Взгляд сквозь Солнце

То, что сделал физик-теоретик Сергей Владимирович Олемской вместе со своими коллегами по Институту солнечно-земной физики СО РАН, иначе как прорывом не назовешь. Они решили проблему описания магнитного поведения Солнца, которая ставила в тупик всех исследователей нашего светила. Сейчас, возглавив науку, сосредоточенную в институте, он оказался лицом к лицу с куда более масштабной задачей, которая одному теоретику не под силу, — на основе открытий, совершенных с его помощью, он надеется сделать теорию солнечного динамо источником для реальных прогнозов влияния Солнца на земные процессы и, в частности, на климат планеты.

— Сергей Владимирович, расскажите, пожалуйста, о ваших основных научных предпочтениях.

— Я занимаюсь изучением и развитием теории, которая объясняет магнитные процессы на Солнце. Эта теория получила название теории динамо. Как известно, магнитные поля на Солнце обладают способностью накапливать энергию и потом мгновенно ее отдавать, выбрасывая солнечную плазму, порождая солнечные вспышки и другие явления. Все это оказывает сильное влияние на околоземное космическое пространство, где находится большое количество космических аппаратов, а также на состояние атмосферы Земли и самой Земли, в частности ее климата.

Теория динамо родилась в 30-х гг. прошлого века, но развивалась очень медленно. И только с появлением более мощных телескопов, более длинных рядов косвенных данных о солнечной активности (эти данные восстанавливались в основном по космогенным изотопам, и сейчас имеются восстановленные ряды солнечной активности за 11 тыс. лет) и более мощных компьютеров, представляющих многоядерные кластеры, физикам удалось развить современные модели солнечного и звездного динамо, а также решить ряд фундаментальных задач в этой теории.

Так, мне совместно с коллегами из нашего института удалось разрешить одну из ключевых проблем теории солнечного динамо — проблему так называемого катастрофического подавления альфа-эффекта, связанного с генерацией в солнечных недрах спиральных магнитных полей, возникающих в потоках солнечной плазмы. Наличие альфа-эффекта объясняет многие особенности изменений в солнечной активности, например ее цикличность, а также переполюсовку (смену магнитных полюсов) глобального магнитного поля Солнца, происходящую каждые 11 лет.

Но альфа-эффект обладает одной очень любопытной особенностью: родившись, он по всем законам физики тут же должен уничтожать сам себя, в этом и заключается его катастрофическое подавление. Долгое время эта его особенность мешала развить более или менее правдоподобную модель, объясняющую магнитные процессы на Солнце. Катастрофическое подавление многие ученые часто исключали, исходя из предположения, что этого явления не существует в природе, или нарушая физику процесса в своих моделях, которые в результате не воспроизводили ни цикличности солнечной активности, ни переполюсовки в том виде, в котором она наблюдается. Но мы нашли объяснение этому явлению, а также способ избежать этого катастрофического подавления с учетом всех физических законов.

В результате за короткое время удалось вывести нашу модель на абсолютно новый качественный уровень. Нам удалось объяснить также различие циклов солнечной активности. В среднем, как известно, их длительность составляет 11 лет, но это только в среднем. На самом же деле она может варьировать — от девяти до 15 лет, причем каждый раз эти циклы могут сильно различаться по интенсивности. Циклы солнечной активности могут и вовсе исчезнуть на несколько десятков лет — это, например, так называемый глобальный минимум Маундера (Солнце не проявляло активности с 1645 по 1715 г.).

Долгое время ученые не могли объяснить, с чем это связано. По этому поводу существовало много гипотез, но фактически установить причину нестабильной работы Солнца не получалось ни у кого. Нам же удалось доказать, что природа таких явлений с физической точки зрения связана с наличием гистерезиса в солнечном динамо, то есть ситуации, когда при прочих равных условиях мы получаем два совершенно разных режима работы Солнца в зависимости от начальных условий. Впоследствии наша идея получила подтверждение результатами реальных наблюдений.

Иначе говоря, всего за шесть лет нам удалось создать модель, которая заработала и стала воспроизводить практически все наблюдаемые свойства солнечного цикла и солнечной цикличности в целом, которые фиксируют наблюдатели. Это и продолжительность цикла, и его мощность, и соотношения напряженности полей, и глобальные минимумы. До этого никто не мог добиться того, чтобы все эффекты работали в одной модели. Это наше достижение, достижение группы теоретиков нашего института и мое личное достижение.

— Каковы перспективы этого направления исследований? Чего вы ожидаете от них в будущем?

— Нам бы хотелось, чтобы модель солнечного динамо, которую нам удалось разработать, стала прогностической. Сейчас прогноз солнечной активности — по-прежнему большая проблема не только для нашего института, но и для всего этого направления и остается открытым нерешенным вопросом. Действующие прогностические методы основываются главным образом на статистике, а не на физике процессов. Чтобы получить реальную физическую прогностическую модель, в ее ядро нужно заложить реально работающую физическую модель.

В дальнейшем я бы хотел развить нашу модель до прогностической, но это огромная работа. Это требует больших усилий, это работа для целой лаборатории. Потребуется очень много времени на калибровку модели, то есть на то, как она будет взаимодействовать с входными параметрами, которые будут давать наблюдения за Солнцем. Необходимо также, чтобы такая модель давала на выходе параметры, востребованные геофизиками, которые разрабатывают, допустим, теоретическую модель ионосферы или климата Земли, берут солнечные данные и смотрят, как они влияют на изменения ионосферы или климатической модели. То есть необходимо выстроить единую цепочку «Солнце — околоземное космическое пространство — Земля», а это, повторю, очень непросто. Но самым первым шагом в этом направлении должна стать реально работающая прогностическая модель солнечной активности, потому что вся кухня, которая влияет на космическую погоду, сосредоточена в недрах Солнца.

— А чем еще занимается ваш институт?

— Основное — это, конечно, экспериментальные исследования. В настоящее время на базе Института солнечно-земной физики создан единственный в России крупный гелиогеофизический комплекс. Сейчас восемь обсерваторий, имеющихся в институте, расположены на большом пространстве от Заполярья до границ с Монголией. В их числе — несколько не имеющих аналогов научных установок, какими могут похвастаться немногие институты. Это Большой солнечный вакуумный телескоп, Внезатменный солнечный коронограф, Сибирский солнечный радиотелескоп, создатели которого были удостоены премии Правительства РФ в области науки и техники в 1996 г., уникальный в своем роде Иркутский радар некогерентного рассеяния, Солнечный телескоп оперативных прогнозов, Радар EKB российского сегмента когерентных радаров декаметрового диапазона, Станция магнитометров, которая входит в мировую сеть «Интермагнит»… Все эти установки имеют исключительное географическое положение и обеспечивают получение гелиогеофизической информации непосредственно в центре России. Это позволяет нашим ученым проводить исследования по всем направлениям солнечно-земной физики начиная от средних слоев атмосферы, ее верхних слоев, околоземного космического пространства и заканчивая непосредственно наблюдениями за солнечной активностью.

— Сейчас вы выступаете в двух ипостасях — теоретика и администратора. Как это совмещается? Это помогает или мешает?

— Чаще помогает, но иногда и мешает, потому что отнимает время от науки, поскольку приходится больше заниматься административной работой, чем раньше. Помогает в том плане, что удается проводить больше научных встреч с коллегами из других институтов и из-за рубежа, обсуждая различные научные направления и отдельные научные задачи, договариваясь о создании новых коллабораций… Непосредственно на науку времени остается меньше — на написание статей, проведение численных расчетов, экспериментов и т.п.

— Ваш институт, по вашим словам, в основном занят экспериментами и наблюдениями. И вдруг высшим научным администратором становится теоретик. Нет ли здесь противоречия?

— Это ничему не противоречит. Суть в том, что результаты наших экспериментальных исследований не должны просто лежать и накапливаться. Они — основа для теоретиков. Просто наблюдать и складировать в архивы — в этом никто не заинтересован, поэтому теоретики тоже играют здесь немаловажную роль. Они задают тон, они говорят экспериментаторам, что им нужно, что нужно для их работы, что нужно для решения тех или иных фундаментальных задач, ведь институт все-таки фундаментальный. Наверное, это даже лучше, что я, не будучи экспериментатором, не привязан к какой-то одной конкретной установке, я способен видеть проблему в целом и исходя из этого ставить для исследователей более универсальные задачи.