«Солнце — очень активный объект»
Солнце на глазах становится важнейшим объектом изучения для земной науки. Впервые зонды пролетели так близко, чтобы сфотографировать корону нашей звезды, математики моделируют процессы внутри нее, в России строят мощный комплекс по изучению его влияния на нашу планету. А что мы знаем о Солнце сегодня? Достаточно ли, чтобы защитить себя от вступления Солнца в активную фазу? Во сколько вообще экономике обходятся солнечные вспышки? И, наконец, зачем ученые кипятят небо у нас над головами с помощью сверхмощных антенн? Обо всем этом «Огонек» поговорил с директором Института солнечно-земной физики сибирского отделения РАН, членом-корреспондентом РАН Андреем Медведевым.
— Андрей Всеволодович, в последние годы появилось так много серьезных космических миссий по изучению Солнца, что невольно начинаешь подозревать что‑то неладное. Только США запланировали целых пять…
— К Солнцу сейчас действительно повышенное внимание — одновременно осуществляется много интересных космических миссий. Например, Solar Orbiter впервые исследует полюса Солнца с максимально близкого расстояния. Интерес в целом понятен: ближний космос в последние годы осваивается как никогда активно, а с деятельностью Солнца связана работа огромного количества аппаратуры в космосе — систем связи, навигации, спутников мониторинга... От того, сможем ли мы достоверно предсказывать активность Солнца, зависит также развитие космонавтики и межпланетных перелетов.
Речь, впрочем, не только о космической деятельности. Еще в XIX веке, на‑ помню, состоялась так называемая буря Каррингтона — из‑за мощной солнечной вспышки на сотнях километров пропадала связь, выходили из строя телеграфные линии и аппараты, самих телеграфистов иной раз било током. С тех пор вспышек такой мощности у нас не было.
— А если такое произойдет сейчас? Можете предсказать последствия?
— Огромный поток частиц в первую очередь повредит космические аппараты в ближнем космосе, причем самым серьезным образом. Следом пострадает коротковолновая связь по всей Земле. Затем нарушится глобальное позиционирование, которое сейчас осуществляется при помощи навигационных спутниковых систем, таких как GPS, ГЛОНАСС и аналогичных структур в КНР.
На поверхности Земли пострадают все протяженные технологические системы — телеграф, энергетические службы и трубопроводы. Известно, что во время мартовской бури 1989‑го в Квебеке (она была в разы слабее каррингтоновской) наступил так называемый блэкаут на территории Канады: наведенные токи вызвали выгорание трансформаторов, так что из строя вышла значительная часть энергосистемы страны. А в октябре 2003‑го мощная «хэллоуинская» вспышка на Солнце повредила ряд спутников, вызвала перебои в телефонной и мобильной связи.
Эксперты оценивают разовый ущерб такого воздействия в триллионы долларов. Так что в целом катастрофы на Солнце могут привести глобальную экономику в состояние коллапса, причем в первую очередь пострадают страны в высоких широтах. Помимо Канады это север Америки, север Европы и Россия с ее протяженным арктическим побережьем, которое сейчас интенсивно осваивается.
Научное сообщество все это осознает, поэтому в США и Китае работают целые комитеты, которые курируют весь комплекс работ по изучению и мониторингу Солнца. Они также работают по комплексным проблемам прогноза и предотвращения катастрофических событий, связанных с возмущениями на Солнце.
— Учитывая актуальность темы, досадно, что в космосе нет работающих российских солнечных миссий.
— Да, мы серьезно отстаем и, безусловно, нуждаемся в создании космических аппаратов для работы вблизи Солнца. Сегодня, правда, есть точка зрения, что в науке должно быть разделение труда по странам. Но это, на мой взгляд, не снимает вопроса: есть страны, в том числе Россия, которые по своему положению в мире просто обязаны заниматься всем перечнем передовых научных проблем.
Восемь с половиной минут
— Взглянем с другой стороны. А что дает предсказание солнечной бури, если мы не можем ее предотвратить?
— Можно предотвратить последствия. К счастью, природа нам дает интервал времени в 8 с половиной минут: столько идет до Земли электромагнитное излучение от Солнца. И, что даже более важно, у нас есть еще время от полусуток до двух с половиной суток — столько доходит до нас в зависимости от скорости и мощности вспышки на Солнце само вещество, которое возмущает геомагнитное поле.
А вот за это время мы уже можем, к примеру, застраховать линии электропередачи, переключившись на вспомогательные источники электроэнергии. Можем перевести в состояние сна спутники. Перекинуть воздушные суда на резервные каналы связи, которые менее подвержены воздействию. А еще в таком прогнозе остро нуждаются специалисты, работающие на современных радарах и локаторах. Ведь во время солнечной вспышки можно увидеть ложные отметки о целях, и если принять помехи за вражеские объекты, которые вас атакуют, это может стать причиной катастрофы.
— Всерьез страдают только технические системы? Или людям тоже важно получать эти предупреждения?
— Последствия солнечных вспышек непосредственно влияют на пилотов дальней авиации при трансполярных перелетах. Понятно, как выгодно использовать полярную область для сокращения пере‑ лета, скажем, из Западного полушария в Восточное, когда летишь из РФ в Японию или США. Но на этой трассе серьезные технические трудности неизбежны: линии магнитного поля здесь образуют воронку, через которую солнечное вещество практически беспрепятственно доходит до поверхности Земли. То есть процессы высыпания высокоэнергетических частиц (речь о радиации.— «О») здесь куда более интенсивные. Если не учитывать прогнозы солнечной активности, то за один полет можно получить уровень радиации, который обычно пилот накапливает за всю профессиональную жизнь.
— А такая служба прогноза где‑то работает? Могут сегодня отменить полет по прогнозу активности Солнца?
— Мы еще не вышли на уровень уверенного прогноза таких событий, чтобы выдавать предупреждение об отмене полетов. Но к тому идет. Для этого важно понимать, как устроены солнечно-земные связи, как представляет сегодня наука всю физическую цепочку процессов между Солнцем и поверхностью Земли.
— И как она ее видит?
— Пока это еще уравнение со многими неизвестными. Мы знаем, что процессы на Солнце не регулярны, но они имеют некие закономерности, которые во многом от нас ускользают.
Связь между Солнцем и Землей осуществляется через межпланетное космическое пространство, которое тоже контролирует Солнце, от него зависит плотность потока частиц — нейтронов, протонов, электронов и нейтрино.
«Общаются» Солнце и Земля и в пограничной сфере — в магнитной оболочке Земли. Долгое время, вплоть до ХХ века, ученые представляли, что Земля имеет магнитное поле простой конфигурации, в форме двух полусфер вокруг магнитного стержня, как рисуют в учебниках. Но в середине XX века стало понятно: мы живем в постоянном потоке солнечного вещества, которое обдувает Землю как ветер и серьезно деформирует ее магнитное поле: со стороны Солнца оно при‑ жато потоком, а с ночной стороны — сильно вытянуто. При этом конфигурация нашего магнитного поля постоянно меняется — под порывами солнечного ветра оно трепещет, как аэродромная «колбаса», которая показывает направление ветра. Скажем, когда частицы солнечного ветра возмущают магнитное поле Земли, там индуцируются электрические токи, происходит высыпание частиц и это влияет сначала на космические аппараты и на космонавтов, а затем на ионосферу — верхнюю часть атмосферы.