Космическая погода: прогнозы и эффекты. Интервью с сотрудником ИФЗ РАН Кириллом Холодковым

Что такое космическая погода и какие процессы влияют на ее перемены? Как результаты фундаментальных исследований и наблюдений находят применение в гражданской авиации? Какие инструменты ученые используют для изучения космической погоды? Об этом ― в интервью с сотрудником ИФЗ РАН Кириллом Игоревичем Холодковым.

― Что такое космическая погода и как она формируется? Например, северные сияния, которые в том числе были видны в Москве и Московской области в сентябре 2025 г., ― это причины ее аномальных перемен?

― Северное сияние ― следствие возмущений в магнитосфере Земли, а магнитосфера Земли и выступает одним из объектов изучения дисциплин, связанных с космической погодой. Хотя, конечно, проявления космической погоды ― это не только северные сияния.

Говоря о космической погоде, надо иметь в виду, что речь идет о космическом пространстве, прежде всего в окрестностях Солнца, которое создает магнитное поле. Планеты также имеют магнитные поля, и взаимодействие между Солнцем, планетами и этой межпланетной средой как раз и представляет собой объект изучения. Ключевой аспект в этом процессе, связанный и с практическим применением знаний о космической погоде, ― это периодически возникающие на Солнце события: вспышки, корональные дыры, корональные выбросы массы.

Говоря о северных сияниях, которые люди наблюдали в Московском регионе: на самом деле их можно видеть и гораздо южнее столицы. Конечно, они не такие яркие, как в северных широтах, а наблюдениям в основном препятствуют засветка городов и облачность. То, что в последние годы появляется все больше сообщений о северных сияниях ближе к югу, связано в первую очередь с увеличением чувствительности фотокамер и развитием социальных сетей. Такие явления встречались и раньше, просто не выходили за рамки разговоров. Никаких аномалий в этом нет, но ситуация стимулирует интерес к изучению космической погоды.

― Какие именно факторы влияют на космическую погоду?

― Активность Солнца проявляется по-разному и подчиняется определенным циклам. Наиболее изученный и статистически значимый ― одиннадцатилетний цикл, в рамках которого выделяют периоды максимума и минимума солнечной активности.

В конце 2025 г. мы прошли максимум этого цикла и сейчас находимся на спаде. Активность до сих пор остается относительно высокой, хотя в целом снижается. Важно подчеркнуть: речь идет именно о статистической закономерности. Это не означает, что в период максимума события экстремальной мощности происходят ежедневно. Однако в такие годы можно зафиксировать несколько десятков вспышек экстремального класса. При этом в минимуме активности также будут происходить вспышки, но не экстремальной мощности.

Что же представляют собой эти вспышки? Солнце — это огромный плазменный шар, находящийся в 150 млн км от нас. Это достаточно далеко, но его размеры и активность колоссальны. Процессы, происходящие в его недрах, иногда достигают кульминации в виде вспышек.

С технической точки зрения вспышка — это мощный всплеск рентгеновского излучения. Космические аппараты на орбите Земли регистрируют его как резкое увеличение общего рентгеновского потока. Специальные телескопы, работающие в ультрафиолетовом и экстремальном ультрафиолетовом диапазонах, также фиксируют вспышки, исходящие из той же области и в тот же момент, поэтому их называют рентгеновско-ультрафиолетовыми.

Вспышки возникают не в произвольном месте и неслучайным образом. Для их появления на Солнце должны сформироваться особые активные регионы — группы солнечных пятен. Их классифицируют по множеству признаков, но чем сложнее конфигурация, тем вероятнее, что эта активная зона спровоцирует более мощную вспышку.

Активные регионы перемещаются вместе с вращением Солнца. Например, область, обнаруженная на восточной части диска, останется в поле нашего зрения и будет доступна для наблюдения в течение примерно 13 дней — при условии, что за это время она не распадется или, наоборот, не усилится. Именно в этот период видимости активной зоны возможно делать какие либо прогнозы. Затем Солнце разворачивается и группа пятен перестает быть доступной для наблюдения: пока у нас нет аппаратов, которые смотрели бы на наше светило с другой стороны. Бывает, что такие активные зоны переживают полный оборот, увеличиваются и вновь поворачиваются к Земле уже в более сложной конфигурации. Такую ситуацию мы наблюдали в ноябре 2025 г. Подобные события дают возможности для определенного прогнозирования космической погоды.

― Говоря о прогнозах: точно определить погоду на будущее не всегда удается и на Земле. А что касается космоса: на какой срок вперед ученые способны прогнозировать возможные события?

― Человечество пока не может с высокой точностью предсказать, что произойдет на Солнце в ближайшую неделю. Однако мы можем сделать вероятностный прогноз на год вперед, опираясь на статистику солнечного цикла, а также оценить ситуацию на ближайшие 48–72 часа, анализируя конфигурацию солнечных пятен.

Кроме того, если был зафиксирован корональный выброс массы, можно на несколько дней вперед спрогнозировать геомагнитную бурю. Специальные инструменты — коронографы — позволяют увидеть выброс плазмы, определить его направление и скорость, а существующие модели рассчитывают распространение этого потока, оценивают, достигнет ли он Земли и когда именно, а также предсказывают потенциальную силу геомагнитной бури в планетарном масштабе. Корональные выбросы массы — второй тип солнечных событий, влияющих на Землю

Третий тип — это корональные дыры: участки в короне Солнца, в которых скорость солнечного ветра значительно выше обычной. Когда такая дыра, вращаясь вместе с Солнцем, оказывается в геоэффективной позиции, то есть направлена к Земле, наша планета испытывает воздействие. Изменение конфигурации солнечного ветра вызывает возмущения в геомагнитном поле, что обычно приводит к небольшой буре. Такие события возможно предсказывать, потому что мы видим корональные дыры в телескоп и можем рассчитать, когда они повернутся к Земле.

Сложности начинаются, когда события накладываются друг на друга: например, если активна корональная дыра и одновременно к Земле приходит плазма от нескольких выбросов. Их взаимодействие может вызвать экстремальную геомагнитную бурю. А если к этому добавится мощная рентгеновская вспышка, способная ускорить протоны вблизи Солнца, то возникнет еще и солнечное радиационное событие.

― Насколько сильно подобные события отражаются на людях и инфраструктуре? 

― Космическая погода влияет в первую очередь на технику, спутники, в редких случаях ― связь. Хотя в особых ситуациях воздействие и негативные последствия могут ощущать и отдельные люди.

Когда заряженные частицы достигают Земли, магнитное поле планеты отклоняет их, но вблизи полюсов проникновение возможно. Попадая в атмосферу, они вызывают каскадный эффект, который быстро гасится. Но на больших высотах фиксируется заметное повышение мощности дозы ионизирующего излучения. Эта высота зависит от состояния геомагнитного поля и мощности прилетевших частиц. При этом частицы могут прилететь не только от Солнца, но и буквально из ниоткуда: ученые временами фиксируют радиационные события, спровоцированные галактическим излучением, порой превышающие по силе события, связанные с солнечной активностью.

Так, в ноябре 2025 г. повышенные дозы облучения были зафиксированы на высоте 12–14 км. Это дозы, которые Международная организация гражданской авиации (International Civil Aviation Organization, ICAO) считает умеренными, но требующими внимания. Для обычного человека, совершающего разовые перелеты в лайнере на этой высоте, они сопоставимы с дозой рентгена в поликлинике и считаются безопасными. Но проблемы со здоровьем могут возникнуть у летного состава, который регулярно находится в воздухе над полюсами Земли.  

― То есть, если ученые прогнозируют определенные события, связанные с возмущением космической погоды, рейсы над полюсами отменяются или переносятся?

― Ситуация немного сложнее. В России работает Институт прикладной геофизики им. ак. Е.К. Федорова, уставная деятельность которого ― именно мониторинг космической погоды. Они разработали все прикладные методики согласно стандартам ICAO и выпускают соответствующие сводки, которые, как и любая метеорологическая информация, доводятся до лиц, принимающих решения: командиров воздушных судов, организаторов воздушного движения и авиакомпаний.

Если происходит событие определенной мощности, связанное с космической погодой, то, согласно предписаниям ICAO, самолет, находящийся в воздухе в полярной зоне, должен как минимум снизиться до высоты, на которой доза радиации будет умеренной. Подобные ситуации уже возникали.

Поэтому отрасли экономики, которые так или иначе зависят от космической погоды, заинтересованы в работе ученых в этом направлении и реагируют на сводки. Это гражданская авиация, операторы спутниковой и наземной связи, энергетики ― у всех есть соответствующий регламент.

― Что в периоды солнечной активности происходит с космическими спутниками?

― Радиационные эффекты, действующие на людей, вызваны потоком протонов. Они влияют и на спутники, но в гораздо меньшей степени, чем потоки электронов. А изменения в потоке электронов случаются куда чаще, и спрогнозировать их практически невозможно.

Электроны вызывают изменение заряда самого спутника. Это может затруднять работу некоторых систем, а иногда и выводить их из строя. Поэтому отдельные запуски могут быть отложены.

Кроме того, в моменты, когда планета испытывает геомагнитную бурю, немного повышается высота сопротивления атмосферы. Это необходимо учитывать при выводе спутников. Не так давно компания SpaceX потеряла несколько спутников Starlink: при выводе их на орбиту изменение минимальной высоты сопротивления атмосферы в связи с геомагнитной обстановкой было учтено некорректно. В результате они «зацепили» больше атмосферы, чем планировалось, потратили лишнее топливо, не смогли выйти на расчетную орбиту и сгорели в атмосфере.

― Каким образом ученые исследуют космическую погоду? Это преимущественно наземные телескопы или аппараты на орбите?

― Действительно, возникает вопрос: как мы можем своими глазами наблюдать космическую погоду, кроме полярных сияний? По сути, никак. У человека нет органов чувств, способных напрямую воспринимать ее воздействие, таких как, например, у птиц, ориентирующихся по магнитному полю.

Наблюдения за Солнцем ведутся в основном с помощью специальных телескопов, работающих в узких диапазонах, характерных для частиц, возникающих при определенных взаимодействиях внутри Солнца. Конечно, лучшее место для солнечного телескопа ― в космосе, где его наблюдениям не мешают атмосфера и смена земных суток. И желательно размещать такие аппараты как можно ближе к нашей звезде.

В выгодном положении находятся аппараты на геостационарной орбите, точка обзора которых позволяет постоянно наблюдать за Солнцем. Это отечественный «Электро-Л», американские спутники GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite), японские «Химавари», китайские «Фэнъюнь». Их достаточно много. На них размещены наиболее продвинутые инструменты: например, на GOES-19 установлен коронограф, который закрывает центральную, самую яркую часть Солнца и позволяет оценивать, что происходит в его самом верхнем слое. Это нужно для мониторинга корональных выбросов массы.

Самая дальняя область космоса, где размещены солнечные телескопы, ― это точка Лагранжа L-1 в системе Солнце ― Земля. Это около 1,5 млн км от нашей планеты. Там работают только четыре аппарата: Advanced Composition Explorer (проект NASA), Deep Space Climate Observatory (проект NASA и NOAA), Solar and Heliospheric Observatory (совместный проект ESA и NASA) и  Space Weather Follow On (проект NOAA), запущенный в сентябре 2025 г. Эти спутники передают более качественную информацию, так как находятся ближе к Солнцу. Кроме того, они позволяют получить ее на несколько часов раньше и реагировать заранее.

― Например, заранее предупреждать капитанов воздушных судов?

― Да, наблюдая несколько солнечных пятен сложной конфигурации с высоким шансом возникновения протонного события при вспышке и зная, что через точку L-1 прошел фронт от коронального выброса массы, мы можем предупредить заинтересованные организации о том, что во время путешествия на круизной высоте может случиться солнечное событие, которое потребует снизиться до безопасной высоты.

Другая задача Центра космической погоды ― мониторинг состояния загоризонтной радиосвязи, которая зависит от состояния ионосферы: сильные геомагнитные бури снижают допустимую для связи частоту. Это важно для трансатлантических или трансполярных рейсов, во время которых из поля видимости исчезают наземные точки связи. В случае крупных возмущений выпускаются сводки, которые сообщают, что для устойчивой связи необходимо перейти на определенные частоты или спутниковую связь. Аналогичная ситуация и в области навигации. При этом все системы в современных авиалайнерах продублированы, поэтому проблем с переходом на другие механизмы связи и навигации нет.

― Вы упомянули несколько аппаратов, работающих в точке Лагранжа L-1, и среди них не было ни одного российского…

― Увы…

― Тем не менее у нас есть доступ к этой информации?

― К счастью, да. Ни один из этих аппаратов не представляет собой продукт одной отдельной страны. Чаще всего это совместные исследовательские миссии, данные с которых поступают в открытый доступ либо в режиме реального времени, либо с небольшим запозданием. Поэтому наблюдения и исследования ведутся постоянно. Роль международного сотрудничества в области космонавтики колоссальна: в одиночку такие проекты запускать практически нереально. 

― Какой информации о космической погоде сегодня не хватает ученым, чтобы качественно продвинуться, например, в подготовке тех же рекомендаций для гражданской авиации?

― Информации сейчас достаточно. Основная сложность заключается в оправданно жестком регулировании всей авиационной отрасли. Правила, установленные ICAO и, как следствие, Росавиацией, в первую очередь направлены на обеспечение безопасности, и они неукоснительно соблюдаются. Но любые изменения в них требуют глубокого обсуждения, многоэтапных проверок и валидации не только на национальном, но и на международном уровне.

Центры мониторинга космической погоды работают по всему миру. Они выпускают и доводят сводки, а используемые ими методики — результат работы ученых. Эта работа не стоит на месте, ее постоянно совершенствуют: обновляют форматы (например, недавно сводки стали более детальными), происходит гармонизация прогностических моделей. У каждой страны или научной группы сложились собственные модели: сейчас сравнивается анализ различных событий, который может отличаться в зависимости от модели. Вопросы о том, как учитывать эти различия, какую модель брать за основу для конкретного прогноза или сводки, решаются именно в рамках международного взаимодействия России, Китая, США и других стран, которые подписали Чикагскую конвенцию в рамках ICAO.  

Интервью записано в 2025 г.