«Мы живем в эпоху повышенной солнечной активности». Директор ИЗМИРАН Владимир Кузнецов

В наукограде Троицк работает один из нескольких в мире научных центров, где аккумулируется важнейшая информация о космической погоде, причем в круглосуточном режиме. О влиянии Солнца на Землю и о работе Центра рассказал Владимир Дмитриевич Кузнецов ─ доктор физико-математических наук, директор Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН).

― Солнце ― очень массивный гравитирующий объект. Что происходит с временем в районе нашей звезды?

― Действительно, Солнце ― это гравитирующее тело, но сила его гравитации очень мала по сравнению с теми силами, которые действуют в окрестностях черных дыр или вблизи других очень массивных космических объектов.

Если сравнивать гравитационное поле в окрестностях Солнца с гравитационным полем черной дыры, то эффекты общей теории относительности, замедления времени близ нашей звезды ничтожны. Тем не менее, существуют опыты с отклонением луча в поле Солнца, которые считаются косвенным экспериментальным подтверждением общей теории относительности. Речь идет об экспериментах с отклонением луча света звезды, когда он проходит вблизи массивного гравитирующего объекта, например нашего Солнца. Такие опыты были успешно проведены еще в начале XX в. и позволили ученым проверить и подтвердить теорию Эйнштейна.

Как известно, мы наблюдаем Солнце с задержкой примерно в 7 минут: то есть за это время его свет достигает Земли.  Но когда мы видим далекие астрофизические объекты, находящиеся от нас на расстоянии миллионов световых лет, то это настолько огромные расстояния, что этих объектов, возможно, уже и не существует в природе, а мы лишь заглядываем в далекое и безвозвратно ушедшее прошлое.

― Давайте поговорим о влиянии Солнца на нашу жизнь. Может ли из-за солнечной активности болеть голова?

─ Это скорее медицинский вопрос, поэтому мы и изучаем его вместе с врачами: предоставляем коллегам геофизические данные, в том числе касающиеся активности Солнца. В целом можно сказать, что здоровые люди адаптированы ко всем изменениям окружающей среды, а те, у кого со здоровьем дела обстоят не очень хорошо,  ─ более чувствительны, в том числе к метеоусловиям, например, к перепадам атмосферного давления. Известно, что когда из-за солнечной активности на Земле происходят магнитные бури, в ее атмосфере возникают процессы, приводящие к изменению давления.

Когда на Солнце происходят вспышки, выбросы вещества, то эти явления порождают  магнито-плазменные облака, распространяющиеся в гелиосфере, в том числе в направлении Земли. Когда же эти облака сталкиваются с магнитным полем Земли, возникают магнитные бури. Они также могут появляться, если солнечный ветер меняет свой напор. Например, из Солнца выходят так называемые корональные дыры ─ магнитные трубы, скорость солнечного ветра в которых может в два раза превышать скорость обычного солнечного ветра. Когда Земля при своем вращении вокруг Солнца попадает в сектор такой корональной дыры, то повышается геомагнитная активность и могут возникать магнитные бури, то есть наиболее сильные проявления геомагнитной возмущенности. При этом в магнитосфере и атмосфере Земли возникает целая серия физических явлений: высыпания частиц из магнитосферы в атмосферу и полярные сияния, генерация электрических токов и т.д. В результате давление атмосферы может меняться, что, как известно, относится к тем метеоусловиям, которые ощущаются людьми, особенно с ослабленной адаптацией. Медики действительно фиксируют увеличение количества вызовов скорой помощи и обращений в поликлиники, коррелирующие с возрастанием геомагнитной активности.

― Значит, есть даже твердое статистическое подтверждение?

― Да, такая статистика имеется, но это уже вопрос медицины. Мы не можем отменить такие природные явления, как магнитные бури и активность Солнца ─ так же, как и погоду. Задача заключается в том, чтобы метеочувствительные люди, особенно с хроническими заболеваниями, следовали рекомендациям врачей, как нужно себя вести в такие дни, какие лекарства принимать и т.д.

― Как известно, мы сейчас находимся в начале очередного 11-летнего солнечного цикла. В ближайшие годы нас ждет увеличение количества солнечных пятен, а значит, и вспышек на Солнце?

― Да, мы действительно находимся в начальной фазе очередного 11-летнего цикла. Считать эти циклы начали со времен Галилея, и сегодня ученые выделяют циклы средней мощности: сильные и слабые. Мы находимся в фазе роста и примерно через 4-5 лет достигнем максимума по количеству солнечных пятен. Затем процесс вновь пойдет на спад.

Каждый солнечный цикл определяет возмущенность околоземного космического пространства, поэтому нам важно знать, какой будет цикл, сколько ожидается солнечных вспышек и т.д. В среднем за 11-летний солнечный цикл Земля испытывает примерно 600 магнитных бурь. Из них ─ несколько сильных или даже очень сильных. За каждый 11-летний цикл на Солнце происходит примерно 37 тыс. вспышек.

― Насколько стабильно наше Солнце? Может ли внезапно его активность понизиться, например, что приведет к катастрофическим последствиям?

― Изучение солнечного цикла ― одна из ключевых задач ученых на протяжении столетий, потому что спустя несколько лет после смерти Галилея, в 1645 г., произошло одно очень интересное явление: пятен на Солнце не было видно. Этот период называется Маундеровским минимумом. Отсутствие видимых пятен на Солнце продлилось 70 лет, до 1715 г. В эти годы на Земле, а именно в Европе, наступил малый ледниковый период.

Попробую объяснить, с чем это может быть связано. Сегодня мы знаем, что магнитное поле в солнечном пятне обычно имеет значение 3-4 тыс. гаусс и подавляет идущую снизу конвекцию, которая несет из недр Солнца тепло в виде горячей плазмы. Эта плазма, в свою очередь, при появлении на поверхности Солнца обеспечивает его излучение. Таким образом, солнечное пятно из-за подавления конвекции ─ темное, что мы и видим. Но если магнитное поле в пятне ослабнет ниже значения в 1,5 тыс. гаусс, то подавление конвекции слабое ─ пятно остается горячим, и его не видно на фоне диска Солнца.

― То есть пятно на самом деле есть, но его не видно?

― Да, пятен в этом случае не видно, а магнитные поля остались. Возможно, Маундеровский минимум заключался как раз в том, что поле ослабло, хотя цикл продолжался. Затем, через 70 лет, поле опять усилилось, и солнечные пятна, темные трейсеры магнитного поля, опять восстановились. Этот глобальный минимум солнечной активности совпал с заметным похолоданием на Земле, что фиксировалось по наблюдениям в Европе.

Кроме 11-летнего солнечного цикла выделяют и другие, например, 22-летние, 100-летние и даже 200-летние циклы. Во многих случаях было отмечено, что понижение температуры на Земле в ледниковые периоды совпадало с периодами глобального понижения солнечной активности. Это удивительно. Как говорится, хотите верьте, а хотите нет.  И здесь закономерно возникает вопрос о связи солнечной активности с климатом и с ледниковыми периодами прошлого.

Бывают, конечно, и периоды повышенной солнечной активности. Сейчас мы фактически живем в такую эпоху ─ никаких ледниковых периодов не наблюдается.

― Как долго это продлится?

― Пока трудно делать прогнозы о том, сколько это продлится, к тому же магнитное поле Земли может вносить свои коррективы. Точным ответом мы на сегодняшний день не располагаем.

Мы должны собирать как можно больше данных о солнечной активности и об изменении магнитного поля Земли. Чем больше таких сведений мы будем иметь, тем точнее сможем спрогнозировать сценарии будущего и проанализировать сценарии прошлого.

― Мы находимся в ИЗМИРАН, в Центре прогнозирования космической погоды ─ одном из крупнейших в мире. Расскажите подробнее о ваших исследованиях.

― Солнечная активность имеет магнитную природу и порождает опасные явления: радиацию в виде потоков энергичных частиц и жесткого излучения, магнитные бури, геомагнитно-индуцированные токи, разбухание атмосферы и т.д. Все это оказывает прямое воздействие на космические спутники и работу электроники, находящейся в них. Энергетически заряженные частицы, которые идут от Солнца, портят электронику спутников, создают опасность для космонавтов.

Когда происходят геомагнитные бури, то на Земле во всех электропроводящих системах возникают так называемые геомагнитно-индуцированные токи. Вспомните знаменитое Квебекское событие 1989 г., когда в канадской провинции Квебек из-за атаки магнитной бури почти на сутки произошло массовое отключение электричества, а столица страны, Оттава, осталась без света на 9 часов. 

Не стоит забывать и про опасный солнечный ветер. Все эти факторы космической погоды напрямую воздействуют на деятельность человека как на Земле, так и в космосе. Да, мы не в силах отменить явления космической погоды, но можем минимизировать потери и риски, которые с ними сопряжены. Именно этим (и не только этим) мы здесь и занимаемся.

Наша звезда ― источник космической погоды, и мы должны постоянно изучать, какие активные области имеются на Солнце, какие происходят вспышки и т.д., и предоставлять эту информацию соответствующим ведомствам, которые работают с инфраструктурой, зависящей от этих явлений. Необходимо непрерывное наблюдение Солнца. А для этого, конечно, нужно мобилизовать все ресурсы ─ как космические, так и наземные. Все обсерватории, которые есть на Земле, должны наблюдать за Солнцем и постоянно обмениваться информацией, чтобы минимизировать потери в космосе ─ и не только там.

― А как конкретно их можно минимизировать?

― Если мы говорим о космосе, то самый примитивный пример упреждающей меры ─ это  отключение спутника: если его отключить, то там не будет напряжения, электрических полей, и аппарат может легче пережить все проявления космической погоды. Правда, он теряет свое прямое назначение на это время.

― Вернемся к работе вашего Центра.

― В мире существует всего несколько центров, подобных нашему, где аккумулируется вся важнейшая информация о космической погоде. Специалисты ИЗМИРАН в круглосуточном режиме наблюдают за солнечной активностью, получают данные с космических аппаратов, которые летают в межпланетном пространстве и непрерывно наблюдают за Солнцем, измеряют потоки солнечного ветра и энергичных частиц, магнитные облака и ударные волны. Все эти данные подвергаются детальному анализу, на основе которого составляются прогнозы о состоянии околоземного космического пространства. Такой прогноз космической погоды дается на период от нескольких суток (а иногда и больше) до нескольких часов в оперативном режиме.

Мы подаем всю полученную информацию  в Центр управления космическими полетами, в ГК «Роскосмос» и другие ведомства.

Особенно большую ценность представляет информация о магнитных бурях. Приведу один пример. Есть такой эффект, как разбухание атмосферы: во время магнитной бури атмосфера Земли разбухает, нагревается, ее плотные слои поднимаются вверх, и низколетящие спутники, в том числе МКС, начинают аномально тормозиться. В 1989 г., когда произошло упомянутое Квебекское событие, многие спутники вообще были потеряны и изменили орбиты. Их пришлось восстанавливать.

Конечно, наша цель ─ не просто наблюдать и мониторировать такие события, но и прогнозировать их. Важно заранее сообщать о том, что мы ожидаем вспышку на Солнце, и предупреждать, какие могут быть последствия, с ней связанные. Если произошел выброс массы на Солнце, то мы должны сказать, какая у него будет скорость, когда он к нам придет, и когда ждать магнитную бурю.

― Такая информация полезна не только ведомствам, но и метеозависимым людям.

― Да. На нашем сайте доступна информация о текущей геомагнитной обстановке. Ее можно получить через горячую линию, где работает автоответчик. Как-то раз у нас на сайте произошел сбой, и горячая линия перестала работать; тогда нам по другим номерам стали звонить пожилые люди и спрашивать, когда горячая линия снова заработает. Для них эта информация очень важна, ведь исходя из наших прогнозов, они принимают свои лекарства.

― Владимир Дмитриевич, напоследок, расскажите о фундаментальных и прикладных аспектах изучения Солнца.

― Исследование Солнца, безусловно, важно с точки зрения фундаментальной науки, ведь те процессы, которые мы наблюдаем на Солнце, происходят и на далеких звездах. Но эти далекие звезды для детального изучения нам пока недоступны. Тщательно  пронаблюдать мы можем только наше Солнце и, соответственно, использовать эти знания для исследования более отдаленных объектов.

Что касается прикладного аспекта, то, думаю, влияние эффектов космической погоды на Землю со временем будет только усиливаться. Это связано с тем, что происходит развитие цивилизации, создаются очень протяженные энергосистемы: линии электропередач, трубопроводы и другие объекты. Расширяется и космическая деятельность, а значит, возрастает и количество спутников, на которые воздействует космическая погода. Таким образом, увеличивается и потребность в еще более глубоком изучении процессов, происходящих на Солнце, чтобы обеспечить устойчивое развитие нашего общества и технологий, невзирая на  любые причуды космической погоды.

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ и Российской академии наук.