С изобретением телескопа в начале XVII века, одного из величайших инструментов человечества, Галилео Галилей обнаружил на Солнце пятна. В XXI веке люди уже запускают спутники к самому Солнцу. А как себя чувствует Земля в объятиях Солнца и передается ли настроение звезды нашей планете? Откуда на Солнце пятна и почему там происходят вспышки? Куда дует солнечный ветер и почему случаются геомагнитные бури и полярные сияния? Как можно прогнозировать экстремальные события космической погоды, которые оказывают прямое влияние на здоровье космонавтов, а также работу технологических систем в космосе и на Земле?
Лектор: Татьяна Подладчикова — кандидат технических наук, старший преподаватель Космического центра Сколковского института науки и технологий. Она занимается исследованиями в области солнечно-земной физики, разработками новых сервисов космической погоды, а также междисциплинарными прикладными проектами. Лауреат международной медали Александра Чижевского по космической погоде и космическому климату.
Модератор: Борис Долгин.
Подладчикова: Меня зовут Татьяна Подладчикова, я являюсь исследователем Космического центра Сколковского института науки и технологий. Наша работа заключается в изучении настроения Солнца, в том, как это настроение передается Земле и как защищать наше общество и наши технологии от опасностей космической погоды.
У меня к вам вопрос: насколько хорошо, насколько сильно вы осознаете роль Солнца в нашей жизни? Солнце настолько большое, что его диаметр больше диаметра Земли в 100 раз. Солнце очень тяжелое, оно содержит в себе более 99 % массы всей Солнечной системы и удерживает планеты Солнечной системы на своих орбитах. Поэтому неудивительно, что Солнце влияет на жизнь на Земле, а также на другие планеты Солнечной системы.
В Солнце поместится более миллиона таких планет, как Земля. И у Солнца сейчас средний возраст. Это очень хорошо для нашей жизни, потому что молодые звезды — более активные, и радиация может убивать всё зарождающееся живое. И Солнце — это не твердое тело, это газовый шар. У Солнца экватор вращается быстрее, чем полюса. Средний оборот Солнца вокруг своей оси — 27 дней.
Поверхность Солнца — представьте себе кипящий чайник — словно кипит. Горячий газ поднимается наверх, остывает и опускается назад. И каждую секунду Солнце превращает 600 млн тонн водорода в гелий. В этот момент, согласно известному всем уравнению Эйнштейна, Солнце превращает 4 млн тонн материи в энергию. И эта энергия дает нам свет и тепло, а также обеспечивает очень благоприятные условия жизни на Земле.
Но, к сожалению, в то же время Солнце — это источник мощных выбросов, которые оказывают проблемы в космосе, на Земле, в околоземном космическом пространстве.
В ядре Солнца движущиеся заряды создают магнитное поле. И магнитное поле Солнца содержит в себе колоссальную энергию. Энергия поднимается наверх и прорывается сквозь поверхность Солнца, — так образуются солнечные пятна. Они очень тесно связаны с корональными выбросами массы, с солнечными вспышками и другими активными событиями на Солнце.
Когда солнечные извержения направлены на Землю, мы с вами находимся под влиянием космической погоды. Космическую погоду создает Солнце: это солнечные вспышки, корональные выбросы массы (гигантские облака плазмы, вырывающиеся из атмосферы Солнца), а также геомагнитные бури и полярные сияния.
Но нам с вами повезло, потому что у Земли есть магнитное поле, которое, как огромный зонтик, защищает нас от потока солнечного ветра и солнечной радиации. Но, к сожалению, не всегда. Сейчас мы во многом зависимы от современных технологий. Но именно современные технологии очень чувствительны к влиянию космической погоды. Например, спутники уже очень прочно вошли в нашу повседневную жизнь. Мы широко используем спутники: для навигации, для мониторинга Земли, радиосвязи и т. д. Одна из самых серьезных опасностей связана с так называемыми галактическими космическими лучами. Это очень энергичные, очень мощные частички, которые прилетают к нам из нашей и других галактик, врезаются в солнечные батареи спутников, в итоге батареи выходят из строя и спутники падают в океан. Поэтому во время повышенной солнечной активности фактически бомбардировка частицами съедает электронные органы спутников и выключается чувствительное оборудование — в выключенном состоянии больше шансов, что оно выживет.
Представьте себе: сейчас вокруг Земли летает более четырех тысяч спутников. А потеря и перезапуск спутника — это миллиардный бюджет.
Нам с вами повезло: на Земле мы находимся под надежной защитой магнитного поля Земли. Но космонавт в открытом космосе подвержен большому радиационному риску. Мощная вспышка на Солнце — это колоссальное высвобождение энергии, которое можно сравнить со взрывом десятков миллионов водородных бомб. Например, в 1972 году произошла одна из самых мощных вспышек за всю историю наблюдения, и как раз в этом году осуществлялось два полета на Луну. И если бы космонавты попали под вспышку, они бы получили смертельную дозу радиации. А недавно, 10 сентября 2017 года, произошла одна из самых мощных солнечных вспышек за последние 12 лет, которая вынудила космонавтов на борту Международной космической станции перейти в укрытие. Не то чтобы это специальные укрытия, там просто стены толще, электроники больше.
На старте космического корабля космонавт испытывает колоссальнейшие перегрузки, а в условиях невесомости у космонавта вытягивается позвоночник, в среднем на 5–8 см. Когда он возвращается на Землю, он испытывает колоссальные боли. На самом деле, на Земле происходят похожие процессы: когда утром мы просыпаемся, наш рост может быть в среднем на сантиметр выше, чем вечером, когда под действием силы тяжести позвоночник сжимается. И действительно в открытом космосе радиация может, проникая в тело, выбивать электроны из атомов и молекул. Разрушается структура ДНК. Страдает всё — глаза (у космонавтов может быть катаракта), внутренние органы, кости, кожа…
И, к сожалению, на сегодня вопрос защиты от солнечной радиации не решен. Но, как говорил Константин Циолковский, человечество не останется вечно на Земле и будет совершенствоваться, развиваться и осваивать космическое пространство. Конечно, для этого нужно будет совершить научно-технологические прорывы во многих областях науки и развития технологий, нужно будет научиться добывать воздух, воду, синтезировать пищу, строительные материалы, фактически научиться заново жить в условиях космической среды.
Циолковский, например, не мог учиться в университете из-за проблем со слухом. Но он встретил в московской библиотеке философа и русского космиста Николая Фёдорова, который взялся его направлять — при условии, что Циолковский направит свои усилия на решение такой проблемы, как перенаселение Земли. И Циолковский сказал, что мы полетим на другие планеты. Тогда, конечно, его считали безумцем. Но он придумал реактивное движение в космосе, и уже очень скоро после этого в космос полетел первый человек. Этот разговор сейчас продолжает, например, основатель Amazon Джеф Безос, также основатель частной аэрокосмической компании Blue Origin: он говорит о том, что через несколько сотен лет вся наша тяжелая промышленность будет за пределами нашей планеты.
И сейчас сфера космического туризма развивается очень активно. Например, вы можете ощутить состояние невесомости, не выходя в открытый космос, на высоте 6–9 км, осуществив параболический полет. Можно также совершить суборбитальный полет, а в будущем и орбитальный полет, уже на высоте выше 100 км. Сейчас разрабатываются проекты космических отелей, надувных отелей, которые пристыковываются к МКС. Возможно, уже очень скоро космический полет, космическое путешествие будет как привычный всем перелет на самолете. Но, конечно, необходимо будет консультироваться с условиями космической погоды для планирования своего путешествия.
Во время активных событий на Солнце атмосфера Земли может нагреваться, а из-за нагрева она разбухает, и в итоге спутники тормозятся, сходят с орбиты и падают в океан. Когда спутники сходят с орбиты, если они столкнутся с маленькой частичкой — меньше одного сантиметра — космического мусора, эта частичка, летящая на огромнейшей скорости, может действовать как бомба при столкновении с космическим аппаратом.
С момента запуска первого спутника в космосе уже находится более 41 000 тонн искусственных объектов, и уже большая часть из них вернулась обратно в атмосферу Земли неконтролируемым образом. Это и остатки ракет, и большие куски космического мусора. И это представляет серьезную опасность для населения и инфраструктуры. Поэтому, конечно, очень важно прогнозировать солнечную активность, чтобы планировать возвращение объектов в атмосферу, чтобы предупреждать столкновения, моделировать космический мусор, а также корректировать орбиты. Во время повышенной солнечной активности — где-то раз в три недели — орбиты спутников корректируются. Например, в 1979 году, когда спускали станцию Skylab — это была американская станция, тоже, в частности, для изучения Солнца, — там не совсем рассчитали эффект торможения из-за состояния атмосферы. Но это очень сложная задача, это не так-то просто. И станция в конце концов упала неконтролируемо в океан. Слава богу, что в океан, а не на город. А уже, например, когда спускали станцию «Мир», очень тщательно консультировались насчет состояния атмосферы.
Во время повышенной солнечной активности навигационный сигнал может ошибаться на 200–300 м, а может и вовсе «ослепнуть». Например, 4 ноября 2015 года в Швеции самолеты исчезли с радаров из-за вспышки на Солнце, и аэропорты прекратили свою работу на время. Компании могут менять маршруты перелетов, особенно если это перелет через полюса, или даже вовсе отменять их. Можно лететь чуть-чуть ниже: чем ниже, тем меньше радиация, — но чем ниже, тем плотнее атмосфера, а чем плотнее атмосфера, тем больше топлива [расходуется], соответственно, тем дороже будет стоить перелет.
Во время очень активных событий на Солнце, очень мощной вспышки человек во время перелета может получить дозу радиации больше, чем в 100 флюорографических обследований. Но, конечно, такое случается достаточно редко.
Если мы спустимся чуть-чуть ниже к Земле, то во время геомагнитных бурь вариации магнитного поля Земли приводят к тому, что во всех длинных наземных технических системах возникает электрический ток. Это и железная дорога, и электростанции, и трубопроводы. Может быть очень серьезное влияние на электростанции. Дело в том, что геоиндуцированные токи втекают в заземление станций и разрушают фактически всю инфраструктуру: из строя выходят транзисторы. Так, например, произошло в Канаде в 1989 году, когда очень сильная геомагнитная буря в связи с событиями на Солнце привела к отключению электричества, и на сутки без тепла, без радиосвязи, фактически в условиях паники осталось более 6 млн человек. Финансовые потери от такой бури составили более $300 млн. А, например, в 2003 году серия геомагнитных бурь привела к фактически мгновенному сбою GPS по всему миру. В некоторых странах также не работала сотовая связь.
Точно так же в трубопроводах раньше времени нарушается защита от коррозии. Например, в среднем трубы служат 15 лет. Но уже через три года из-за наводки токов появляются коррозийные пятна. Это заметный экономический эффект. И бывали такие случаи, например, на российской железной дороге, когда зеленый свет светофора спонтанно переключался на красный. Пути свободные, а все поезда останавливаются. Это тоже происходило из-за наводки токов.
В 1972 году из-за события на Солнце подводные морские мины фактически сработали сами по себе. Они восприняли вариации магнитного поля как проплывающие мимо корабли. А в 1967 году чуть было не началась Третья мировая война, потому что солнечная вспышка атаковала американские системы раннего оповещения, и это было воспринято как атака со стороны СССР. Но в последний момент поняли, что это вспышка на Солнце.
Одна из самых мощных геомагнитных бурь за всю историю наблюдения произошла в XIX веке, в 1859 году, когда события на Солнце привели к сбою работы телеграфа в Европе и в США. А в XIX веке телеграф использовался для ведения бизнеса, для личных контактов. Даже есть записи разговоров операторов. Некоторое время приборы работали напрямую от атмосферы, и они даже говорили, что это лучше, чем в обычных условиях. Это событие назвали событием Кэррингтона — в честь английского астронома Ричарда Кэррингтона. И если подобное событие произойдет в наши дни, наши современные технологии, к сожалению, не защищены. Мы останемся без электричества, без радиосвязи, без интернета — фактически без ничего.
Кстати, событие, похожее по силе на событие Кэррингтона в XIX веке, уже произошло в 2012 году. Но, к счастью, оно не задело Землю. Тем не менее нашему поколению нужно изучать экстремальные явления космической погоды и готовиться к таким событиям.
Я рассказала вам сейчас о технологиях, но я хочу добавить вот что, это важно: мы живем на Земле, мы находимся под мощной защитой магнитного поля Земли. И фактически 20 % своей жизни мы живем в условиях геомагнитной бури. Мы об этом не задумываемся. На пике солнечной активности может быть пятьдесят геомагнитных бурь в году. Система «Солнце — Земля» — это очень стабильная система, и это некий миф, что от магнитной бури болит голова или что-то происходит в организме. Дело в том, что это условия нашей жизни, благодаря именно этим условиям возможна жизнь. И здоровый человек адаптируется к этим условиям. Но, к сожалению, если есть какие-то трудности со здоровьем, действительно во время геомагнитных бурь повышается до 20 % количество вызовов «скорой помощи», и там уже могут быть какие-то последствия. Но факторы атмосферного давления здесь намного сильнее, чем факторы геомагнитной бури. Новость о геомагнитной буре может иметь большие последствия, чем сама геомагнитная буря.
Но важно готовиться, прогнозировать и изучать экстремальные события, потому что они могут оказать колоссальнейшее влияние на нашу жизнь. Например, если выйдет из строя электростанция, поставка нефти и газа будет затруднена. А это, в свою очередь, приведет к каскадному эффекту во многих сферах нашей жизни — это и коммуникации, и транспорт, и государственные услуги, и службы спасения, и скорая помощь, и т. д. Даже поставка воды будет затруднена, потому что для этого необходимо электричество. И, конечно же, ситуация абсолютной паники и неопределенности — это тоже очень страшная ситуация.
Но такие масштабные события, как событие Кэррингтона, по оценкам ученых и специалистов, могут происходить раз в 500 лет. А такое событие, как в Квебеке, может происходить раз в 50 лет, поэтому, конечно же, нашему поколению нужно обязательно уметь прогнозировать экстремальные события космической погоды, уметь от них защищаться. Сейчас по всему миру создаются и работают центры мониторинга и прогнозирования космической погоды.
Как раз во время этой сильной бури в XIX веке английский астроном Кэррингтон наблюдал за Солнцем (вообще у него был пивной бизнес). Он увидел совершенно случайно, как вдруг среди группы солнечных пятен что-то вспыхнуло. Он это нарисовал. И через 18 часов на Земле как раз начались события: телеграф вышел из строя, полярные сияния были видны по всей планете. И он предположил, что вспышка на Солнце вызвала геомагнитную бурю на Земле. Тогда уже занимались измерением геомагнитной активности, уже какие-то были предположения. Тем не менее его идею восприняли очень скептически, особенно президент Королевского астрономического общества лорд Кельвин. Мы с вами знаем кельвины как меру температуры. И он, конечно, был очень влиятельной фигурой, на некоторое время это заблокировало исследования. Но, как говорил Константин Циолковский, новые идеи нужно поддерживать, не многие имеют такую смелость, но это очень ценное, важное свойство людей. И, конечно, чтобы объяснить, как же вспышка на Солнце могла вызвать геомагнитную бурю на Земле, тогда, в XIX веке, нужно было открыть новую физику, чтобы объяснить, как же энергия передается от Солнца к Земле. И ответы на эти вопросы пришли гораздо позже.
Если вы откроете древние хроники разных стран, в них есть упоминания о пятнах на Солнце. В основном такого плана: «как будто гвозди, вбитые в Солнце». Но инструментальное наблюдение солнечных пятен началось с изобретением телескопа, когда Галилей фактически дерзнул направить свой телескоп на Солнце и увидел там солнечные пятна. Вот это — его рисунки. А это — рисунки другого европейского астронома. Они наносили на один и тот же лист пятна, которые увидели в свои телескопы в разные дни. И моментально поняли, что это — что-то, что принадлежит самому Солнцу, а не планеты, которые проплывают мимо Солнца. Также поняли, что Солнце вращается, и по движению солнечных пятен смогли определить скорость вращения Солнца. Также поняли, что экватор Солнца наклонен, при этом ось наклона меняется в разные дни года. И уже позже Р. Кэррингтон очень тщательно проанализировал так называемое дифференциальное вращение Солнца — когда экватор вращается быстрее, чем полюса, и до сих пор этими результатами пользуются и сегодня.
Сейчас, конечно же, за Солнцем наблюдают десятки обсерваторий на Земле и в космосе. Перед вами фотография солнечной поверхности, выполненная наземным телескопом, и мы видим здесь пятна. Но вот эти линии, которые используются для фокусировки телескопа, — это на самом деле паутина. Это очень удобный и простой способ, и в XIX веке очень уважаемые ученые писали серьезные статьи о том, как это сделать, как поймать своего паука, когда лучше это делать, как обеспечить ему очень комфортные условия, чтобы он плел качественную паутину, и как потом эту паутину надевать на телескоп. И это очень удобный простой способ, которым пользуются и по сей день.
В ядре Солнца — экстремальные температуры, экстремальные энергии. В основном энергия соответствует рентгеновскому диапазону. И постепенно эта энергия очень-очень медленно, миллион лет, поднимается наверх, скажем так.
Кстати, железо в вашей крови когда-то родилось в ядрах звезд, которые взорвались миллиарды лет назад.
И постепенно энергия, которая поднимается наружу, грубо говоря, уменьшается и начинает соответствовать видимому диапазону. И мы это уже начинаем видеть. И то, что мы видим, мы называем солнечной поверхностью. Видимая поверхность солнца поэтому называется греческим словом «фотосфера» — сфера света. И это источник солнечного света. Самое главное, что именно солнечный свет (также инфракрасное излучение) является основной энергией, которую Земля получает от Солнца. Рентген и ультрафиолет — намного меньше, и мы этого не видим. Но мы видим на поверхности Солнца, как образовываются солнечные пятна. Именно образование солнечных пятен является основной деятельностью солнечной активности. Солнечные пятна очень тесно связаны со вспышками, корональными выбросами массы и другими активными событиями на Солнце.
В солнечный телескоп не смотрят, потому что могут быть очень серьезные последствия. В солнечный телескоп кладут специальный лист, на котором отражается солнце, и наблюдатель обводит, сколько он видит пятен, сколько он видит групп пятен (часто пятна ходят группами), и заносит это в специальный протокол. Потом все обсерватории отсылают свои измерения в Королевскую обсерваторию Бельгии, которая ответственна за производство бюллетеней о пятнах на Солнце.
Вот это, например, бюллетень 1947 года, когда на Солнце было обнаружено самое большое пятно за всю историю наблюдений. Оно в 37 раз больше Земли.
Если же мы посмотрим на Солнце в течение определенного времени и запишем наши наблюдения вот таким образом, мы увидим, что поведение Солнца подчиняется определенному «расписанию» со средним периодом в 11 лет. Кстати, такую периодичность достаточно просто обнаружить. Но обнаружили ее совершенно случайно в XIX веке, это сделал аптекарь Генрих Швабе, который очень хотел найти планету, которая летает вокруг Солнца по орбите Меркурия. Планету он не нашел, но обнаружил солнечный цикл. Это очень долго, то есть телескоп был изобретен в 1610 году, прошло более 250 лет, прежде чем одиннадцатилетний цикл солнечной активности был обнаружен, это очень много для обнаружения такой связи. Нужно всего лишь записывать и наблюдать.
Одиннадцатилетний солнечный цикл начинается с зарождения пятен на средних широтах, и постепенно к максимуму солнечного цикла пятна двигаются к экватору, и мы уже видим очень много пятен на экваторе, а потом потихонечку пятна исчезают. Для удобства каждый солнечный цикл нумеруют. Сейчас у нас закончился 24-й цикл, и совсем-совсем недавно начался 25-й цикл солнечной активности. Прогнозами солнечной активности занимается большое количество ученых, потому что это очень важный вопрос для планирования космических миссий и для целого ряда других приложений космической погоды. Если вы посмотрите, может быть, здесь даже можно разглядеть столетний цикл. Но у нас слишком мало данных, чтобы однозначно судить об этом. И видно, что в последние циклы солнечная активность была в целом маленькая. Но это не значит, что экстремальное событие может не произойти. Потому что исторически экстремальные события как раз произошли на спаде солнечной активности. Объяснить это можно так: на пике солнечной активности энергия постоянно высвобождается, но зато на спаде солнечной активности и когда солнечная активность маленькая, циклы небольшие, энергия накапливается-накапливается и высвобождается один раз, но зато очень мощно.
Пятно на Солнце — это не просто какое-то маленькое пятнышко, оно может быть существенно больше Земли. Это области очень сильных магнитных полей. Температура здесь понижена по сравнению с другим Солнцем, поэтому пятна кажутся темными. И они тормозят перенос энергии, тепла из недр Солнца. Но в конце концов накопленная энергия прорывается вверх и высвобождается в космическое пространство.
Вот это так называемые гранулы. Горячий газ поднимается наверх, опускается, охлаждается, а размер одной гранулы может быть больше, чем расстояние между Москвой и Санкт-Петербургом.
Это фотография солнечного пятна, выполненная в очень большом разрешении телескопом с диаметром зеркала в один метр на Канарских островах.
А это фотография Солнца, выполненная телескопом на Гавайях с диаметром зеркала в четыре метра. Этот телескоп заработал недавно, первый свет был в декабре 2019 года. Он позволит разглядеть такие детали на Солнце, которые раньше нам не были доступны.
Сейчас и в России разрабатывается национальный гелиофизический комплекс в Сибири, и в Европе разрабатываются новые мощные инструменты. И как телескоп Галилея позволил получить очень важное знание о нашей Солнечной системе, о Солнце, точно так же новые, более совершенные инструменты однозначно приведут к новому знанию о нашем мире. Космические исследования делают нашу жизнь лучше. Мы даже не задумываемся, как много космических исследований переходят в нашу повседневную жизнь. Например, цифровой фотоаппарат: он у вас сейчас есть у всех в кармане в мобильном телефоне. Но когда-то встал вопрос: как же фотографировать из космоса, за пределами атмосферы Земли, которая поглощает ультрафиолет и рентген? И изобрели цифровой фотоаппарат, CCD-камеру. Теперь она есть у всех в кармане.
Давайте еще раз посмотрим на фотографию фотосферы. Мы видим здесь солнечные пятна. Если мы сделаем фотографию магнитного поля Солнца, мы увидим, что места солнечных пятен очень тесно связаны с сильными магнитными полями. Вот белое и черное — это области различной магнитной полярности. Получается, что пятна — это наиболее явное проявление деятельности магнитного поля Солнца. В итоге накопленная энергия прорывается вверх, в атмосферу Солнца, и в атмосфере образуются гигантские петли, которые содержат в себе солнечное вещество.
В минимуме одиннадцатилетнего цикла солнечной активности, когда пятен на солнце фактически нет, магнитное поле Солнца выглядит как привычный всем магнит. Но из-за того, что экватор вращается быстрее, чем полюса, магнитное поле Солнца «запутывается», словно клубок ниток, и уже к максимуму солнечной активности обычное, классическое магнитное поле с двумя полюсами превращается в сложную структуру из магнитных полей, и на Солнце образуется большое количество солнечных пятен, происходит огромное количество активных событий: солнечные вспышки, корональные выбросы массы, — и постепенно, когда цикл ослабевает, к концу одиннадцатилетнего солнечного цикла опять магнитное поле Солнца превращается в привычное, классическое поле с двумя полюсами. Но при этом на Солнце происходит смена магнитных полюсов каждые 11 лет.
Давайте посмотрим на фотографии магнитного поля, выполненные во время различных одиннадцатилетних солнечных циклов. Эта фотография выполнена в солнечном цикле № 23. Здесь у нас Южное полушарие, Северное полушарие, и мы видим, что пятна имеют противоположную магнитную полярность: здесь — беленькое-черненькое, а тут — черненькое-беленькое, наоборот. Но если мы посмотрим на такую же фотографию в следующем солнечном цикле, мы увидим ситуацию ровно наоборот: здесь — черненькое, здесь — беленькое. И уже в цикле № 25, который только-только начался, мы увидим опять ситуацию наоборот: здесь — беленькое, а здесь — черненькое.
Вы зададите вопрос: когда лучше лететь в космос? Например, на максимуме солнечной активности, когда очень много вспышек, очень много корональных выбросов массы, или на минимуме, когда Солнце более-менее спокойно? Очень сложно ответить на этот вопрос однозначно. Давайте посмотрим на эту картинку. Мы видим здесь количество пятен на Солнце, а красная линия — это количество галактических космических лучей, о которых я говорила вам в начале, о том, что они представляют самую серьезную угрозу для спутников, например, летающих на геостационарной орбите Земли. И что мы видим: мы видим, что солнечная активность растет, а количество космических галактических лучей падает. А если солнечная активность на минимуме, галактических космических лучей очень много.
Дело в том, что на максимуме солнечной активности магнитное поле Солнца настолько сильное, что оно выметает галактические космические лучи из Солнечной системы. А на минимуме — наоборот, в нашей Солнечной системе очень много галактических космических лучей. И последние исследования говорят о том, что если речь идет о долгосрочном космическом полете, то лучше, конечно, лететь на максимуме. Хотя риск попасть под вспышку или корональный выброс массы достаточно большой.
Фотосфера, видимая поверхность Солнца, переходит в так называемую хромосферу. Но если мы посмотрим на Солнце, хромосферу мы не увидим, если не предпримем специальные меры. Хромосферу можно увидеть, например, во время полного солнечного затмения. Буквально на пару минут мы увидим такой красноватый оттенок — это излучение хромосферы. Поэтому хромосфера называется «сфера цвета». Просто так мы ее не увидим, потому что там плотность очень сильно падает и излучение хромосферы намного слабее излучения фотосферы. Конечно, мы хотим наблюдать хромосферу и изучать явления, которые очень хорошо видны в хромосфере не только во время полного солнечного затмения, поэтому применяются специальные фильтры, которые блокируют мощный свет от фотосферы.
Вот, например, это фотография хромосферы, выполненная наземным телескопом, это фотография хромосферы, выполненная телескопом из космоса. И мы видим, что в местах солнечных пятен появляются такие яркие области. Это интересно: почему тут темное, а тут яркое? Потому что в хромосфере удивительным образом, совершенно непонятно, каким, температура растет. И то, что было темным, становится светлым. И в хромосфере очень удобно наблюдать такие очень красивые явления, как солнечные протуберанцы. Это такая более холодная солнечная материя, которая зависает над поверхностью Солнца. Возникает вопрос: а как же она может так зависать над поверхностью Солнца? Ведь гравитация должна притягивать протуберанец назад на Солнце, он должен падать, — но он не падает потому, что действуют магнитные силы, и они действуют против сил гравитации. Это как струна, она может натянуться, и уже в космос выбрасывается огромная материя. Протуберанцы очень тесно связаны с корональными выбросами массы, мы о них сейчас еще чуть-чуть поговорим, но так бывает, что гравитация Солнца, скажем так, выигрывает и притягивает протуберанец назад. Протуберанец вынужден упасть назад на Солнце и не вылетает в космическое пространство.
Я уже упомянула вопрос о температуре и сейчас хочу еще раз об этом рассказать. Давайте посмотрим на этот рисунок. Горизонтальная ось показывает рост высоты, вертикальная ось — рост температуры. В фотосфере, видимой поверхности Солнца, температура падает, и это логично: чем дальше от костра, тем холоднее. Но в хромосфере температура начинает расти, это совершенно нелогично: как так? Чем дальше от костра, тем больше температура растет? Как так может быть? Верхняя атмосфера Солнца называется солнечной короной. Очень жалко, что слово «корона» сейчас приобрело негативный оттенок, потому что атмосфера Солнца очень красивая. Почему она называется короной, я расскажу чуть позже. И здесь, между хромосферой и короной, находится так называемый переходной слой, где температура драматически растет, до 1 млн К. Почему так происходит — ответа на этот вопрос нет, это открытый вопрос физики Солнца.
Если мы хотим пронаблюдать солнечную корону, мы тоже можем ее увидеть только во время полного солнечного затмения. Вот, например, фотография короны на минимуме солнечной активности, а это фотография короны на максимуме солнечной активности. Мы видим здесь структуру короны, как яркий солнечный свет фотосферы подсвечивает эту структуру. И мы видим, что на минимуме одиннадцатилетнего цикла и на максимуме одиннадцатилетнего цикла структура разная. Лучи на максимуме фактически напоминают корону, поэтому и называется «солнечная корона».
Если мы хотим изучать не только структуру солнечной короны, а ее собственное излучение, мы должны уже смотреть на нее в экстремальном ультрафиолете, потому что там очень высокие температуры, и поэтому излучение короны соответствует уже рентгену или ультрафиолету. Поэтому мы смотрим на солнечную корону, например, в экстремальном ультрафиолете.
Здесь мы видим вспышку. Вспышка — это колоссальный взрывной процесс выделения энергии. Одна вспышка может дать энергии больше, чем вырабатывают все электростанции на Земле за год. И, как правило, силу вспышки оценивают по ее рентгеновскому излучению. Это данные рентгеновского излучения, выполненные спутником на геостационарной орбите Земли, и мы видим резкий скачок. Потому что жесткое рентгеновское излучение, если бы не было земной атмосферы, нас бы сгубило. Но наша атмосфера поглощает рентген и тем самым нас защищает. Тем не менее в нашей атмосфере происходят заметные эффекты: нарушается электромагнитная связь, спутники тормозятся, атмосфера разбухает, и т. д.
Также в солнечной короне мы можем наблюдать такие явления, как корональные выбросы массы. Это гигантские облака плазмы, которые выбрасываются из атмосферы Солнца и летят, например, на Землю. Вспышки и корональные выбросы массы — это самые мощные и энергичные события в нашей Солнечной системе. И часто с корональными выбросами массы связаны так называемые магнитозвуковые ударные волны. Если вы посмотрите на эту картинку, вы увидите, как огромнейшая волна плазмы распространяется по Солнцу. И эти же волны распространяются и в космическом пространстве, и если корональный выброс массы — гигантское облако — и связанная с ним ударная волна достигнут Земли, на Земле могут происходить очень серьезные события: сильные геомагнитные бури и другие явления.
Это корональный выброс массы в 2012 году, который по силе напоминает событие Кэррингтона в XIX веке. Вы видите, какое мощное событие, очень быстрое и мощное. Неделей раньше — и Земля оказалась бы на линии огня. Но нам, честно говоря, повезло, потому что, по оценкам экспертов, восстановление от такой бури заняло бы до десяти лет, триллионы долларов экономических потерь и очень серьезные последствия.
Конечно, солнечную корону мы хотим наблюдать тоже не только во время полного солнечного затмения, поэтому применяются специальные коронографы, которые блокируют яркий диск от фотосферы. Здесь показаны два коронографа с разным полем зрения. И если мы видим пузырь, как здесь, это и есть корональный выброс массы. В данном случае пузырь не направлен на Землю, он направлен в сторону. Если бы пузырь был виден со всех сторон, тогда он летел бы на Землю.
А это событие идущих две недели подряд геомагнитных бурь в 2003 году, на пике солнечной активности, которые привели к сбою в технологиях в космосе и на Земле по всему миру, я о нем упоминала чуть ранее. Очень мощные, огромнейшие группы солнечных пятен произвели очень мощные вспышки, которые, в свою очередь, связаны с серией корональных выбросов массы, распространяющейся во всем межпланетном пространстве. И мы даже видим здесь «снег» от частиц — это энергичные частицы врезаются в CCD-камеру.
Часто в поле зрения коронографа попадают кометы. И кстати, благодаря именно коронографам огромное количество комет было обнаружено за последние годы. У кометы есть два хвоста, и именно благодаря наблюдению за хвостами комет догадались о существовании солнечного ветра. Один хвост кометы состоит из пыли, его сносит солнечный свет, а второй хвост кометы — газовый, и его уже сносит солнечный ветер. Именно по наблюдению хвоста кометы можно понять, куда дует солнечный ветер. Солнечный ветер — это непрерывный поток заряженных частиц от Солнца. Он дует 24 часа в сутки. Если параллельно происходит корональный выброс массы, солнечный ветер может это облако либо ускорить, либо затормозить. Но, к сожалению, как именно рождается солнечный ветер и как именно он ускоряется, — это на сегодня открытый вопрос физики Солнца.
Солнечный ветер содержит в себе солнечное вещество, и в то же время он вытягивает магнитное поле Солнца в межпланетное пространство. И фактически получается, что вся наша Солнечная система заполнена солнечным магнитным полем и солнечным ветром. Но поскольку экватор Солнца вращается быстрее, то магнитное поле Солнца в межпланетном пространстве в Солнечной системе начинает напоминать спиральную структуру. Можно сравнить это с поливным шлангом на даче. И эта спиральная структура напоминает юбку балерины, физики даже используют такой термин — «юбка балерины». И получается, что Земля и все планеты Солнечной системы обитают в складках этой юбки. И фактически мы живем в атмосфере Солнца. Выдающийся русский ученый Александр Чижевский говорил: «Земля постоянно находится в объятиях Солнца, и настроение Солнца передается Земле через эти объятия».
Солнечный ветер постоянно дует в Землю. Он прилетает к Земле, и с дневной стороны у нас под давлением солнечного ветра магнитосфера Земли сжимается, а с ночной стороны магнитосфера Земли вытягивается в длинный-длинный хвост. Никто не знает, где заканчивается этот хвост. И солнечный ветер не может проникнуть внутрь магнитосферы. Магнитосфера — это щит, защита от солнечной радиации. Но существуют определенные условия, при которых она может проникнуть, и это можно сравнить с переключением стрелок на железнодорожных путях: раз — и уже многотонный состав мчится внутрь магнитосферы. Этот механизм называется «магнитное пересоединение».
Вот из Солнца вылетает облако, оно подлетает к Земле, и при определенных физических условиях происходит разрыв магнитных линий Земли, они пересоединяются с магнитными линиями, прилетевшими от Солнца, с межпланетным магнитным полем, на ночной стороне магнитные линии между собой опять пересоединяются, часть энергии выбрасывается в космос, а часть засыпается по магнитным линиям Земли в полюса. И так мы становимся свидетелями прекраснейшего, удивительно красивого явления — полярного сияния. Полярный овал существует постоянно, просто в дни очень сильных геомагнитных бурь он расширяется до средних широт, можно увидеть полярное сияние на Кубе, как было в XIX веке, на экваторе фактически, и даже в Москве.
Что такое полярное сияние? Заряженные частички от Солнца засыпаются в атмосферу Земли, взаимодействуют с частичками нашей земной атмосферы, и в результате этих столкновений рождается фотон, который соответствует длине волны определенного цвета. Какой цвет — зависит от того, с чем сталкивается заряженная частичка: с азотом, кислородом… Также, конечно, это зависит от высоты.
А это рисунок полярного сияния, выполненный до начала инструментального наблюдения за Солнцем. Даже просто глядя по рисунку, можно предположить, что… тут можно посмотреть даже фазу Луны, — это было очень яркое полярное сияние, и скорее всего, оно было связано с очень мощными событиями на Солнце и с очень мощной геомагнитной бурей. Когда на Солнце происходит очень сильное событие и вылетает очень мощный корональный выброс массы, как, например, в XIX веке, они могут прижимать магнитосферу Земли настолько близко к Земле, что спутники, которые летают на геостационарной орбите Земли, остаются без мощной защиты. Это приводит к выводу из строя тысячи спутников во время мощной геомагнитной бури. Когда заряженные частицы прилетают к нам в магнитосферу Земли, магнитосфера захватывает их в своеобразную магнитную ловушку. Магнитное поле Земли заставляет эти частички ходить определенным строем, скажем так, по определенным правилам. Представьте себе условную магнитную линию и заряженную частичку, которая наматывается на эту линию, потом летает от одного полюса к другому, и потом дрейф частиц оборачивается вокруг Земли. И всё это происходит за доли секунд. Фактически мы живем в центре огромной, исполинской электроустановки. Вокруг Земли образуется кольцо электрического тока, оно ослабляет магнитное поле Земли, и на Земле происходит геомагнитная буря.
Такие области захваченных частиц называются радиационные пояса Земли, потому что они представляют собой два тора, фактически пояса. Внутренний радиационный пояс из-за взаимодействия галактических космических лучей с атмосферой Земли в основном состоит из протонов, а внешний пояс -— из очень энергичных электронов. Электроны здесь разогнаны до релятивистских скоростей, то есть до скоростей света фактически, они имеют огромнейшую энергию. Поэтому они представляют большую угрозу для более чем 4 тысяч спутников, которые сейчас летают вокруг Земли.
До сих пор мы говорили только о том, как Солнце создает космическую погоду, но я бы хотела сказать о том, что человек тоже может создавать космическую погоду. Например, советские и американские ядерные испытания привели к возникновению в 1960-х гг. искусственного радиационного пояса Земли. Сейчас его уже нет, но в те времена он являлся большой угрозой для спутников, которые летали в этой области. Также сейчас для связи с подводными лодками, самолетами используют так называемые сверхдлинные волны. И некоторые исследования говорят о том, что именно сверхдлинные волны отталкивают электроны от планеты, создавая некое пространство между двумя радиационными поясами Земли. Если это подтвердится, то, может быть, в будущем это станет способом защиты от солнечной радиации, одним из способов, при долгосрочных космических полетах.
Под конец я хочу рассказать о том, как можно просто выполнять прогноз космической погоды. Если мы видим солнечный диск и пятна на Солнце, большую группу пятен — часто группы живут очень долго, — мы знаем, что через один оборот Солнца она может вновь появиться на этой же долготе, и какие-то решения уже могут приниматься, потому что повышается вероятность вспышки. Если мы видим группу пятен на солнечном лимбе, мы знаем, что через пять-шесть дней она окажется в центре, на геоэффективной солнечной долготе, и это повышает вероятность солнечной вспышки, запуск в космос может быть в этом случае отменен.
Когда поняли, что из Солнца дует солнечный ветер, сразу поняли, что есть два типа солнечного ветра: медленный и быстрый. И вот как раз быстрый солнечный ветер связан с так называемыми корональными дырами на Солнце. Сейчас даже можно увидеть в новостях: «На Солнце зафиксирована корональная дыра, ожидайте быстрый солнечный ветер через три дня». Это такая структура, у которой магнитные линии открытые, и частицы могут очень легко вылетать в космическое пространство, эти корональные дыры порождают быстрый солнечный ветер. Если мы видим корональную дыру, направленную на Землю, то действительно через несколько дней на Земле может быть зафиксирован быстрый солнечный ветер, который приводит к возмущениям в магнитосфере. Также, если мы видим пузырь, распространяющийся во все стороны, — это фиксация коронального выброса массы, который летит на Землю. Но фиксация самого факта того, что магнитное облако летит на Землю, не гарантирует магнитную бурю. Дело в том, что мы еще не знаем, произойдет ли магнитное пересоединение, когда это облако подлетит к Земле. И узнать мы это можем в так называемой точке Лагранжа L1. Земля крутится вокруг Солнца, и между Солнцем и Землей есть точка Лагранжа, или точка либрации — это такая точка, которая всё время находится на линии Солнце — Земля. Она находится в 1,5 млн км от Земли, и фактически облако долетело уже к этой точке, но на Землю еще не прилетело. Поэтому данные по радиоканалу передаются на Землю, и оперативные краткосрочные решения уже могут приниматься.
Конечно, существует огромное количество сложных физических и математических моделей. Сейчас разрабатывается миссия в точку Лагранжа L5, есть спутники в точке L2, и т. д.
Я хотела вам еще рассказать о двух новаторских космических миссиях, которые были запущены за последние годы. В 2018 году к Солнцу был запущен спутник Solar Probe, а в 2020 году — спутник Solar Orbiter. 410 лет назад Галилео Галилей дерзнул посмотреть на Солнце, а уже в XXI веке мы запускаем спутники к самому Солнцу. Они подлетят к Солнцу настолько близко, что помогут нам ответить на ключевые вопросы в солнечной физике, о которых я сегодня говорила: как нагревается солнечная корона, как рождается и ускоряется солнечный ветер, как работает магнитное поле Солнца, что происходит, когда магнитные поля меняются местами.
Все планеты Солнечной системы, летают вокруг Солнца в определенной плоскости — плоскости эклиптики. И фактически мы никогда не видели, не делали фотографий полюсов Солнца. Solar Orbiter благодаря гравитационным маневрам сможет выйти из плоскости эклиптики и впервые заглянуть на полюса Солнца. И мы сможем ответить на вопросы, как же работает наша звезда, как она создает гелиосферу, в которой живут планеты нашей Солнечной системы, и как она влияет на процессы на Земле.
Я присутствовала на запуске Solar Orbiter, это очень впечатляет. Хотела рассказать вам интересную деталь: перевозка ракеты к месту старта — это очень медленный процесс, по специальной грунтовой дороге, способной выдерживать огромные грузы. Скорость около 800 м/ч, это очень медленно. Процесс может происходить целый день, восемь часов. Это даже медленнее, чем ползают черепахи. И как раз эту дорогу, поскольку она под солнышком, очень любят черепахи. И они часто выходят на эту дорогу, им тоже интересно понаблюдать запуск. И есть специальные люди, которые идут и убирают черепах перед перевозкой ракет.
Мы сейчас вступаем в новую эпоху освоения космического пространства. Как люди запускали корабли в плавание, чтобы открывать новые миры, так сейчас космические аппараты посылаются всё дальше и дальше от Земли к далеким мирам, чтобы тоже открывать новые миры. И сейчас между Солнцем и Землей находится огромное количество спутников. Их можно объединить в единую обсерваторию гелиосферы, которая осуществляет невероятное освоение космоса. И это следующий шаг в эволюции человека. Есть аппараты, которые изучают и другие звезды, и вспышки на других звездах. И на других звездах уже зафиксированы вспышки, которые в тысячи раз сильнее самых сильных вспышек на Солнце. Видимо, у них должны быть огромные звездные пятна, и возникает вопрос, как же такая огромнейшая вспышка способна производить такое колоссальное количество энергии.
Изучаются другие звезды, планируются новые миссии, чтобы изучать ультрафиолетовое излучение этих звезд, похожих на Солнце. Потому что вспышка может фактически лишить экзопланету атмосферы. И именно ультрафиолетовое излучение определяет условия, которые способны зародить жизнь. Поэтому такие исследования сейчас ведутся, и в будущем тоже планируются космические миссии.
А напоследок я хочу показать вам фотографию Земли с расстояния в 6 млрд км. Эта бледно-голубая точка — фотография Земли, выполненная спутником Voyager, который был запущен… Voyager-1 и Voyager-2 были запущены в космос в 1970-х гг. с целью изучения Солнечной системы. И сейчас уже Voyager пересек границу гелиосферы, зону, до которой Солнце достает своими щупальцами, солнечным ветром, и впервые аппарат, созданный руками человека, коснулся чего-то, что не принадлежит нашей Солнечной системе, столкнулся с межзвездным ветром и до сих пор передает данные на Землю. Это одна из величайших миссий и демонстраций дерзости и смелости человеческой мысли. И какие бы ни бушевали бури, я желаю вам хорошей космической погоды. Спасибо за внимание!
Долгин: Спасибо большое за рассказ. Начнем с вопросов зрителей. «А каковы частицы, из чего состоит солнечный ветер?»
Подладчикова: Это, в основном, электроны, протоны и ядра гелия, и всё.
Долгин: «Скажите, пожалуйста, а на фотографии короны 2017 года это на максимуме или на минимуме?»
Подладчикова: Я постараюсь ответить немножко детальнее. На минимуме солнечной активности у нас, в основном, такие лучи — они называются стримеры, — в основном, из экватора. А на максимуме солнечной активности настолько всё активно, что мы видим эти стримеры со всех сторон. И поэтому структура на максимуме солнечной активности вот такая красивая. Если у вас есть возможность увидеть когда-нибудь вживую полное солнечное затмение, я бы очень это рекомендовала, потому что никогда фотографии не сравнятся с тем, что человек видит вживую. Это настолько впечатляющее явление — даже когда остается буквально один процент Солнца, всё равно человек не может смотреть на Солнце, этот 1 % света от фотосферы настолько яркий, что невозможно смотреть. Но как только тень от Луны закрывает полностью весь солнечный диск, вспыхивает солнечная корона, солнечный свет подсвечивает. И, конечно, на разных стадиях солнечного цикла это будет разная структура. И ученые изучают структуру солнечной короны во время полного солнечного затмения, не искусственного, для того чтобы понять, какие закрытые магнитные линии, какие открытые, как далеко они распространяются. И это создаёт настолько сильное впечатление! Огромное количество легенд ходило в XVI–XVII веках. Например, одна из легенд была связана с тем, что плывет огромная рыба, и она хочет съесть это Солнце. И люди настолько не хотели, чтобы солнце съедали, что выходили на улицу и издавали звук — любой, очень громкий, чтобы эту рыбу испугать. И самое главное, что работало! Рыба пугалась и уплывала. Поэтому теория не требовала пересмотра, что такое солнечное затмение.
Долгин: Есть еще вопросы у нас, в частности, вас просят поподробнее рассказать о космических спутниках.
Подладчикова: Может быть, человек, который задает вопрос, уточнит, что он имеет в виду? Потому что спутников очень много, их будет еще больше и больше…
Долгин: Уточнил автор вопроса: «Речь идет о солнечных спутниках».
Подладчикова: Хорошо, я расскажу, может быть, самое главное. Такие проекты, как Solar Orbiter и Solar Probe, планировались очень много лет. Вот как только обнаружили солнечный ветер, стали планировать такие проекты. Включая и российских ученых. Solar Probe был запущен в августе 2018 года. Он подлетит к Солнцу на 6 млн км. Никогда еще ни один прибор так близко не был у Солнца. Solar Orbiter на борту имеет камеру, которой Solar Probe не имеет, потому что не существует пока технологии, которая так близко может сфотографировать Солнце. Solar Orbiter подлетит на 42 млн км к Солнцу, но он выйдет из плоскости эклиптики и сможет посмотреть на полюса. И комбинация этих двух спутников позволит ответить на вопросы, на которые никто по сей день ответа не имеет.
Я говорила о том, что не очень понятно, как рождается и ускоряется солнечный ветер. Летит быстрый солнечный ветер, и летит медленный солнечный ветер. Например, 1000 км/с и 300 км/с. И быстрый солнечный ветер догоняет медленный солнечный ветер, а поскольку это плазма, она не соединяется. Медленный солнечный ветер не дает быстрому солнечному ветру пролететь, он как бы замедляет его. Но как именно рождается этот ветер на Солнце — мы не знаем до сих пор. Solar Probe подлетит где-то в 2025 или в 2026 году максимально близко, а уже сейчас он находится близко и уже передает данные, и мы работаем с этими данными.
И что интересно, оба эти спутника используют гравитацию… Они будут отталкиваться от Венеры, подлетят к Венере и оттолкнутся от нее, чтобы подлететь ближе к Солнцу.
Долгин: Спасибо. Есть комплексный вопрос о космическом мусоре. «Слышала, что очень много космического мусора. Контролируется ли как-то количество? Есть ли очищение от мусора, и как это происходит? Или спутники постоянно находятся в неконтролируемом риске столкновения с ним?»
Подладчикова: Есть такой проект, называется он NeoShield, там участвует много стран, и Россия в том числе. Это защита от астероидов, и в том числе существуют центры, которые контролируют космический мусор. Дело в том, что если объекты очень крупные — они известны, отслеживаются в реальном времени, и их траектории планируются на 100 лет вперед. И если есть какой-то риск — есть такие проекты, и они уже были протестированы, когда отсылается, скажем так, некая бомба, и она меняет, отклоняет траекторию объекта. Те объекты, что больше 1 км в диаметре, под контролем. Но самое опасное — это маленькие объекты. Маленькие объекты, меньше одного сантиметра, очень сложно отследить. И, к сожалению, они представляют очень большой риск. Большое количество людей сейчас работает над планами, как это можно очищать, но это не так-то просто.
Долгин: «Нужно ли обычному человеку следить за космической погодой? И если да, то в каких случаях? Только ли при полетах на самолетах или чаще?»
Подладчикова: Уже сегодня прогноз космической погоды — это неотъемлемая часть нашей жизни. Информация передается и операторам спутников, операторам самолетов, потому что рейс может быть отменен, и операторам электростанций. Человек, может быть, напрямую это и не может использовать, но если что-то случится, например, с электростанцией, человек это почувствует очень быстро, и за три дня в условиях паники это будет еще более ощутимо.
Я думаю, что в связи с огромным развитием технологий и того, что наша жизнь всё более и более опирается на технологии, это будет становиться всё более и более заметно для обычного человека и для ежедневной жизни. Есть прогнозы, что в будущем, когда будет развит автопилот и дороги, по которым беспилотный транспорт будет ездить, безусловно, знание космической погоды будет очень важно, чтобы защищаться от наводки токов. Можно еще какие-то другие примеры привести, но я думаю, что давайте пока так.
Долгин: Знаете, с этим вопросом и вашим ответом на него, на самом деле, связан и тот вопрос, который возник у меня в процессе лекции, позволю себе его задать. Не разрабатываются ли технологии, связанные с защитой от воздействия Солнца? С тем, чтобы не было такой степени проблемности, вызванной вот этим самым воздействием. Потому что действительно логично, что, ровно как вы и закончили свой ответ, чем больше у нас чувствительной техники, чем более технологично наше общество, тем в большей степени эта проблема есть. Неужели никто не пытается думать над тем, как эту проблему разрешать, кроме как следить за прогнозом?
Подладчикова: Безусловно, разрабатываются. Давайте затронем, например, электростанции и спутники. Я приведу пару примеров. Дело в том, что электростанции — это очень протяженные сети, операторы электростанций хотят получить прогноз космической погоды как можно раньше, потому что если резко выключить, например, электростанцию или снизить нагрузку на нее, это может быть очень хорошим способом защитить ее, потому что в выключенном состоянии больше шансов защититься от, допустим, наведенных токов. То есть один из способов — это как можно раньше прогнозировать. На сегодняшний момент не все прогнозы являются очень надежными, потому что человечеству еще многое предстоит понять о связях между Солнцем и Землей. Но, с другой стороны, те же операторы электростанций не хотят выключать станцию как можно раньше, потому что это очень дорого — держать станцию в выключенном состоянии. Тогда нужно разрабатывать защиту от наводки токов. Ну, то есть нужно полностью менять дизайн станции, и это опять же не так просто сделать.
Если говорить о спутниках, были такие случаи, например, в 2000 году, когда был зафиксирован корональный выброс массы. Был такой океанографический российский спутник «Океан-О», там выключили чувствительное оборудование, облако пролетело, и спутник в принципе спасли, хотя в те годы тысячи спутников вышли из строя, потому что мы были на пике солнечной активности.
Если говорить о защите человека, тут есть два способа. Первый — так называемая «пассивная защита», когда между человеком в космосе и радиацией ставится экран. Например, можно обвесить спутник алюминием, или какие-нибудь баки с горючим. Но тогда повышается масса, а запустить массу в космос — это очень дорого. И второй способ... Есть такие идеи, они больше из ряда фантастики — использовать магнитное поле Земли. Магнитное поле отклоняет заряженные частички, это называется «активная защита». Но чтобы отклонить галактический космический луч, который приносит нам большинство проблем, нужно иметь такую силу, какая есть у нашего магнитного поля Земли. К сожалению, люди пока такое не умеют делать.
Долгин: Спасибо большое. Есть у нас комплекс вопросов, связанный с космическим туризмом. «Расскажите, пожалуйста, про космический туризм. Практикуется ли он, если нет, то когда начнется? А если есть, то как долго нужно к этому готовиться, каким образом, куда обращаться?»
Подладчикова: Космический туризм есть, я немного об этом упоминала в лекции. Цены, конечно, очень высокие, но они уже чуть-чуть меньше, чем раньше. Можно обращаться и в Европейское космическое агентство, и в наш Центр управления полетами в Звездный городок, и в американские компании. Есть компания Virgin Galactic, она осуществляет суборбитальный полет, то есть объект летит со скоростью меньше первой космической, он не выходит на орбиту. А в будущем они планируют совершать и орбитальный полет, то есть выходить на орбиту. Договорились люди так условно, что всё, что выше 100 км, — это уже открытый космос, а то, что меньше 100 км, — это еще пока не космос.
Я думаю, что со временем это будет, наверное, дешеветь.
То есть сейчас уже можно совершить космическое путешествие. Готовиться, конечно, нужно долго, потому что даже на старте человек испытывает колоссальнейшие перегрузки и может чувствовать себя не очень хорошо. Но вот попроще — это суборбитальный полет, то есть вылететь на высоту 6–9 км и почувствовать невесомость 20 секунд.
Долгин: Нас просят рассказать о том, какие проекты есть по исследованию Солнца в России.
Подладчикова: В России есть один из ведущих институтов — это Институт космических исследований; также Институт земного магнетизма и распространения радиоволн; есть институт в Сибири, в Иркутске; и строится сейчас гелиофизический комплекс в Сибири, там будет телескоп с диаметром 3 м. Это очень-очень здорово, потому что такой мощный инструмент позволит внести серьезный вклад в мировые исследования. В 2019 году был запущен в космос инструмент «Спектр-Р». Это аппарат, который сейчас строит карту Вселенной в рентгеновском диапазоне, и он на сегодняшний момент один из самых сильных, мощных аппаратов. Европейское космическое агентство планирует запустить похожий аппарат, может быть, года через три-четыре, а этот аппарат уже работает.
Очень часто говорят, например, о полете на Марс. Такая задача, как полет на Марс, не может быть решена одной страной. Тут должны все страны участвовать, иначе это просто даже ни научно, ни финансово не потянуть. Россия участвует в таком проекте, как ExoMars, — это изучение почвы Марса, поиск возможной жизни на Марсе. В 2022 году планируется второй этап миссии ExoMars.
Кстати, у Марса тоже когда-то было магнитное поле. Но в силу каких-то причин Марс его растерял. Неизвестно, почему. И постепенно атмосфера Марса была сдута солнечным ветром. Поэтому, чтобы лететь на Марс человеку, нужно решать этот вопрос: как защищаться от радиации. Он не был решен. Но тут есть еще много других вопросов. Например, в России проводился эксперимент, который называется «Марс-500»: 520 дней в такой бочке, в очень маленьком ограниченном пространстве сидели шесть человек. И это очень и очень непросто психологически.
Я бы сделала еще дополнительный комментарий о том, что в России научному изучению солнечно-земных связей положил начало выдающийся ученый Александр Чижевский. Он находился под большим влиянием Константина Циолковского. У него не было никаких экспериментальных данных, ничего. И он был основателем гелиобиологии — науки о том, как процесс на Солнце влияет на живые организмы. И в России ведутся очень серьёзные исследования о том, как Солнце влияет на человека. На Западе больше работают с технологиями, а именно гелиобиология — это такая русская наука, я бы сказала.
Долгин: А насколько доказательна гелиобиология? Не потому ли она не настолько международно развита, что до сих пор возникают некоторые сомнения в доказательности данных, в том, что этот фактор легко извлекается из множества других факторов?
Подладчикова: Конечно, вот что на вас больше влияет — Солнце или какая-нибудь новость о чем-то, что происходит сегодня?
Долгин: Не исключено, что новость.
Подладчикова: Да. Но тем не менее производятся очень серьезные исследования, когда живые организмы и даже человека помещают в определенную «клетку», которая изолирует влияние геомагнитной бури. В общем, проводятся серьезные исследования. Есть сотрудничество с российскими больницами по вопросу о том, что действительно в дни магнитных бурь статистически повышается количество прибывших, может быть, кровь чуть-чуть гуще становится, что является большим риском. Но это очень-очень сложный вопрос, я считаю, что ответы на эти вопросы придут в ближайшие 50 лет.
Долгин: Есть смысл надеяться, что какие-то более обоснованные данные, какие-то жесткие закономерности будут выведены с этими обоснованиями несколько позже?
Подладчикова: Да.
Долгин: «Имеет ли отношение к сюжету о космической погоде, о ситуации на Солнце довольно известный сейчас вопрос о глобальном потеплении?»
Подладчикова: Важно понимать, опять-таки, что система «Солнце — Земля» — это очень стабильная система, и климат на Земле определяется количеством энергии, получаемым от Солнца (я сейчас покажу соответствующую картинку, чтобы было легче объяснить) за какой-то промежуток времени, длительный промежуток времени. Я немного упоминала о том, что солнечный свет — это основная энергия, которую Земля получает от Солнца. Конечно, в момент вспышки энергии может быть в тысячу раз больше, чем, допустим, за эту минуту. Именно вспышка дает очень большую энергию. Но если мы возьмем какой-то диапазон за один год, то суммарно то, что дает рентген и ультрафиолет — это вообще минимум. Даже событие Кэррингтона — это просто что-то варьируется, с точки зрения Солнца это вообще ничего, это для Земли имеет большое значение. И мы видим, что у нас есть разные циклы солнечной активности: вот это, например, 1800 год, здесь очень маленькая солнечная активность. И как раз в это время был такой «малый Ледниковый период», это называется минимум Дальтона, то есть было похолодание. Но связь такая однозначная не доказана, потому что светимость Солнца (сколько нам приходит света и тепла) не меняется, она в максимуме и минимуме солнечной активности меняется меньше чем на 1 %, фактически можно считать, что она постоянная. Она так и называется: солнечная постоянная — это сколько энергии на 1 кв. м Земля получает от Солнца. Это мощность электрического чайника, 1,4 кВт. И это очень хорошо, потому что если бы каждый солнечный цикл у нас бы что-то менялось, каждые 11 лет существенно и драматически менялся бы климат.
Поэтому ответить на этот вопрос однозначно достаточно сложно. Вот если бы у нас было наблюдений на тысячу лет, мы бы больше поняли, а пока вот так.
Долгин: Замечательно, поговорим через 900 лет! (Смеются) «Слышала, что недавно обнаружили утечку на МКС. Расскажите, пожалуйста, как решаются подобные проблемы и какова текущая ситуация с утечкой? Можно ли ее остановить, или нужно будет менять данный отсек?»
Подладчикова: Не знаю, мне тоже интересно. Не могу ответить на этот вопрос.
Долгин: Есть еще такие продолжения вопросов, которые уже звучали. Видимо, захотелось как-то доуточнить ответы. Первый вопрос — о космическом мусоре: «А можно ли как-то уничтожать космический мусор, а не только сбивать его с траектории? Ведь мусора становится всё больше».
Подладчикова: Один из способов уничтожения космического мусора — это повысить солнечную активность. Ну, я немножко утрирую. Потому что тогда он сам, естественным образом, сгорит в атмосфере Земли. Все другие способы сбивания с Земли — это уже ближе к военным технологиям, и тут должны быть строгие правила, что можно делать, что нельзя. Если у нас повышенная солнечная активность, есть шанс, что эта частица сгорит естественным образом. Она начнет падать и сгорит естественным образом в атмосфере Земли. Потому что маленькие частички сгорают.
Долгин: Спасибо. И, помните, был вопрос у нас о том, есть ли смысл обычному человеку интересоваться прогнозом космической погоды. Автор уточняет вопрос и спрашивает: нужно ли обычному человеку учитывать эти данные, скажем, при покупке билета на самолет, и менять как-то билеты? Учитывать ли при выборе времени отдыха на каких-нибудь относительно солнечных курортах? Нужно ли как-то в реальном планировании жизни об этом думать?
Подладчикова: Сейчас есть организация в Европе, она называется EUROCONTROL и занимается безопасностью авиаперелетов. И они фактически любой перелет ставят на контроль. Но, конечно, они покупателю ничего не скажут, потому что не хотят говорить о своих каких-то проблемах.
Долгин: Такого гражданского контроля за этим нет?
Подладчикова: Нет, это гражданская организация.
Долгин: Но тогда они должны говорить покупателям, конечно же.
Подладчикова: Ну, зачем? У них свои какие-то планы. И спутниковые компании, и ведомства не заинтересованы в распространении информации о том, почему у них происходит что-то. Но я думаю, что это придет, причем в ближайшем будущем. Тут сложно сказать, потому что, как я говорила… Вот авиакомпании, например, занимаются прогнозированием расчета радиации на высоте полета самолета, допустим, в течение следующего года. И они уже заранее имеют какие-то определенные прогнозы — например, что сейчас только-только начинается солнечный цикл, а это значит, что у нас очень много галактических космических лучей. Но надо понимать, что все-таки на высоте полета самолета их не так много, потому что это ближе к Земле. Но тем не менее авиакомпании планируют свои маршруты с учетом этого. У пассажиров, которые часто совершают полярные перелеты, есть карточки, которые регулируют, сколько перелетов можно осуществлять за год.
Но я бы сказала, что для обычного человека мы живем в очень гармоничной системе «Солнце — Земля». И если бы не было полностью никакой радиации, может быть, и жизни бы не было. То есть нам это нужно для жизни, это условия нашей жизни. Я бы рекомендовала обычному человеку не беспокоиться, все-таки это ответственность операторов — беспокоиться о каком-то событии.
Долгин: Спасибо. Я позволю себе такой завершающий вопрос, немножко вслед вопросу о климате, но не совсем. Климатологи, когда им говорят «Как так, вы говорите нам о глобальном потеплении, а посмотрите, вот зима в этом году холодная», например, отвечают: «Не путайте, пожалуйста, две вещи — погоду и климат. Погоду как некоторое текущее состояние, зависящее от разных факторов, но всё же преходящее, локальное, ситуативное, и климат как некоторые более стабильные изменения». Вы нам много рассказали о космической погоде. Можно ли что-то сказать об изменениях более масштабных — об изменениях космического климата? Есть ли какие-то тенденции, о которых вообще можно говорить? Насколько это исследуется?
Подладчикова: Космический климат, конечно, тоже исследуется. Чем отличается космический климат от космической погоды: это долгосрочное изменение солнечной активности на протяжении очень длительного времени. И они важны, потому что в ближайшем будущем человек полетит всё дальше и дальше, планируется лунная база, опять же, в которой участвует много стран, вокруг Луны, на максимально близком расстоянии лунная база будет, 3 тыс. км от Луны. Планируются полеты на астероиды. Человек живет в биосфере, он защищен, но когда он выйдет за пределы биосферы — а он выходит, — ему, безусловно, нужно учитывать долгосрочные изменения космического климата. Но делать это не так-то просто. Сейчас существуют такие исследования, которые пытаются восстановить, какова же была солнечная активность, например, очень-очень давно. Исследуют лед в Арктике, исследуют кольца деревьев, потому что лед в Арктике и кольца деревьев хранят в себе так называемые радиоостатки, радионуклиды. Исследования говорят о том, что тоже была солнечная активность, но не такая стабильная, как сейчас. То есть мы сейчас в очень хорошее время живем: более активны звезды, более радиоактивны.
Но вот, опять же, у разных групп ученых, у двух групп ученых может быть три мнения по этому поводу. Поэтому нам надо подождать, прежде чем мы получим какие-то однозначные ответы. Но однозначно космический климат нужно учитывать, это долгосрочные изменения. Вот долгосрочно, например, то, что сейчас у нас более стабильная цикличность, а раньше была более нестабильная деятельность Солнца. Но ответить на этот вопрос очень сложно. Нужно больше данных.