Солнце: друг или враг?

Гость программы «Космическая среда» — Владимир Кузнецов, директор Института земного магнетизма Российской академии наук, действительный член Академии астронавтики. Ведущая — Мария Кулаковская.История солнечных бурьВ середине XIX века ученые зафиксировали мощнейшие вспышки на Солнце. Это явление получило название Каррингтонского шторма, по имени открывшего его английского астронома Ричарда Каррингтона. Полярные сияния наблюдали даже на Кубе и Ямайке, а в Европе и Северной Америке…Солнце: друг или враг?Солнце: друг или враг?
Гость программы «Космическая среда» — Владимир Кузнецов, директор Института земного магнетизма Российской академии наук, действительный член Академии астронавтики. Ведущая — Мария Кулаковская.
История солнечных бурь
В середине XIX века ученые зафиксировали мощнейшие вспышки на Солнце. Это явление получило название Каррингтонского шторма, по имени открывшего его английского астронома Ричарда Каррингтона. Полярные сияния наблюдали даже на Кубе и Ямайке, а в Европе и Северной Америке из строя выходили телеграфные аппараты и телефонные линии. Однако глобальных последствий для человечества этот катаклизм не принес — тогда промышленность только начала развиваться.
Спустя 150 лет солнечные бури не стали менее опасными и, как считает руководитель Центра прогнозов геофизической обстановки Института земного магнетизма РАН Сергей Гайдаш, повторение подобной вспышки сегодня способно парализовать не только телефон и телеграф.
Говорит Сергей Гайдаш: «Мы становимся рабами, заложниками электронной техники. И дело не только в космических технологиях, где в спутниках наиболее ощутимо будет влияние на электронику, на солнечные батареи, на космонавтов. Но влияние будет и на нашу наземную технику. Все больше в нашей жизни используется микроэлектроника».
Корональные выбросы — так по-научному называются «солнечные фейерверки». Они состоят из плазмы наряду с небольшим количеством более тяжёлых элементов — гелия, кислорода и железа. Они могут вылетать более чем на два миллиона километров от поверхности Солнца.
Продолжает Сергей Гайдаш: «Фактически, это термоядерные взрывы. Практически, это от Солнца отрывается масса, в основном, это протоны и альфа-частицы, то есть радиация, радиоактивные облака. Они от Солнца отрываются и летят в разные стороны. В одной такой вспышке выбросов порядка 80 миллионов тонн такого вещества. Это плазма, радиация. Она летит к нам. Естественно, это на нас влияет. Если бы у нас не было двух защитных редутов, то, конечно, мы бы с вами не беседовали. Это была бы голая планета, она не представляла бы интереса».
Признаки этих взрывных явлений открыты космическими аппаратами в середине прошлого века. Однако до сих пор о солнечных бурях астрономам известно не много.
Говорит директор Института космических исследований РАН, академик Лев Зеленый: «Впервые солнечный ветер был обнаружен на наших лунных аппаратах нашим сотрудником в конце 50-х годов Константином Иосифовичем Грингаузем. И это одно из первых главных открытий космической эры. И это, конечно, сразу перевернуло все наши представления о Солнце. Потому что Солнце — очень стабильный источник излучения и очень нестабильный источник плазмы. То, что мы называем солнечными пятнами, которые имеют 11-летний цикл, это только самое внешнее проявление нестационарности Солнца».
В 2015 году к Солнцу стартует российская экспедиция. В рамках проекта «Интергелиозонд» спутник с близкого расстояния будет изучать процессы, происходящие на звезде, и передавать данные на Землю. «Интергелиозонд» должен подойти к Солнцу на минимальное расстояние, чтобы получить качественные фотографии его поверхности, изучить движение плазмы на Солнце и возникновение магнитных полей.
Специальные приспособления позволят спутнику лучше защищаться от воздействия светила и, при необходимости, менять орбиту. Кроме того, изучение солнечных магнитных бурь поможет понять свойства плазмы, которая станет основой термоядерной энергетики будущего.
Интервью
Кулаковская: В нашей студии директор Института земного магнетизма Российской академии наук, Владимир Кузнецов. Владимир Дмитриевич, здравствуйте!
Кузнецов: Добрый день!
Кулаковская: Владимир Дмитриевич, идея пригласить вас в студию возникла из-за изнуряющей нас жары. Скажите, пожалуйста, аномальная жара как-то связана с активностью Солнца?
Кузнецов: Всегда, когда происходят такие явления, особенно когда слишком жарко, все склонны думать, что виною Cолнце. Естественно, Солнце виной всегда всему, потому что вся жизнь на Земле определяется влиянием Солнца. Но связать данную жару в Москве, на этой неделе или на прошлой, очень сложно. Потому что система Солнце-Земля довольно сложная. И те процессы, которые происходят на Солнце, отражаются на Земле, но с неким сдвигом. Напрямую однозначно связать это не всегда удается. Как мы знаем, Солнце испытывает одиннадцатилетний цикл. И число активных явлений, которые там происходят, это число солнечных пятен, выбросов, вспышек. Они варьируются с периодом в одиннадцать лет.
Кулаковская: А мы сейчас в самом начале?
Кузнецов: Да, мы в самом начале. Но есть специфика этого периода. С этим связаны какие-то аномалии, и на Земле в том числе. Специфика состоит в том, что в декабре 2008 года закончился 23-й цикл солнечной активности. Предсказывался следующий, двадцать четвертый, цикл. Он предсказывался немного раньше. Определенная амплитуда. Но никто не угадал, когда закончится 23-й цикл и каким будет этот самый минимум. Были сделаны прогнозы, но сейчас видно, что они очень сильно не оправдались, потому что этот «период минимум» был очень длительный. Он уже длится, фактически, больше трех лет. Цикл закончился, дальше по всем признакам мы видим начало нового цикла. Но он не очень сильно растет. Пятна, которые характеризуют начало цикла то появляются, то исчезают. Но небольшое повышение есть. В целом, этот период был аномально большим — три года. Хотя это укладывается в общие закономерности, но бывает очень редко.
Кулаковская: О чем это говорит?
Кузнецов: Это говорит о том, что магнитное поле Солнца, в котором мы фактически находимся — потому что мы находимся в Солнечной системе, в солнечной короне, — когда Солнце имеет глобальное магнитное поле, и мы находимся внутри этого поля, оно защищает нас, в частности, от проникновения частиц, которые идут из космоса, из галактики. Когда на Солнце мало активности, как сейчас, в период, о котором мы говорим, поле ослаблено, и оно пропускает больше частиц из гелиосферы, из галактики в Солнечную систему, в том числе, на поверхность Земли. Есть соображения, откуда поток этих частиц. Он очень сильно влияет на те процессы, которые происходят в атмосфере Земли. На образование облачности. Это влияет, в свою очередь, на отражение энергии излучения Солнца. Раз изменяется количество поглощенния и отраженния атмосферы Земли, то и баланс меняется. В одном случае, когда нет облаков, океан нагревается больше, и течение Гольфстрим несет тепло в Европу.
Кулаковская: Значит, на климат на Земле это все-таки влияет?
Кузнецов: А когда облаков много, то океан не столько тепла несет. Это влияет на атмосферные процессы и на циркуляцию масс, которые несут с собой, соответственно, тепло и холод. Солнечная активность моделирует процессы, которые происходят в атмосфере Земли, хотя связь и не прямая. Имеется некое запаздывание процессов, которые происходят на Солнце, с теми процессами, которые происходят на Земле. Потому что поле меняется тоже с некой задержкой. Пока эти процессы доходят до Земли, проходит определенное время, поэтому такую связь не всегда просто установить.
Кулаковская: Некоторые ученые полагают, что Солнце определяет и социальные процессы, протекающие на Земле.
Кузнецов: Все знают, что был такой ученый, наш отечественный, Чижевский, который высказал такое предположение.
Кулаковская: Люстра Чижевского.
Кузнецов: Который от этого пострадал. Конечно, это не совсем научный подход. Мы можем предполагать это. Наверное, так и есть, что Солнце влияет на окружающую среду, в которой мы живем. Мы знаем, что когда активные явления происходят, то меняется давление в атмосфере, происходят резонансные эффекты. Атмосферный резонанс не совпадает с резонансами мозга. Есть монотосферный, который с резонансами сердца. Изменяются характеристики среды. А поскольку мы живем в ней…
Почему, скажем, люди начинают не больше спортом заниматься, а идут восставать. Ясно, что причиной всех этих вещей являются экономические вопросы. Известно, что корреляция урожайности зависит от солнечной активности. И если правильно угадывать, какой год будет неурожайный, запасти пшеницу и избежать эти экономические проблемы, то никаких революций не будет. Причиной неурожайности могли быть, скажем, не экономические проблемы, а, в качестве первой причины, солнечная активность. Но это не прямая связь. Просто надо принять меры, чтобы компенсировать эти проблемы, а люди пытаются связывать напрямую. Это абсолютно неправильно.
Кулаковская: Потому что, действительно, если посмотреть, то годы активного солнца…
Кузнецов: Аналитический центр проводил сопоставления этих событий….
Кулаковская: Да. 1905, 1917. Значит, этот год будет урожайным.
Кузнецов: Знаете, я не могу сказать. Факт в том, что есть минимум активности. И некоторые специалисты предсказывают, что у нас начинается так называемый маундеровский минимум, его аналог. Было такое явление солнечной активности примерно с 1640 по 1710 год, оно называлось «маундеровский минимум», по имени английского ученого, который исследовал, когда на Cолнце практически не было активности. Тогда активность была очень маленькая, примерно такая, как сейчас. Этот период длился 70 лет. И сейчас предсказывается, что будет либо маленький цикл, либо серия маленьких циклов. И соответственно, это будет сказываться на атмосферных процессах.
Кулаковская: В 1859 году на Землю обрушился так называемый Каррингтонский шторм, который полностью парализовал работу телеграфной системы в Северной Америке и в Европе. Ученые прогнозируют, что нечто подобное может произойти в 2012 году.
Кузнецов: Это известная тема. Мы даже писали статью от института по поводу этого в кавычках апокалипсиса, потому что это все преувеличение и гипертрофирование той информации, которая была на самом деле, искажение ее. Откуда появляется 2012 год? Когда заканчивался 23-й цикл? Он должен был закончиться в седьмом-восьмом году. Следующий цикл начинается так — прибавляется примерно 4-5 лет, и получается максимум, следующий 24-й цикл. NASA правильно делает. Оно обозначает проблему, что будет повышенная солнечная активность. Надо готовиться. И занимается тем, чтобы получить финансирование проектов. По-русски говоря, выбивают деньги.
Кулаковская: Вот именно.
Кузнецов: Да. И они это делают корректно, не допуская никаких таких вещей.
Кулаковская: Молодцы.
Кузнецов: Как-то в прессу, в нашу или не нашу, просочилось. То ли неправильно перевели, то ли неправильно поняли. Подняли такой шум. Информация, что в 2012 году будет максимум активности. Потом сказали — не максимум, а будет целая катастрофа. Сказали, что на Солнце произойдет мощная вспышка, которая все уничтожит.
Кулаковская: Новости надо ведь из чего-то делать.
Кузнецов: Да. Но вы понимаете, они заявили: «На Солнце может произойти вспышка!». В 2012 году их много, наверное, произойдет, если будет максимум. Но почему эта вспышка точно произойдет на видимой стороне Солнца? А не на другой стороне? Вообще невозможно предсказать, где она произойдет. Гипотетически можно сказать. Но никаких вспышек, которые уничтожат Землю, быть на Солнце не может. Мы уже столько лет довольно детально наблюдаем Солнце. Ничего такого не происходит. А по косвенным данным можно на тысячу лет назад заглянуть. Ничего такого не было. У нас есть результаты моделирования: во сколько раз нужно увеличить максимальные явления на Солнце, чтобы что-то произошло заметное на Земле. Примерно в сто раз надо увеличить самые мощные явления, которые могут быть на Солнце, чтобы Земля что-то ощутила. И такой энергетики никогда не наблюдалось. Здесь была допущена некорректность.
Теперь по поводу Каррингтонского события. Действительно, те измерения, которые давно велись, зарегистрировали очень мощные события. Тогда наша наземная техническая инфраструктура не была так развита. Единственной системой, на которую в итоге это повлияло, был телеграф. Сейчас ситуация совсем другая. Сейчас множество протяженных энергосистем, линий электропередач, железнодорожный транспорт, газопроводы, нефтепроводы, объекты энергетические, атомные станции. Все эти энергоемкие объекты подвержены влиянию факторов космической погоды. Это связано с тем, что, когда на Солнце происходят события, выбросы массы или вспышка, то на Земле через два-три дня происходят обычно магнитные бури, если это идет в направлении Земли.
Магнитные бури — это колебания магнитного поля Земли. Поле Земли имеет примерно форму диполя. И когда на него идет облако плазмы, оно начинает колебаться. Это и есть магнитная буря. Во время такого явления, если мы вспомним курс физики из школы, возникают токи. Во всех проводящих системах есть такая рамка, она движется, и меняется площадь в магнитном поле, и по ней движется ЭДС, происходит изменение потока. Во всем пространстве, где мы живем на Земле, возникает электродвижущая сила. И если есть технические проводящие системы — телеграф, линии электропередач, длинные газопроводы — по ним начинают течь токи.
В 1989 году произошло известное событие в Канаде, когда во время аналогичной магнитной бури была нарушена энергосистема, включая столицу Канады — Оттаву. Девять часов не было электроэнергии. На атомном заводе перегорел трансформатор, который смогли заменить только через полгода. Слава богу, ничего не произошло. Восстанавливали это дело долго, ущерб был, по разным оценкам, порядка одного-двух миллиардов долларов.
Сейчас все уже поняли, что надо контролировать Солнце, надо измерять все. И это делается по всему земному шару. Особенно этим занимаются Канада, Северная Америка и отчасти мы. Потому что магнитный полюс наклонен в сторону Канады, и эти эффекты в окрестностях магнитного полюса наиболее сильны. И они их в первую очередь ощущают. Мы, конечно, тоже ощущаем. У нас тоже это происходит.
И это не говоря о влиянии на спутники. Это все очень развилось сейчас: спутниковые системы — GPS, ГЛОНАСС, мобильная связь. Когда происходит буря, атмосфера «разбухает», и они тормозятся. Потом есть непосредственное воздействие частиц, которые летят от Солнца и возникают в магнитосфере. На электронику спутников множество фактов воздействует. В Соединенных Штатах это целая огромная индустрия под названием «космическая погода». Там есть специальные службы, которые контролируют, прогнозируют.
У нас в Институте, в Академии наук, тоже есть такой центр, который выдает прогнозы относительно этих событий. Мы даем информацию в Роскосмос в связи с запусками и в Центр управления полетами в связи с управлением МКС — Международной космической станцией и спутниками. Это новая развивающая отрасль. Здесь и связь со средой обитания, в которой мы с вами живем, и с инфраструктурой, наземной и космической, которая все более развивается. Мы начали от Каррингтонского события и пришли к современности. Поэтому это влияние мы все больше и больше ощущаем по причине технического развития нашей инфраструктуры. И дальше будем все больше ощущать и зависеть от этого.
Кулаковская: Если мы на Земле как-то защищены от солнечных возмущений атмосферы, то как быть космонавтам?
Кузнецов: В связи с этим обсуждаются проблемы полета, скажем, на Луну, на Марс. Сейчас идет эксперимент, когда космический корабль вместе с космонавтами вылетает за магнитосферу Земли. Вы сказали, что мы защищены. Мы защищены на Земле магнитным полем. Магнитный щит защищает нас от частиц, от радиации. Они магнитным полем отклоняются, не попадают на Землю. Это как авария в Чернобыле, также и радиация на Земле. Из космоса она не попадает из-за магнитного поля.
Но пилотируемые корабли полетят за пределы магнитосферы Земли. Там, в открытом космосе, на Луне, на Марсе нет защиты. А на Солнце события будут происходить. Поэтому нужно будет прогнозировать ситуацию и защищать космонавтов, то есть, обеспечивать мониторинг радиационной обстановки. И у нас есть такие космические проекты, которые направлены на то, чтобы это постепенно развивать. Они будут развиваться параллельно с пилотируемой программой. И такие проекты будут реализовываться.
Кулаковская: Расскажите, пожалуйста, о проекте «Кронос-Фотон» (видимо, имеется в виду «Коронас-Фотон»- прим. пресс-службы Роскосмоса). Он успел получить какие-то ценные данные?
Кузнецов: В России исследованиям Солнца уделяют большое внимание Академия наук, Совет по космосу, «Роскосмос». Это одна из составных частей программы фундаментальных космических исследований. В России была программа » Кронос «, она включала три аппарата, последний был » Кронос -Фотон». Был довольно богатый комплекс аппаратуры, и он работал. Аппарат был запущен в январе 2009 года, аппаратура работала очень хорошо. Потом начались проблемы с самим аппаратом. То есть, как это по-русски сказать, «телега», на которую ставятся аппараты и везутся, обслуживает — она везет довольно сложные системы, аппараты. Она должна обеспечивать энергетикой, ориентацией и так далее. Начались проблемы с балансом энергопитания, насколько я знаю. В какой-то момент, после ряда перебоев, в декабре 2009 года, аппарат просто прекратил работать. Буквально, на днях, по-моему, 30 июня, Роскосмос принял окончательное решение. Потому что был некий период, когда пытались восстановить работу. Были солнечные орбиты, когда энергетика могла быть повышена, но это не удалось. И 30 июня он был закрыт окончательно. Но солнечная программа продолжается. И у нас следующий проект.
Кулаковская: «Интергелиозонд».
Кузнецов: «Интергелиозонд» — это совершенно новый проект. Аппарат направляется в ближайшие окрестности Солнца. Такой проект еще не реализовывался. Наряду с Россией попытки реализации такого проекта предпринимают американцы, у них есть проект «Солнечный зонд», и европейцы. И это шаг вперед. Идея состоит в том, чтобы всякий раз, когда мы с лучшим разрешением смотрим на Солнце или проводим измерения каких-то солнечных параметров в неисследованных областях гелиосферы, мы всегда получали новые результаты. Как говорится, модели — моделями, а когда увидишь, то сразу становится ясно. Подлетая близко к Солнцу, мы сможем наблюдать более мелкие детали. Грубо говоря, более подробно рассмотреть Солнце, магнитные поля, атмосферу. И все это даст новое понимание самого Солнца.
Кулаковская: Природы.
Кузнецов: Да, природы. Как работает. Там много всяких научных аспектов. На это направлен проект. Сейчас он переходит уже в техническую стадию. Я недавно вернулся с научно-технического совета, где в НПО имени Лавочкина этот вопрос рассматривался. И принято решение о том, чтобы продолжать разработку эскизного проекта. У нас в федеральной программе срок обозначен — 2014 год запуска. Будем стараться выдерживать эти сроки.
Кулаковская: Мы пожелаем вам успеха.
Кузнецов: Спасибо.
Кулаковская: Спасибо, Владимир Дмитриевич. Я напомню, что у нас в студии был директор Института земного магнетизма Российской академии наук Владимир Кузнецов. Спасибо еще раз, Владимир Дмитриевич.