Проект «Семейный альбом» Поиск по сайту Контакты и обратная связь Карта сайта Авторизация

СОЛНЕЧНАЯ ПОСТОЯННАЯ


«Светить всегда, светить везде, До дней последних донца, Светить — и никаких гвоздей! Вот лозунг мой и солнца!» — писал Владимир Маяковский, но был не совсем точен с научной точки зрения. Всем понятно, что без Солнца на Земле жизни нет. Солнце — ближайшая к нам звезда, температура которой вблизи поверхности порядка 6 тыс градусов, а масса на 3 порядка превышает суммарную массу всех планет Солнечной системы. Диаметр светила — 1,5 млн км. Но Солнце воздействует на жизнь всего живого, на климат отнюдь не только своим светом. Это долгое время не понимали, и сейчас, пожалуй, понимают не до конца. Дело в том, что само солнечное излучение в видимом спектре меняется крайне мало: на десятые-сотые доли процента. Долгое время существовал даже термин — «солнечная постоянная», под которой понимался полный поток излучения Солнца за определенный период времени.

Если смотреть на Солнце невооруженным глазом, ничего кроме собственных слез не увидишь, однако со школьной скамьи всем известно, что на Солнце бывают и пятна. Их площадь относительно мала: они никогда не превышают суммарной площади поверхности звезды более чем на 0,1-0,4 процента. В середине XIX столетия ученые выяснили, что с течением времени число пятен меняется. Происходит это в среднем каждые одиннадцать лет. Назвали такие изменения «одиннадцатилетним циклом».

Об этом рассказал главный научный сотрудник Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова РАН (ИЗМИ РАН), доктор физико-математических наук профессор Владимир Обридко, который любезно согласился объяснить нашим читателям, что такое солнечная активность и чего нам от нее ждать. В. Обридко не одно десятилетие занимается изучением звезды и хорошо знаком с её повадками.

— Владимир Нухимович, значит, чем больше пятен на Солнце, тем выше активность звезды?

— Одиннадцатилетний цикл — это не только цикл изменений количества пятен, а именно изменения потока солнечного излучения в разных диапазонах волн. Они могут быть очень значительными. Если интегральный поток излучения, как уже было сказано, меняется только на доли процента, то излучение в ультрафиолете, в рентгене, с одной стороны, и излучение высокоэнергичных частиц могут меняться на несколько порядков, например, во время солнечных вспышек. И это представляет собой очень важный фактор для существования всей биосферы и техносферы Земли.

Мы вообще пока что мало знаем о Солнце. Основные механизмы солнечной активности только нащупываются учеными. Что определенно ясно, это то, что природа солнечной активности — это вариации полного потока и тонкой структуры магнитного поля звезды. Само магнитное поле пятен на Солнце было открыто только в начале прошлого века американским ученым Джорджем Эллери Хейлом. Магнитное поле всего Солнца в интегральном потоке было им же открыто еще позднее — в 20-х годах ХХ столетия, а его роль в солнечной активности стала понятна только в середине прошлого века. Стало ясно, что пятна представляют собой области высокой концентрации магнитного поля. В пятнах магнитное поле в тысячи раз выше, чем в среднем по Солнцу, и может достигать 3-4 тыс. Гаусс. Вокруг пятен наблюдается зона более слабого поля, что в целом образует так называемую активную область. В этой области время от времени происходят нестационарные процессы (вспышки, корональные выбросы массы), причем их число увеличивается в периоды максимумов 11-летних циклов. Кроме того на Солнце наблюдаются также так называемые корональные дыры, которые были открыты гораздо позднее — в 70-х годах прошлого столетия, из них исходит высокоскоростной солнечный ветер. Все эти явления меняются со временем, подчиняясь как 11-летнему циклу, так и другим более слабым временным вариациям. Их излучения — электромагнитные и корпускулярные — приходя к Земле, могут приводить к тяжелым последствиям на Земле и приносить вред живому.

— Эти вопросы Вы и ваши коллеги и изучали в рамках гранта Российского фонда фундаментальных исследований?

— То, о чем я сказал, только некоторые черты характера светила. Загадки звезды этими научными вопросами не ограничиваются. Грант назывался «Солнечная активность на фазе спада векового цикла». Целью проекта было проанализировать фундаментальные свойства солнечной плазмы в особый период перехода к низкой солнечной активности. То есть мы изучали взаимосвязь различных механизмов генерации магнитного поля в их зависимости от характерных масштабов и величины магнитного поля.

Дело в том, что если построить кривую 11-летнего цикла, мы увидим вершины через 11 лет, спады почти до нуля и снова вершины. И они не одинаковые, а существенным образом меняются со временем — меняется как высота солнечного цикла, так и его длительность, 11 лет это средний период цикла. Самый глубокий минимум («гранд-минимум») был в период с 1645 по 1715 гг. Любопытно, что это совпало со временем правления «короля-Солнце» Людовика XIV во Франции. Кстати, король всячески способствовал проведению наблюдений Солнца в этот период. Так вот, 11-летний цикл тогда был настолько подавлен, что пятна на Солнце, открытые всего лишь за 40 лет до этого Галилеем, практически не наблюдались в течение этих 70 лет. Его часто называют «маундеровским» по имени английского астронома Эдварда Уолтера Маундера (1851–1928), обнаружившего это явление при изучении архивов наблюдения Солнца.

— Что такое вековой цикл?

— Если еще раз посмотреть на кривую солнечной цикличности, мы увидим, что примерно через 100 лет наступают понижения общего уровня солнечной активности. Кроме минимума, который был в середине XVII века, наблюдалось еще два периода, в течение которых солнечная активность была сильно понижена. Это — начало XIX века (время наполеоновских войн) и начало XX столетия вплоть до 1920-х годов. Тогда были беспрецедентно холодные зимы. Это были глубокие минимумы солнечной активности, совпавшие с серьезными похолоданиями на Земле. Естественно возникла концепция, связывающая эти два явления.

— Метеорологи с этим утверждением поспорят.

— Ну, спорить относительно совпадения этих эпох не имеет смысла, оно существует. А вот есть ли здесь причинно следственная связь, это действительно вопрос. Я неоднократно имел длительные дискуссии со специалистами в области физики атмосферы Земли. Это крупные ученые мирового уровня. Они оперируют моделями, в которых влияние Солнца входит в основном только через солнечную постоянную, а более точно выражаясь — полный поток солнечного излучении («solar irradiance») — солнечная постоянная. При таком подходе эффекты крайне слабы. В используемых ими моделях не учтены изменения потоков космических лучей, изменения электромагнитного жесткого излучения, изменения магнитного поля Земли, меняющее взаимодействие с солнечным ветром и т. д.. Они понимают, что это может влиять, но мы до сих пор не дали им алгоритм, как это учитывать.

— А каков механизм связи активности Солнца и климата на Земле?

— Есть несколько теорий. Одна из них мне очень нравится. В этой теории меняющийся поток солнечной плазмы блокирует приход галактических космических лучей, которые влияют на облачность на Земле. В результате, периоды высокой солнечной активности должны совпадать с повышением глобальной температуры на Земле и, наоборот, «гранд-минимумы» должны соответствовать холодам. Красивая идея. Но она не работает на 100 процентов — там много параметров, которых мы до конца не знаем, а потому включить в модель расчетов не можем. Тем более, что возникает и проблема, выходящая за пределы чистой науки.

Дело в том, что солнечная активность падает. Мы входим в четвертый период низкой солнечной активности. Если это так, то она должна приводить к понижению глобальной температуры на планете. А метеорологи утверждают и показывают цифрами, что температура растет. Глобальное потепление очевидно. И тут вопрос уже количественный. Если к 2050 году это потепление даст дополнительный прирост в 5-6 градусов, это одно дело, а если Солнце чуть это «смикширует» до 1-2 дополнительных градусов, то другое.

Астрономы наблюдают это снижение уровня солнечной активности, которое продолжается приблизительно с 1957-1980 годов. С 1980-х обозначилось общее понижение уровня всех индексов. Спадает величина общего магнитного поля. И мы как будто бы приходим сегодня к очередному новому глобальному минимуму. Это не значит, что он будет таким же глубоким, как Маундеровский. Скорее всего, это будет последовательность двух трех низких циклов. Мы сейчас находимся в глубоком минимуме между циклом 24, максимум которого был в 2012 году и циклом 25, максимум которого прогнозируется на 2025 год. И хотя усиление активности должно было начаться еще год-два назад, пока пятен на Солнце на Солнце практически нет, но о первых признаках нового солнечного цикла наблюдатели уже сообщили.

Сегодня очень интересно проверить, как будет меняться ионосфера Земли при невысоких уровнях солнечной активности, как на это будет реагировать магнитосфера планеты, вся биосфера в целом. Биосфера привыкла существовать при более высоком уровне магнитного поля. Сейчас возмущения магнитного поля на Земле будут более низкие.

— Полезно это или нет?

— Есть основания полагать, что человеческий организм, приспособившись к некоемому среднему состоянию, плохо реагирует на отклонения в обе стороны.

Но для того, чтобы грамотно изучать Солнце, нужно проводить наблюдения на всей Земле, с помощью телескопов, космических аппаратов и т. д., потому что в одном месте у вас могут быть и облака, и тучи, и еще какие сложности. Надо иметь для этого Службу Солнца.

— А службы Солнца в РФ так и нет до сих пор?

— Служба Солнца это особый вопрос. Она была огромным достижением нашей советской науки. Подчеркиваю, советской. В 1957-1959 гг проводился так называемый Международный геофизический год, к которому СССР подошел во всеоружии. Были закуплены и поставлены 10 специальных телескопов АФР-2 для наблюдения Солнца, разнесенных по всей территории страны от Львова до Уссурийска. Солнце не выпускалось из наблюдения практически весь световой день, за исключением, может быть, небольшого интервала, когда нельзя было наблюдать его над нашей территорией. Чуть позже были предприняты меры для того, чтобы поставить такой телескоп на Кубе, с тем чтобы закрыть эту «дырку». Для наблюдений были куплены специальные дифференционно-поляризационные фильтры производства ФРГ общей стоимостью боле 250 тысяч долларов США, что по тем временам представляло огромную сумму. В Институте кристаллографии им. А. В. Шубникова АН СССР был сделан целый ряд таких же инструментальных фильтров отечественного производства. Кроме того в большом количестве были закуплены зарубежные пластинки, фотоматериалы и т. д. Проводились измерения магнитных полей пятен на трех крупных башенных телескопах, построенных специально к периоду МГГ. Венцом всего этого стали запуски первых в мире спутников, наблюдающих за Солнцем. Эта Служба Солнца благополучно развалилась. Телескопы АФР-2 уже 65 лет без ремонта и в нерабочем состоянии, большинство фильтров тоже вышло из строя.

— И? На президиумах РАН вопрос о восстановлении Службы Солнца поднимался неоднократно... Никому не нужно?

— Есть планы, очень обширные. Я сам участник этих планов. Но пока по финансовым причинам это не реализовано, и от нас всё время отпихиваются: другие задачи, другие интересы.

— Почему?

— Я не политик и не администратор. Я рядовой научный сотрудник в своем институте, хотя с большим опытом. Много лет я был зампредседателя Межведомственного научного совета «Солнце-Земля» РАН, так что я в курсе, каково состояние дел. А почему нет? Наверное, по разным причинам. Хотя бы потому, что огромные деньги у нас уходят в другом направлении. И если говорить о финансировании в астрономии, то первичным сейчас считается дальний космос, космология, темная материя и т. д. А главное в том, что некоторые считают, что «можем жить пока и так»...

Иными словами, никаких активных шагов в отношении создания Службы Солнца нет. Кроме меморандумов. То есть регулярно, в разных документах руководство РАН и руководство ведущих институтов, и Совет по астрономии, и Совет по физике солнечно-земных связей, и космосу говорят: «да, служба Солнца нужна, да, да! Как не хорошо, что в РФ ее нет». Но тогда на это нужно выделять деньги...

— Но при этом солнечная активность оказывает непосредственное влияние на экономику, на инфраструктуры?

— Проблема тяжелейшая, и ее тоже недооценивают у нас. Космические аппараты падают раньше времени, нарушается работа оборудования, выходят из строя германиевые батареи во время мощной вспышки. На Земле происходят локауты — отключения электроэнергии. Нарушается работа светофоров на железных дорогах. Например, был такой случай на Кольском полуострове во время магнитных бурь, когда наведенные токи меняли сигнал светофора и электропоезда проезжали на красный свет. Центр прогнозов космической погоды ИЗМИРАН работает в ежедневном и практически в круглосуточном режиме, используя, к сожалению, в основном зарубежные данные и собственные методики прогноза. Основными потребителями являются различные подразделения РОСКОСМОСа, МЧС России, учреждения медицины и пр.

— Солнечная активность будет влиять и на проекты дальнего космоса?

— Конечно. Достаточно вспомним миссию «Апполон» на Луну. В августе 1972 года произошло несколько мощных вспышек на Солнце. Если бы это произошло в момент высадки астронавтов, они бы получили летальную дозу. А длительный полет, например, к Марсу, может быть еще опаснее.

— А сколько сегодня в РФ работающих спутников в области наблюдения Солнца?

— А нет их. Оптических наблюдений Солнца на космических аппаратах сегодня в России не проводится. Данные поступают с зарубежных спутников. Надо отдать должное мировой науке и ученым из США, Европы, Японии за то, что они не засекречивают данные своих научных и служебных спутников. И эти данные в реальном времени есть у нас, в наших институтах, используются активно и для прогноза и для любых исследований. Даже в рамках работ по гранту РФФИ мы их использовали.

Правда, все это можно легко перекрыть в рамках каких-нибудь санкций, — нужно лишь несколько щелчков мышкой.

Но нельзя сказать, что наблюдения в гелиосфере отсутствуют. На КА вблизи Земли измеряются параметры космической плазмы. Это есть. А вот по части Солнца — большие трудности: последние космические аппараты, которые вели такие наблюдения — спутники серии Коронас (Коронас —И, 1994-2001; Коронас-Ф, 2001-2005; Коронас-Фотон, 2009). Это было более 10 лет назад.

— Какие конкретно работы проводились в рамках гранта?

— В основном это — накопление данных и обработка и использование их в разнообразных компьютерных моделях, в том числе сравнение с механизмами динамо. Теория динамо предполагает, что существует два типа солнечного динамо, а именно: условное динамо среднего поля, которое генерирует крупно- и мелкомасштабные магнитные поля, участвующие в цикле активности, а также мелкомасштабное динамо, которое генерирует мелкомасштабное магнитное поле, независимое от цикла. Последнее время появились данные о вспышках на звездах с существенно более высокой мощностью, чем вспышки на Солнце (на 3-4 порядка). Сам механизм таких вспышек неясен. Пока мы не можем отрицать возможность таких вспышек на Солнце, хотя по ретроспективным данным следов таких вспышек нет. Сама по себе возможность возникновения таких вспышек означает огромную опасность для жизни на Земле. С точки зрения прогноза циклических вариаций мы изучили практически все индексы солнечной активности, включая их асимметрию. Можно считать, что наши результаты уверенно показывают на то, что 25 цикл будет по крайней мере не выше, чем очень низкий 24.. Подытоживая опыт почти 30 летних исследований в области анализа циклической деятельности Солнца совместно с Ю. А. Наговицыным опубликована монография Солнечная активность, цикличность и методы прогноза.

— Каков размер гранта? 

— Грант трехлетний, закончился в 2019 году. На каждый год выделялось 700 тыс. рублей на 10 человек. Причем из этих денег еще 20% забирает институт на накладные расходы. Если взять и поделить, то получается меньше 5 тыс. в месяц на человека. Правда сейчас сумма гранта несколько увеличилась, процентов на 70.

— А какое оборудование необходимо для исследований?

— У нас разработан уникальный магнитограф, современной конструкции. Очень хороший, лучше мировых образцов. Собственно, он должен скоро полететь в космос, чего нам, как я уже говорил, сильно не хватает. Но для этого должен нормально работать телескоп, а телескоп пока не работает, и денег на его ремонт нет.

А что касается нашей обычной жизни и работы, то поскольку мы используем данные не российские, то особого оборудования нам не надо. Единственное, чем мы еще пользуемся, — данными нейтронного монитора нашего института.

— Кто-то из политиков, производственников выразил интерес к работам с точки зрения практического применения?

— Да нет, по-моему, нет. Мы же только часть большого хозяйства. Наши данные поступают в отчеты по академии, в другие доклады... Возможно, что наверху кто-то и интересуется, но нам о том не ведомо и прямой пользы не приносит.

— Грант завершен. Будете ли пользоваться помощью РФФИ дальше? 

— Да, конечно! Во-первых, мы будем продолжать работу в любом случае, даже и без денег. Нам интересно! Во-вторых, это у меня грант закончился, но получила грант участница предыдущего гранта, моя ученица, я с ней буду и дальше сотрудничать, и спасибо РФФИ. У меня есть большие проекты. Есть коллеги в Кисловодске — талантливые ребята, которые и сами много могут, — в Пулкове, в Иркутске. У нас тесное сотрудничество с коллегами из Азербайджана, Болгарии, США. Коллектив готов работать дальше.

— А как дела с кадрами?

— В общем крайне плохо. За последние годы в институт очень мало пришло молодежи. Но могу сказать в свою похвалу, у меня есть несколько относительно молодых сотрудников. Пришла в лабораторию очень талантливая девушка 25 лет, она аспирантка МГУ, еще трое в том возрасте, который сейчас считается молодым, выходят на докторскую, все они защищали кандидатские под моим руководством.

Но в целом ситуация довольно тяжелая. Во-первых, рядовой сотрудник не идет в науку. Окончив ГАИШ, он идет туда, где платят больше. Ставка младшего научного сотрудника в институте 15 тысяч 826 руб. Никакими надбавками этого довести до приличного уровня нельзя. Так что средний и младший уровень из выпускников уходит на заработки, а наиболее талантливых на корню выхватывает дальний космос. Но опять-таки как-то крутимся — выступаем с лекциями, заинтересовываем.

— Гранты РФФИ реально помогают или это — капля в море?

— Конечно, помогают. Я бы сказал не капля в море, а глоток воды в пустыне. Без этого было бы гораздо хуже. А РФФИ вообще благородная организация, потому что в тяжелые 1990-е именно РФФИ спас российскую науку.

Я с РФФИ сотрудничаю с самого возникновения фонда, помню всю его эволюцию. Сейчас фонд сильно заформализован: появилось огромное количество бюрократических ограничений, которые мешают работать, рецензировать и т. д. Но это отдельный разговор.

— Вернемся к Службе Солнца. Какие реальные шаги нужны чтобы дать ей старт, по Вашему мнению?

— Есть подготовленная программа возрождения Службы Солнца. Ее составитель руководитель Кисловодской горной станции Андрей Тлатов из Кисловодска. В этом участвовал и я, и наш институт и Пулковская группа. При этом нужно понимать, что современная служба Солнца должна состоять как бы из двух этажей. Первый этаж включает в себя сеть современных патрульных телескопов, позволяющих наблюдать Солнце в нескольких спектральных линиях и в радиодиапазоне, а также магнитное поле Солнца с умеренным разрешением. Второй этаж включает в себя один или несколько патрульных спутников, проводящих наблюдения Солнца с умеренным разрешением в длинах волн, недоступных наблюдениям с поверхности Земли. Такая сеть не может быть ведомственной, ее надо создавать общегосударственным распоряжением, как это сделано в США, и как это было сделано в СССР в период МГГ и середине 60-х годов

Конечно, это не отменяет ни строительства новых крупных сверхмощных телескопов (например телескоп в Иркутске), ни создания специальных миссий с особо тонкими и чувствительными приборами (например, разработанная в нашем институте миссия Интергелиозонд с полетом в окрестности Солнца). Каждая из этих задач, несомненно, приведет к новым интересным открытиям, но в их задачи естественно не входит решение вопроса о регулярных круглосуточных многоканальных систематических наблюдениях Солнца, которые составляют сущность службы Солнца.

— Таки нужна политическая воля или большая природно-космическая катастрофа, чтобы сдвинулось дело с места, как с коронавирусом?

— Не знаю, насколько такая катастрофа убедительна для нашего руководства. А воля нужна всегда.


Подготовил Андрей СУББОТИН для газеты научного сообщества «Поиск»

© В оформлении публикации использованы фотографии из архива В.Обридко, г. Москва, Россия.

23.05.2020

Возврат к списку



Текст сообщения*
:) ;) :D 8) :( :| :cry: :evil: :o :oops: :{} :?: :!: :idea:
Защита от автоматических сообщений
 



Отправляйте свои работы по адресу: photo@family-album.ru
в теме письма указывайте тематику, а в самом письме свои координаты, ФИО

Все видеофайлы, фотографии и другие графические материалы, представленные на данном сайте «Семейный альбом», разрешается копировать и использовать только на основании письменного разрешения администрации сайта и Рабочей группы проекта «Семейный альбом».

Любые тексты, опубликованные на данном сайте «Семейный альбом» разрешается копировать и использовать с обязательным указанием на источник - www.family-album.ru