Материалы портала «Научная Россия»

К тайнам древнего светила

О том, как земные специалисты изучают солнечную физику, рассказывает радиофизик, доктор физико-математических наук, действительный член РАН Гелий Александрович Жеребцов.

Самый крупный институт Иркутского Академгородка носит почти фантастическое название – Институт солнечно-земной физики СО РАН (ИСЗФ). О том, как земные специалисты изучают солнечную физику, нам рассказал ученый с символическим для такого учреждения именем, радиофизик, доктор физико-математических наук, действительный член РАН Гелий Александрович Жеребцов.

 

 

СПРАВКА

Гелий Александрович Жеребцов — российский геофизик, доктор физико-математических наук, академик РАН.
Заместитель председателя Сибирского отделения РАН.
Работает в Институте солнечно-земной физики СО РАН. Заведующий кафедрой «Космическая физика» БГУ, ректор «Международной Байкальской молодежной научной школы по фундаментальной физике». Организатор и научный руководитель Национального гелиогеофизического комплекса РАН. Председатель Научного Совета РАН по физике солнечно-земных связей.
Содиректор Объединенного российско-китайского научного центра по космической погоде. Член международных рабочих комиссий Комитета по космическим исследованиям (COSPAR), Международного союза радионаук (URSI), Научного комитета по солнечно-земной физике (SCOSTEP), Международной рабочей группы по радарным исследованиям, Американского геофизического союза.

 

 

         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 – Гелий Александрович, обычно говорят о науках о Земле и науках, изучающих Солнце. Кто первый предложил изучать именно взаимодействие двух небесных тел?

           - Еще в XIX в. была установлена связь некоторых природных явлений с солнечными пятнами, и было показано, что жизнь на Земле подчиняется ритмам, циклам явлений, происходящих на Солнце. Наш соотечественник Александр Леонидович Чижевский провел большую работу по систематизации этих фактов. Фактически им было сформулировано новое научное направление о влиянии Солнца на процессы, происходящие на Земле, на атмосферу, биосферу и т.д. Было также отмечено, что под влиянием явлений на Солнце происходят изменения магнитного поля Земли.

            История нашего института связана с организацией первых наблюдений поведения магнитного поля Земли на базе магнитно-метеорологической обсерватории в Иркутске более 150 лет тому назад. Эти работы в дальнейшем получили развитие, и уже в середине прошлого века начались исследования верхней атмосферы, ионосферы, космических лучей. Эти работы имели практическое значение, в частности исследования ионосферы были необходимы для организации в стране дальней радиосвязи. На базе магнитной обсерватории была создана комплексная магнитно-ионосферная, которая в дальнейшем была преобразована в Сибирский институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн - СибИЗМИР.

            Начавшиеся прямые спутниковые космические исследования расширили наше представление о роли Солнца в формировании и поведении околоземного космического пространства. В дальнейшем Солнце, межпланетное пространство и околоземный космос, или, как его иногда называют, геокосмос, стали исследоваться как единая система «Солнце – Земля», включая магнитосферу и ионосферу Земли, атмосферу и океан.

            Развитие института привело к формированию нового научного направления – солнечно-земной физики. Такое название получил и институт. Другими словами, можно сказать, что сфера научной деятельности института – исследования физики Солнца и околоземного космического пространства.

             - Ваша наука, как и наука вообще, большей частью фундаментальная. А каково соотношение теоретических и прикладных исследований?

             - Да, действительно, наши работы имеют фундаментальный характер и состоят из теоретических и экспериментальных исследований. В целом эти работы позволяют получать нам новые знания о тех объектах, которые мы исследуем, их свойствах, взаимосвязях.

Антенны геофизической обсерватории

 

           

 

Солнечно-земная физика как научное направление сформировалась на стыке таких наук, как физика плазмы, астрономия, геофизика, метеорология, радиофизика. Бурное развитие космических исследований, экспериментальных и теоретических работ не только расширило наши знания о Солнце, межпланетной среде и околоземном космическом пространстве, но и изменило наши представления об окружающем нас мире: процессы, происходящие в системе «Солнце – Земля», представляют собой единую космическую систему, организованную сложным образом. Сформировалась система мировоззрений, свидетельствующая о том, что нашу Землю надо рассматривать как глобальную экосистему, жизнь и существование которой зависят от Солнца и космических факторов. Если на ранних стадиях наши исследования имели феноменологический характер, то сейчас основную роль играют теория и моделирование, основанные на эксперименте. Полученные таким образом знания позволяют решать и проблемы, которые относятся к разряду прикладных.

            Сейчас околоземный космос не только продолжает изучаться, но и уже практически включен в сферу непосредственной человеческой деятельности. На околоземных орбитах работает большое количество космических аппаратов различного назначения. С их помощью не только проводятся научные эксперименты, но и решаются различные задачи прикладного характера, в том числе и задачи обеспечения безопасности страны. Эти аппараты окружены космической плазмой, поведение которой определяется геомагнитной и солнечной активностью. Во время солнечных и геомагнитных бурь потоки энергичных заряженных частиц оказывают неблагоприятное воздействие на функционирование космических аппаратов. Такие потоки приводят к сильной электризации космических аппаратов, появлению объемных зарядов внутри, деградации солнечных батарей. В результате этих воздействий происходят нарушения в работе электронных приборов и электрических систем. Все это может привести к выходу из строя космического аппарата. Интенсивные потоки заряженных частиц могут быть опасны и для здоровья космонавтов в случае пилотируемых космических полетов. В связи с освоением трансполярных авиатрасс эти потоки могут быть небезопасными для пассажиров и экипажей самолетов. Следует добавить, что работоспособность и эффективность и наземных инженерно-технических систем, таких как системы связи в широком диапазоне частот, радиолокации, радионавигации и радиопеленгации, крупные энергетические блоки с длинными линиями электропередач, системы железнодорожной автоматики, длинные трубопроводы, также испытывают вредное воздействие космических факторов, которые в последние годы стали называть факторами космической погоды.

Байкальский солнечный вакуумный телескоп, верхняя площадка

 

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для обеспечения высокой надежности систем различного значения космического и наземного базирования нам требуется более глубокое понимание физических процессов на Солнце как источнике возмущений в околоземном космическом пространстве и на Земле. Прежде всего, требуется разработать надежный прогноз солнечной активности. Без этого невозможно решать ряд практических задач, связанных с технологическим и индустриальным прогрессом. Интенсивное использование космического пространства приводит к тому, что возникают новые трудноразрешимые проблемы, такие как, например, проблема космического мусора и экологической безопасности геокосмоса. В целом мы все больше становимся зависимыми от космической погоды - как в космосе, так и на Земле. В последнее время проявляется все более интенсивный интерес к проблеме влияния солнечной активности на изменение климата Земли. Вот, пожалуй, я и ответил на вопрос, что такое солнечно-земная физика и над чем работает наш институт. Понятно, что это далеко не исчерпывающий ответ.

            - Есть ли за рубежом что-то подобное вашему институту?

            Безусловно, есть. Ученые всего мира давно поняли, что нужно заниматься исследованиями процессов всей цепочки «Солнце – Земля», изучением взаимодействия всех ее звеньев. Разрабатываются и принимаются крупные научные международные программы, т.к. процессы, происходящие в системе «Солнце – Земля», имеют планетарный характер и для полноты понимания требуется международная кооперация. В исследованиях физики Солнца мы сотрудничаем практически со всеми крупными обсерваториями мира. Со многими научными центрами взаимодействуем в области исследования околоземного космического пространства. В течение последних 12 лет развиваются наши научные связи с Китайской академией наук. С нашими китайскими партнерами мы находимся в одном часовом поясе, что представляет интерес для решения ряда научных задач.

Большой солнечный вакуумный телескоп

 

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


- Но ваши исследования нельзя вести, гладя в небо через окуляр подзорной трубы. Нужна серьезная аппаратура.

            Да, конечно. Институт располагает целым рядом уникальных инструментов, которые были разработаны нашим конструкторским бюро и изготовлены на нашем опытном производстве. В институте даже было налажено крайне сложное дело – производство оптики. Развитие экспериментальной базы и научного приборостроения шло по двум направлениям: создавались инструменты и приборы для исследования Солнца и для исследования атмосферы, ионосферы и магнитосферы Земли. Экспериментальная база для изучения Солнца создавалась на трех обсерваториях института. Сегодня это лучшие солнечные обсерватории России по составу телескопов и их оснащению. На берегу Байкала построен Большой солнечный вакуумный телескоп (БСВТ), предназначенный для исследований тонкой структуры солнечных образований. Для устранения влияний флуктуаций плотности воздуха на качество изображения в телескопе создается вакуум, через который проходит световой пучок. Это обеспечивает высокое пространственное, спектральное и временное разрешения. Рядом с этим телескопом расположены несколько хромосферных телескопов для синоптических наблюдений солнечной активности. В комплексе с БСВТ решен ряд крупных научных задач в области физики солнечных вспышек, выявлены новые закономерности солнечной активности. Другие оптические солнечные телескопы расположены высоко в Саянах (2000 м). Саянская обсерватория оснащена уникальными инструментами – горизонтальный телескоп, внезатменный коронограф, солнечный телескоп оперативных прогнозов. Первый обеспечивает непрерывные наблюдения Солнца, а имеющийся в его составе магнитограф позволяет измерять магнитные поля и скорости движения плазмы в солнечной атмосфере. Эти параметры необходимы для прогноза физических условий в межпланетном пространстве и прогноза космической погоды.

             Во время солнечных затмений, когда диск Солнца закрыт Луной, специалисты изучают структуру короны Солнца. Саянский внезатменный коронограф Солнца позволяет исследовать корону Солнца в отсутствие затмений. С этой целью в оптической системе телескопа встроена «искусственная луна». Этот коронограф - один из крупнейших в мире. Активные процессы, которые определяют изменчивость околоземной среды, происходят именно в короне Солнца, поэтому так важно знать и прогнозировать физические процессы в короне Солнца. Но оптические телескопы имеют существенные ограничения, их работа зависит от состояния погоды – облачность не позволяет проводить наблюдения. Важную информацию о Солнце дают радионаблюдения Солнца. С целью всепогодного мониторинга Солнца в институте был разработан и создан Сибирский солнечный радиотелескоп (ССРТ). Он состоит из 256 антенн диаметром 2,5 м. Из таких антенн выстроен гигантский крест, что эквивалентно зеркалу антенны диаметром более 600 м. Это не имеющий аналогов и сложный с технической точки зрения инструмент. ССРТ позволяет вести наблюдения Солнца каждый день при любой погоде в течение всего года.

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- Я читал, что у вас работает на науку и военный радар?

            - Да, есть у нас и такой инструмент, но не военный, а бывший военный. Институт его получил для исследования верхней ионосферы и атмосферы в рамках конверсии вооруженных сил страны. Его готовили к списанию, но мы решили приспособить его для научных исследований. На базе этой переданной нам высокопотенциальной радиолокационной станции был создан радар некогерентного рассеяния радиоволн. В мире всего десятьтаких радаров. В России он единственный. Это дорогостоящий инструмент. В его составе имеются крупная приемо-передающая антенна, радиопередатчики большой мощности и высокочувствительные приемники. Это сложный инженерно-технический комплекс и для работы на нем требуются высококлассные специалисты. С помощью таких инструментов можно получать непосредственно параметры ионосферной плазмы – плотность заряженных и нейтральных частиц, их температуры, скорость ветра в ионосфере и т.д. Длительные наблюдения на нем позволяют исследовать процессы в ионосфере. Метод измерений, который используется на радаре, считается наиболее информативным. Других средств для получения подобной информации не существует. Ионосфера и верхняя атмосфера наиболее чувствительны к капризам Солнца, поэтому знание их состояния очень важно для решения многих практических задач. Кроме того, используя наблюдения на радаре с помощью телескопов, можно решать практические задачи – проводить наблюдения и отслеживать космический мусор. Эти инструменты позволяют регистрировать явления в космосе, связанные с работой бортовых двигателей космических аппаратов.

Все высокоточные приборы время от времени подлежат ресмонту и модернизации (вверху).
Высота башни Большого солнечного вакуумного телескопа составляет 25 м (внизу)

 

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


- Наука переживала и переживает нелегкие времена. Как это отразилось на работе института?

             - К сожалению, как и любой научный коллектив в стране, институт испытал большие трудности. Содержание экспериментальной базы требует значительных финансовых и материальных средств. Деньги необходимы для поддержания инфраструктуры обсерваторий, а их в институте восемь, от Заполярья, в Норильске, до границы России с Монголией. Нужно создавать необходимые условия для привлечения молодых специалистов, а это для нас главная задача. Приходится тратить очень много сил и времени на получение различных грантов, брать большое количество мелких работ. Это мелкотемье снижает качество работы, не позволяет сосредоточить силы на решении крупных научных задач, требующих достаточного и устойчивого финансирования. Тем не менее институт хотя и потерял часть сотрудников (особенно большие потери среди инженерных кадров, а они нам очень нужны при наличии столь сложных технических средств), мы все-таки сохранили активно работающую часть научных сотрудников. Мы не только выстояли в этих трудных условиях, институт в этот период еще и развивался. В годы развала и разрухи мы создали радар, о котором я говорил. Первыми в стране при поддержке администрации Иркутской области начали использовать дистанционное зондирование Земли из космоса для решения региональных экономических задач. Начали строительство крупного астрономического комплекса в Саянах, куда входят инфракрасный и широкоугольный телескопы. Этот комплекс не только будет решать свои прямые задачи, но в перспективе на его базе может быть создан инструмент для работы по проблеме астероидно-кометной опасности.

Фрагмент Сибирского солнечного радиотелескопа Большой коронограф (Саянская солнечная обсерватория)

 

             

 

 

 

 

 

 


- Теперь расскажите о крупном проекте, которым вы руководите и о котором уже сообщалось в прессе. Что это такое?

            - Реализация этого проекта имеет первостепенное значение для развития исследований Солнца и околоземного космического пространства. Развитие науки, потребности практики ставят новые сложные задачи. Поэтому приходится искать новые подходы, разрабатывать новые методы. Наша экспериментальная база морально и технически устаревает, большинство этих установок были разработаны 25–30 лет назад на базе существовавших тогда технологий. Сейчас нужны новые комплексы с принципиально новыми возможностями измерений и экспериментов. С целью ликвидации все увеличивающейся технологической отсталости и достижения мирового уровня в данной области исследований, обеспечения стратегического задела на 20–30 лет, необходимо в ближайшие годы разработать и вести в строй целый комплекс современных инструментов и установок. С этой целью нами был разработан проект создания Национального гелиогеофизического комплекса нового поколения в сети обсерваторий нашего института. Проект состоит из пяти взаимосогласованных самостоятельных субпроектов. Перечислю их. Крупный солнечный телескоп – коронограф с диаметром зеркала 3 м будет сооружен в Саянской обсерватории. Многоволновый радиогелиограф будет построен на базе существующего ССРТ. Проектом предусматривается создание современного радиофизического комплекса, куда войдут радар некогерентного рассеяния, разработанный на основе современных технологий, мезостратотропосферный радар, нагревный стенд и целая система других радиофизических инструментов. На территории России будет развернута сеть высокочастотных радаров, предназначенных для решения научных задач по ионосфере, включая высокие широты. Эти радары будут размещены в районах Екатеринбурга, Братска и Магадана. И, наконец, вместе с томским Институтом оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН мы разработаем лидарно-оптический комплекс для исследования атмосферы и ионосферы. Фактически этот проект предусматривает создание исследовательского центра нового поколения. Проект был утвержден еще в 2008 г. президентом РАН, одобрен и поддержан президентом РФ и председателем правительства РФ. Проект имеет и большое социальное значение: молодежь хорошо информирована и понимает, где сегодня ведутся исследования мирового уровня, именно там им и будет интересно работать. Они видят здесь для себя перспективу - и вряд ли будут искать себе место где-то на чужбине. Кроме того, этот комплекс будет отличной базой для обучения и подготовки студентов наших университетов.

Горизонтальный солнечный телескоп Саянской солнечной обсерватории

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    - Ваше становление ученого пришлось на 60-е гг. прошлого века. Что изменилось в науке с того времени?

            - Ну вот я уже и человек прошлого века. Мы начинали свою самостоятельную жизнь в удивительную эпоху – начало освоения космоса, первые ракеты, спутники, полет Юрия Гагарина… И главное - это ощущение причастности к этому потрясающему делу! Но это было и время противостояния двух сверхдержав. Конечно, подобное соперничество оказывало влияние на развитие науки и техники. За этот период были сделаны величайшие открытия в космосе. Космические исследования способствовали развитию новейших технологий, которые стали использоваться не только в оборонном секторе, но и практически во всех отраслях экономики. Научные результаты тех лет фактически лежат в основе современных технологий: спутниковое телевидение, дальняя радиосвязь, включая мобильную, Интернет и многое другое. Технический прогресс продолжается. Появляются такие системы, как GPS и ГЛОНАСС, планируется полет человека на Марс. Несмотря на такой научный прогресс, кажется странным, что человечество до сих пор не научилось разрешать мучающие нас проблемы: по-прежнему в ходу насилие, угрозы, военные конфликты… Если когда-то эти конфликты разрешались с помощью лука и стрел, то теперь с помощью новейшего высокотехнологичного оружия. Да, собственно, и мир поддерживается только благодаря опасности взаимного уничтожения. Вот и получается, что человечество в целом не повзрослело. Для того чтобы цивилизация продолжала существовать и развиваться, надо, чтобы политики, в руках которых судьбы народов целых стран, были бы высокообразованными людьми, ибо образованность и культура должны делать их ответственными за будущее людей.

            - Не могу не спросить вас про реформу Российской академии наук.

            - Так случилось, что в 1990-е гг. я прослушал в Вене ведущих ученых, которые много занимались вопросами реформирования социальной сферы, экономики и т.п. Выяснилось, что существуют общие принципы и критерии, необходимые для успешного реформирования. Во-первых, нужно убедиться, что реформа необходима, и понять, почему она необходима. В ее необходимости должны быть убеждены не только те, кто собирается заниматься реформированием, но и те, кого собираются реформировать. Во-вторых, должны быть четко сформулированы цель реформы и пути ее реализации. В-третьих, всякая реформа неизбежно приводит в начале к ухудшению ситуации. Поэтому в реформе должны быть предусмотрены этапы. По выполнению каждого этапа реформаторы и реформируемые должны убедиться, что реформа идет в нужном направлении и общая ситуация меняется к лучшему. И последнее: реформа никогда не будет успешной, если те, кого реформируют, не убеждены в ее необходимости и ее не поддерживают. В итоге это будет уже не реформа, а насилие, что-то вроде переворота.

Иркутский радар некогерентного рассеяния Байкальская магнито-теллурическая обсерватория (Байкал,
остров Ольхон, поселок Узур)

 

Конечно, здесь не имеются ввиду специальные отрасли и силовые ведомства. Все это заставляет задуматься о наших проведенных реформах во многих сферах деятельности. Что касается реформы Российской академии наук, то я считаю, что в своем текущем виде она бессмысленна по содержанию, поскольку не решает главной задачи реформирования: повышения эффективности научных исследований. А то, что она проведена цинично, бесцеремонно и в грубой форме, оттолкнуло тех, кто должен был поддерживать эту реформу. Безусловно, реформа была необходима, но тот путь, который выбрали реформаторы, может быть губителен, причем не только для академической науки, но и для российской науки в целом. Академия наук - это прежде всего совокупность первоклассных научных школ мирового уровня, и в подавляющем большинстве достижения науки - результаты работы этих школ. Разрушить научную школу чрезвычайно просто: например, сократить финансирование, лишить права свободного выбора направлений исследований - много есть вариантов… А вот как создать научную школу, это вопрос. И если кто-то думает, что достаточно найти хорошего ученого, дать ему деньги и людей - и можно рассчитывать на получение научных результатов, то он ошибается. Создание школы - творческий процесс, его невозможно осуществлять по приказу и заказу. Добиться высоких результатов может, конечно, и ученый-одиночка, но это скорее исключение. Возьмите любого нобелевского лауреата, «потрите» его - и вы увидите, что он представитель какой-либо научной школы. Вот и надо было думать, как улучшить условия для ведущих научных школ, как способствовать появлению новых, в чем нуждаются ученые, как обеспечить им необходимые условия для творчества. Конечно, были необходимы экспертиза и аттестация научных учреждений, кое-где от них остались только помещения и вывески. Но такую работу должны выполнять высококвалифицированные специалисты, сами ученые, а не чиновники с придуманными ими индексами и параметрами. Вместо этого, как всегда, начали делить имущество. Нестабильность и неопределенность положения науки в нашем обществе, которые наблюдаются уже в течение длительного периода, приводят к оттоку молодежи из науки и способствуют ее отъезду из страны.

Но я остаюсь оптимистом, и вот почему. Наука периодически во все времена на изломах общественного строя, при смене режимов и т.п. подвергалась необоснованной критике, гонениям. Всегда были недовольные наукой. Всегда хотелось управлять, командовать. Ученых то сжигали на кострах, то вешали, расстреливали, изгоняли… Чего только не делали! А наука, в том числе и академическая наука, все равно живет. Хотя могла бы жить и лучше. Времена, конечно, уже не те, к счастью, не выгоняют и не убивают, но живет в душе какой-то дискомфорт, точит тебя, мешает работать, нет радости от деятельности... Но несмотря ни на что и вопреки всему надо трудиться с надеждой на лучшие времена.

            - Вы прошли большой путь в науке. Что бы вы сказали тем, кому сейчас 20? Какой мудростью поделились бы?

            - Какой мудростью, не знаю… А поделиться, пожалуй, могу - исходя из собственного опыта, с теми, кто решил посвятить себя науке. Многое зависит от того, как тебя воспитали в детстве, что тебе привили, кого из тебя сформировали школа и улица, у кого ты учился, кто для тебя был примером. Вот это будет направлять и определять всю вашу жизнь. Жизненный путь в науке очень труден, он сопровождается поражениями и победами, слезами и ни с чем не сравнимой радостью. Главное - не изменять себе и помнить: не наука для тебя, а ты для науки. Вспомните слова Карла Маркса: «В науке нет широкой столбовой дороги, и только тот может достичь ее сияющих вершин, кто, не страшась усталости, карабкается по ее каменистым тропам». Лучше не скажешь.

гелий жеребцов институт солнечно-земной физики со ран исзф солнечная физика

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий