вы не просто исполнитель, а инициатор совместного проекта «Роскосмоса» и ФИАН. Расскажите, пожалуйста, что собой представляет этот совместный проект?
Богачев: ФИАН давно квалифицированно работает в этой области космической погоды. Это одна из ведущих тематик института. Мы по своей инициативе примерно около года уже отрабатывали выдачи прогноза на людей, на информационные агентства. Мы поняли, что это довольно интересно обычным людям. Примерно пять тысяч человек приходят ежедневно, чтобы узнать о ситуации на Солнце, на Земле, в атмосфере Земли, в ближайшем космосе.
Конечно же, главным потребителем такой информации являются космические агентства. Поэтому мы давно начали обсуждать с «Роскосмосом» возможности взаимной кооперации. Не все было гладко, поскольку «Роскосмосу» нужна специфическая информация, которая соответствует именно их запросам. Мы выработали такую информацию, именно те данные, которые интересны «Роскосмосу», и около двух недель транслируем их на сайте «Роскосмоса» пока вполне успешно.
Кулаковская: Но проект же не только для «Роскосмоса»? Он же и для нас, простых людей? Как вы считаете, насколько важно знать космическую погоду? И вообще, что такое космическая погода?
Богачев: Космическая погода - пока не очень устоявшийся термин. Им называют два разных явления. Первое - это погода, относящаяся к Земле. Мы хорошо знаем, что атмосфера Земли может характеризоваться такими параметрами, как температура, влажность воздуха, давление, скорость ветра. Они знакомы нам в привычном ощущении.
Однако объективно существует ряд параметров, которые не могут быть объяснены никаким образом, кроме использования внешних причин. Например, колебания магнитного поля, магнитная буря. Это явления, которые реально регистрируются, но имеют внешние причины. Это перебои в радиосвязи, связанные с атмосферой Земли, изменения в плотности атмосферы. Такие обычные факторы обычной погоды, которые имеют космическое происхождение, называются космической погодой.
Однако есть и второе понятие космической погоды. Это погода в космосе. Космос, окружающий нас, - это ни пустота, ни вакуум. Это некая среда, которая проводит возмущение. Она бывает плотной, холодной, горячей. И для «Роскосмоса», обслуживающего космические аппараты, важнее именно эта погода. Состояние радиационное, плазменное на орбитах спутников, на трассах дальних станций, возможно, в перспективе на трассах полетов на Марс. Эти обе погоды мы стараемся давать разным потребителям.
Кулаковская: Информация о космической радиации, наверное, может пригодиться не только «Роскосмосу», но и авиаперевозчикам? Ведь не секрет, что на высоте 9-11 километров, на которой летают самолеты, существует космическая радиация, и порой даже очень большая.
Богачев: Объективно говоря, да, но все-таки не очень большая. Нам так повезло, мы живем на дне воздушного океана (есть такая красивая фраза). Это означает, что мы живем на некоем дне, и все возмущения, которые наверху происходят из космоса, этим океаном поглощаются. Конечно же, чем выше мы поднимается, тем слабее поглощение, тем сильнее окружающий уровень.
Но, тем не менее, на высоте полета самолетов это проценты, небольшое количество. А вот на орбите МКС (200 километров) это уже фактор, который действительно важен. А на орбите 500 километров и выше это уже вещи, которые угрожают жизни и здоровью людей.
Кулаковская: Вы считаете, что для авиапассажиров такой уровень радиации безопасен? Но бывают же вспышки?
Богачев: Он не более опасен, чем на Земле. Дело в том, что атмосфера Земли имеет окна пропускания. Она поглощает не все. А через некоторые окна к Земле проникает ультрафиолетовое излучение. Например, доктора вызывают это загаром. Он хоть и приятен на глаз, но все-таки вреден для кожи.
Ультрафиолетовое излучение во время вспышек может возрастать довольно прилично - в несколько раз. Я лишь хочу сказать, что опасность в самолете не больше, чем на поверхности Земли. То есть, с точки зрения космоса между высотой 0 и 9-11 километров нет никакой разницы.
Кулаковская: Сколько людей на Земле чувствительны к космической погоде? И почему метеозависимость ощущается всегда по-разному: порой за сутки до магнитной бури, а порой - за несколько часов?
Богачев: Хороший вопрос. Прежде всего, в чем причина зависимости от магнитных бурь? Человек как организм не чувствует магнитные поля. Если вы возьмете в руки магнит, наверное, вы не почувствуете ничего. Если палец сунете в розетку, то почувствуете очень хорошо. Человек ощущает электрическое поле, но не чувствует поле магнитное.
Однако именно переменные магнитные поля по своей физике существенно отличаются от обычных, стационарных. Переменные магнитные поля могут генерировать в организме дополнительные токи. Поэтому хотя мы и живем в магнитном поле Земли, мы его не ощущаем.
Быстрые, резкие колебания этого поля вызывают в организме человека дополнительные токи, которые влияют на движение крови, поскольку у человека есть плазма - как бы проводящая среда. Кроме того, у человека есть токи головного мозга, на которые влияет побочное возмущение. Поэтому именно эти функции организма - мышление, центральная нервная система и кровоток - наиболее подвержены воздействию.
Сколько людей зависимы, а сколько - нет, сказать трудно. Например, бывают скачки атмосферного давления. Я их совершенно не ощущаю. И если бы я не знал, что другие это чувствуют, я бы подумал, что это не имеет никакого значения. Соответственно, лично я не чувствую влияние магнитных бурь. По крайней мере, мне так кажется.
Кулаковская: Бывает так, что болит голова, и ты не знаешь, отчего. А по радио говорят, что это магнитные бури.
Богачев: Совершенно верно. Поскольку мы уже довольно давно выдаем эту информацию и имеем некий мониторинг на местах (люди пишут, сообщают), то я верю, что люди это чувствуют. Человек пишет: «Я плохо себя чувствую. Посмотрите, дорогие ученые». Мы смотрим - правда, очень резкий всплеск возмущения. Мне трудно сказать, сколько. Я думаю, может, 20-30 процентов людей в той или иной степени чувствительны к этому. Кроме того, это зависит от возраста, общего самочувствия человека, состояния организма.
Кулаковская: Так почему же это всегда по-разному ощущается людьми?
Богачев: Подчеркиваю, магнитные бури не нарушают жизнедеятельность человека, а, скорее, вмешиваются в нее. Если у человека, например, проблемы с кровообращением, с центральной нервной системой, это может как дополнительный фактор совсем вывести человека из равновесия.
Кулаковская: А влияет ли космическая погода на другие живые существа на Земле? Например, на дождевого червя. Такие опыты проводились?
Богачев: Главным фактором космической погоды является Солнце. Все возмущения, которые мы испытываем, приходят к нам от Солнца. Солнце очень сильно влияет на жизнедеятельность человека.
Работы ведутся еще с Александра Чижевского. Это наш великий соотечественник, к сожалению, много лет проведший в лагерях. В своей книге «Земля в объятиях Солнца» он показал совершенно удивительную зависимость. На Солнце есть некий цикл активности - 11 лет. То есть, каждые 11 лет Солнце становится активным, а потом спадает. В книге ученый приводит графики урожая пшеницы в Мексике, число самоубийств в Нью-Йорке - некую статистику, которую он смог найти. И удивительным образом во всех этих вещах он смог выделить одиннадцатилетний цикл Солнца.
Оказалось, что Солнце каким-то, не до конца понятным науке, образом влияет практически на все. Простой пример. Если срезать дерево и посчитать кольца на пне, то можно увидеть, что каждые 11 лет кольцо становится толще, чем обычно. Дерево откликается в своем росте. Солнце очень сильно влияет на биологические системы в целом. Но конкретный механизм его влияния пока не понятен до конца.
Кулаковская: Есть теория, что все революции происходили в то время, когда Солнце было в пике своей активности?
Богачев: 1905 год и 1917 год разделены двенадцатью годами. Это одиннадцатилетний цикл. Это годы максимальной активности.
Кулаковская: Когда будет следующий пик активности Солнца?
Богачев: В данный момент мы находимся в минимуме. Если к минимуму прибавить три-четыре года, то, видимо, 2013-2014 будет годом максимальной активности. Хотя бывают сбои цикла на Солнце.
Кулаковская: Олимпиада в Сочи. Скажите, а влияет ли человеческая деятельность на магнитосферу Земли? И если влияет, то как?
Богачев: Нет. Человек пока переоценивает свои возможности влияния на природу. Магнитное поле Земли формируется токами в ядре Земли. Эти токи имеют колоссальную энергию (не до конца понятную), за счет чего они генерируются. Это формирует поле Земли. Человек не способен повлиять на него.
Конечно, если находиться в нем с электромагнитными измерительными приборами, то локальность есть. Локально рядом с этими приборами магнитный фон может быть заметно повышен по сравнению с окружающим. В принципе, головная боль от телевизора, компьютера может быть связана с этим. Но в целом, чтобы человек на Земле поменял силу магнитного поля (тогда стрелка компаса будет показывать уже не на север, а на юг), пока совершенно невозможно представить.
Кулаковская: На основании каких данных ученых прогнозируют космическую погоду?
Богачев: Космическая погода формируется разными факторами. Как на Земле есть температура, влажность, давление, так и погода в космосе определяется разными параметрами – радиационной обстановкой, колебаниями магнитного поля и другими. Поскольку основной источник возмущения - Солнце, то самый простой способ - наблюдение за ним.
Информацию от Солнца мы получаем за 10 минут. Это время, которое необходимо лучам света, чтобы добраться до Земли. Возмущения от Солнца, сгустки плазмы, ударные волны от вспышек доходят до Земли через одни-двое суток. Поэтому, наблюдая какие-то вспышки на Солнце, анализируя их силу, конфигурацию магнитных полей, можно на день-два выдать информацию об их возмущениях на Земле. Это довольно точный прогноз, вероятность - до 90 процентов.
Кроме того, период обращения Солнца вокруг своей оси составляет 27 дней. То есть, за 27 дней мы осматриваем Солнце целиком. Оно полностью оборачивается. Проанализировав Солнце в целом, можно сформировать некий средний прогноз на 27 дней вперед. Точность этого прогноза несколько меньше, поскольку он дальний - 50-70 процентов. То есть, из трех событий два правильных и одно неправильное. Но такой прогноз тоже формируется, и многие им интересуются.
Кроме того, есть прямые измерения, например, в точке Лагранжа. На многокилометровой высоте над Землей вешается спутник. По нему ударяет ударная волна и идет дальше к Земле. Таким образом получают краткосрочный прогноз, наиболее надежный. Можно подключить космические аппараты, чувствительные к этому.
Кулаковская: Какие космические аппараты производят мониторинг магнитных бурь и вспышек на Солнце?
Богачев: У России нет аппаратов, которые мониторят вспышки на Солнце и магнитные бури. У России сейчас вообще нет ни одного своего научного спутника, к сожалению. Единственный научный спутник был «Коронас-Фотон». Этот аппарат как раз наблюдал за Солнцем. Мы делали аппаратуру для него. Из-за сбоя аккумуляторов на борту он уже не работает, но по-прежнему летает на орбите.
Информация, которую мы даем «Роскосмосу», собирается двумя способами. Во-первых, есть договоренности ФИАН с NASA о том, что мы получаем данные о Солнце напрямую с их новейшей солнечной обсерватории - Solar Dynamics Observatory (SDO). Мы в ФИАН имеем зеркало их информации. Как только они получили снимок из космоса - через минуту он у нас.
Второе, есть американская открытая система GOES. Это набор спутников, специально мониторящих среду, находящихся на таких орбитах, что они имеют возможность непрерывно передавать информацию на Землю. Как только спутник зарегистрировал что-то в космосе, уже через две минуты на Земле об этом известно. Это специальные орбиты. Данные с этих аппаратов открыты, но не все. Соответственно, мы пользуемся этим данными.
Что касается наших аппаратов. Мы сформировали и подали предложение «Роскосмосу». Мы рассчитали орбиты аппаратов. Двух спутников достаточно, чтобы начать такой мониторинг. Если проект пройдет, то через два-три года ту информацию, которые сейчас подаем по зарубежным данным, мы сможем полностью переключить на собственные.
Кулаковская: Информация США – это отлично, но хотелось бы иметь что-то свое. Разве не планируется у нас «Коронас-Фотон-2»?
Богачев: Нет, не планируется. В тот момент, когда спутник неожиданно вышел из строя, была на самом деле очень высокая степень готовности авторских коллективов. Поскольку еще были «горячие» компьютеры, рабочие места, технологические образцы. И была идея сразу же на основе этого спутника сделать второй довольно быстро, не разрабатывая чертежи.
На это были даже средства. Поскольку «Коронас-Фотон» планировался к работе как минимум три-четыре года, на него были выделены деньги. Их было достаточно, чтобы запустить новый аппарат. Но, к сожалению, не получилось. Мы нашли поддержку в «Роскосмосе». Но в самой Академии наук, которую я представляю, мы не смогли найти поддержку такого проекта. Проект по-прежнему существует, обсуждается, но сейчас отложен уже в долгий ящик.
Кулаковская: А существуют какие-то приметы, по которым можно прогнозировать погоду космическую, по крайней мере на орбите?
Богачев: Что можно увидеть на Земле? Во-первых, любой человек с Земли может увидеть солнечный пятна. Конечно, для этого не нужно смотреть на Солнце невооруженным глазом. Нужно какое-то стекло, а еще лучше - оптический прибор, простейший телескоп, бинокль, который вы закроете темным стеклом. Так вы с Земли сможете увидеть пятна на Солнце, какую-то конфигурацию. Чем больше пятен на Солнце, тем выше его активность.
Более того, в это трудно поверить, но человечество уже 260 лет ежедневно считает пятна на Солнце. Информация о солнечном цикле накоплена именно таким способом. Двести шестьдесят лет люди считали на Солнце пятна и обнаружили, что их то больше, то меньше. Это несколько непростой, но возможный способ.
Во-вторых, многие радиолюбители хорошо знают, что события на Солнце очень сильно влияют на дальнюю радиосвязь, которая использует отражение от ионосферы Земли. Поскольку Солнце ионизует атмосферу Земли и по сути формирует ионосферу, то высокая активность Солнца или ее предвестники могут возбуждать ионосферу. По перебоям в радиосвязи можно прогнозировать начало солнечной активности.
Другой способ - полярное сияние. Насколько он простой, я не знаю. Но полярное сияние - это прямая информация, что на Солнце происходят некие вспышки и, возможно, через день-два придут плазменные облака, ударные волны.
Кулаковская: В Москве-то полярного сияния нет.
Богачев: В Москве полярные сияния наблюдаются. Есть факты регистрации полярных сияний после крупных, рекордных вспышек.
Кулаковская: Что вы говорите! Когда в последний раз такое было?
Богачев: Была рекордная вспышка в октябре 2003 года. Насколько я помню, в Москве регистрировалось полярное сияние. Однако надо понимать, что в Москве небо очень сильно засвечено фонарями, освещением кругом, и глазу тяжело выделить полярное сияние на таком небе. Но ученые регистрировали такие явления при помощи приборов.
Кулаковская: А как относится к космическим стихийным бедствиям при том, что, не секрет, во многих средствах массовой информации космическая погода - это богатая тема для разного рода спекуляций?
Богачев: Совершенно верно. Но тут есть зерно здравого смысла. Солнце действительно влияет на людей, на Землю. Однако это влияние не носит катастрофического, разрушающего характера. Люди существуют на Земле два миллиона лет, и как-то мы дожили до этого времени, Солнце нас не убило.
Солнце как звезда довольно стабильное. И это большое счастье. Можно привести простой пример. Если бы температура Солнца повысилась на 20 процентов, то температура на Земле повысилась бы градусов на сто. И на освещенной стороне Земли кипели бы моря и океаны. Это не катастрофа, это, по сути, небольшое изменение температуры Солнца. И, наоборот, если бы температура на Солнце понизилась, Земля покрылась бы льдом.
В этом смысле Солнце способно погубить жизнь на Земле. Однако это только чисто теоретически. Мы наблюдаем похожие звезды во Вселенной на разных стадиях жизни (как очень молодые, только появляющиеся, так и уже умирающие) и знаем, сколько примерно живут такие звезды. Они живут порядка пяти-шести миллиардов лет и все это время светят чрезвычайно стабильно. Это с точностью до десятых долей процента.
Сравнивая Солнце с другими звездами, мы считаем, что Солнцу три-четыре миллиарда лет. Оно прожило около полвины своей жизни. Если говорить о каких-то катастрофах, то это будут периоды в миллиарды лет. Конечно, когда приходят сообщение типа того, что в 2012 году Солнце сожжет Землю (как правило, они анонимные), их не афишируют. Непонятно, как на них реагировать. Как правило, ученые их игнорируют. Может, это неправильно. Молчание со стороны ученых приводит к тому, что такие сообщения обрастают всякими слухами.
Кулаковская: Действительно, говорили, что Солнце может погубить все живое в 2012 году. Пожары - это главная репетиция конца света.
Богачев: Это не основано на научной информации. Ученые не допускают никакого прогноза, никакого сообщения, не основанного на научной информации.
Кулаковская: Мы благодарим вас за оптимистичный прогноз космической погоды. Спасибо.
Богачев: Спасибо вам. Всего доброго!
Кулаковская: Я напомню, что у нас в студии был Сергей Богачев, ведущий научный сотрудник Физического института имени Лебедева РАН.
Аудиоверсия программы
- Ссылки: