Пик очередного солнечного цикла недавно завершился. Рекордным он не стал, но все равно превзошел все возможные прогнозы и «подарил» человечеству несколько крупных вспышек на звезде и мощных магнитных бурь на Земле. В то же время, наблюдения указывают, что в XXI активность Солнца может превысить максимальные значения прошлого века.
О том, удастся ли когда-нибудь понять законы, по которым меняется солнечная активность, можно ли будет на основе этого предсказывать ледниковые периоды, действительно ли магнитные бури вредны для человека, почему российское научное сообщество интересуют только революционные проекты, а также о том, какой будет космическая погода в ближайшие 10 лет, рассказал в интервью специальному корреспонденту Денису Кайырану руководитель Лаборатории солнечной астрономии Института космических исследований (ИКИ) РАН Сергей Богачев.
— Чем занимается ваша лаборатория?
— Тематика лаборатории естественным образом привязана к тематике Института космических исследований. Космос необъятен, но тем не менее, его можно поделить на какие-то категории: галактики, звезды, Луна, планеты. Мы занимаемся Солнцем.
Солнце сейчас во многом воспринимается как прикладная наука. Современных ученых активно спрашивают, как оно влияет на Землю, поэтому физика Солнца смещается в сторону солнечно-земных связей.
У нас часто спрашивают, «а где ваш телескоп?». Но телескопа у нас нет, мы работаем с данными, полученными из космоса. Также лаборатория располагает производственными мощностями, мы делаем приборы, создаем электронику, занимаемся испытаниями приборов.
— На вашем сайте вы в основном публикуете информацию о вспышках на Солнце и их последствиях на Земле. Какую часть от задач лаборатории занимает эта работа?
— Эта деятельность востребована, но, как ни странно, является вторичной и побочной, а основная – это все же фундаментальная наука, которая может быть не всем видна, как подводная часть айсберга. Сейчас, например, мы активно занимаемся малыми вспышками на Солнце.
Это можно сравнить с известным фактом, что суммарная масса всех бактерий на Земле гораздо больше, например, массы всех слонов. Есть гипотеза, что и на Солнце крупнейшие вспышки, огромные взрывы, которые мы видим, составляют лишь малую долю от реальной энергии, а скрытую ее часть мы не наблюдаем из-за того, что просто не хватает чувствительности приборов.
В целом это подтверждается косвенными признаками. Например, у Солнца есть горячая корона, ее температура составляет миллионы градусов. И вроде бы, если ее греют большие вспышки, то с исчезновением вспышек должна уменьшаться и температура короны. А этого не происходит. Значит, ее греет еще что-то, «невидимое глазу». Ну и, конечно, хочется эти скрытые процессы попытаться увидеть.
Поэтому сейчас активно работаем, в том числе пытаемся доказать необходимость вывода в космос высокоточных телескопов, которые смогут увидеть такого рода процессы. Ну и, конечно, ведем теоретические исследования. Мы сейчас, по-видимому, одна из, а может даже ведущая группа в мире, которая эти вопросы поднимает.
— Пик солнечной активности, по всей видимости, в ходе данного цикла, пройден. Действительно ли это так или есть какие-то нюансы?
— На данный момент возврат к пикам прошлого года мы считаем невозможным. Потому что степень падения солнечной активности, которую мы наблюдаем, уже превышает все возможные флуктуации, случайные отклонения.
Например, за первое полугодие прошлого года было более 30 вспышек высшего Х-уровня, а в этом году за тот же период времени их всего 10. В том году за период максимальная по силе вспышка была Х8.7, в этом году Х2, то есть в четыре раза слабее.
Есть и другие признаки. На Солнце сейчас много корональных дыр, которые появляются при минимуме активности. Сильно уменьшилось число солнечных пятен. Для человека, занимающегося физикой Солнца, это такие же очевидные признаки, как, например, пожелтение листьев или сокращение светового дня по мере приближения к осени.
Некоторые пытаются указывать на то, что в солнечных циклах часто бывает два максимума, говорят, может, мы один прошли, а сейчас идем к второму. Это так, но, во-первых, не бывает таких глубоких провалов между максимумами. Кроме того, два максимума бывает не каждый раз, а только примерно в половине циклов. Мы считаем, что максимум в этом цикле был один, и он пройден, идет медленная, но уверенная фаза спада.
— Каким был прошедший максимум по сравнению с теми, которые наблюдались ранее?
— Самым сильным за всю историю наблюдений был 19-й цикл с максимумом в 1958 году. Он, как считается, совпал с так называемым вековым максимумом. А текущий цикл, как считалось еще несколько лет назад, должен был прийтись на минимум векового цикла. Все прогнозы были на очень низкий цикл, но они не оправдались, зарегистрированная активность оказалась примерно в два раза выше прогнозов.
Прошедший цикл заметно, процентов на 50, превосходит предыдущий. Но все-таки он не рекордный, до максимумов середины XX века не дотягивает те же процентов 50. Поэтому можно сказать, что цикл был неожиданно сильным, но если кто-то думает, что пережил что-то исторически небывалое и остался жив, вытирает пот со лба, то нет, ничего исторически особенного в этом цикле не было.
Более того, если говорить про XXI век, то самый активный период был с 2001 по 2003 год. В это время были очень сильные магнитные бури, а главное, исключительно сильные вспышки уровня до Х40. А в прошедшем цикле не было ни одной вспышки даже уровня Х10. Ничего рекордного мы не пережили, но, может быть, в следующем цикле природа отыграется.
— Можно ли на основе данных о прошедших циклах сейчас сделать долгосрочный прогноз?
— С одной стороны, солнечный цикл предсказывать просто, потому что он 11-летний. Кажется, ну что его предсказывать, максимум был в 2014 году, добавляем 11 лет, получается, 2025-й, добавляем еще 11 лет, будет в 2036-м. И так хоть на миллион лет вперед можно прогнозировать.
Но это не очень верно, потому что, во-первых, есть флуктуации, следующий пик может быть и через 10, и через девять, и через 12 лет. Но не это главное. Радиолюбители поймут, в радиопередаче есть несущая частота и огибающие модуляции, на которых шифруется сигнал. Вот несущая частота 11 лет работает более-менее стабильно. А модуляция, которая определяет высоту цикла, меняется довольно сильно. За 25 наблюдавшихся циклов видно, что такие огибающие есть. Даже есть некоторые признаки, как будто эта огибающая идет по столетию.
Но какова ее природа, и по каким законам она развивается, мы не знаем. Кроме столетней огибающей может быть тысячелетняя, а может быть и миллионнолетняя. Но в целом мы понимаем, что такой процесс работает, и если в какой-то точке сойдутся сразу и вековой, и обычный, и тысячелетний, и стотысячелетний минимумы, возможен глобальный провал активности. Например, новый минимум Маундера (период с 1645 по 1715 годы, когда на Солнце было очень мало пятен), ледниковый период. А если наоборот, сойдутся все максимумы, то могут возникнуть новые события Кэррингтона (мощнейшая вспышка и геомагнитная буря 1859 года и ее последствия) или события Мияке (периоды, когда было зарегистрировано существенное повышение радиоактивного изотопа углерода в атмосфере в 773 и 993 годах).
По-видимому, нижнюю точку векового цикла мы прошли все-таки в предыдущем цикле, а сейчас растем вверх и все ближайшие последующие циклы будут сильнее. Поэтому, если вы спрашиваете мой прогноз на ближайшие 20-30 лет, я считаю, что мы сейчас будем сильно расти и каждый цикл будет все более и более мощным. Но, опять же, природа славится непредсказуемостью, возможно все будет наоборот.
— Дорастет ли солнечная активность до значений 2001-2003 годов или вообще до рекордов середины прошлого века?
— Может быть, даже сильнее, потому что мы не знаем, какие глобальные огибающие накладываются на этот процесс. Может быть, вековые максимумы, которые имеют свою огибающую, тоже сейчас растут. Вполне возможно, что вековой максимум середины ХХI столетия будет выше, чем вековой максимум прошлого века.
Но тут мы вступаем на почву, где у нас нет данных. И проблема еще в том, что солнечные вспышки не оставляют следов. Метеорит, например, упал миллион лет назад, мы находим кратеры, и все о нем знаем. А солнечная вспышка, произошедшая миллион лет назад, не оставит на земле вообще ничего. Даже вся радиоактивность, которую она произведет, полностью рассосется. Так что мы не имеем никакой информации о солнечной активности старше 10 тысяч лет. Поэтому, к сожалению, предсказываем все довольно неуверенно.
— Откуда тогда у ученых данные о солнечной активности старше 10 тысяч лет?
— В основном по радиоактивному углероду, С-14. Это известный элемент, который производится из азота. И его производство стимулируется солнечной активностью. Углерод — это основа всего вокруг нас, всей жизни. Он легко абсорбируется растениями или накапливается в антарктических льдах. События Миякэ были обнаружены по кольцам деревьев. На срезе можно увидеть, что в определенный год был пик невероятной мощности.
Именно отсюда мы знаем, что на Солнце могут быть вспышки в сотни и тысячи раз сильнее, чем события Кэррингтона. Вспышка Кэррингтона, точная дата которой нам известна, в кольцах деревьев не оставила ничего. А событие в 773 году нашей эры оставило такую радиоактивность, что мы спустя больше тысячи лет этот след видим.
— Есть ли шанс как-то приблизиться к пониманию огибающих модуляций?
— Прогресс любой науки возможен только после построения нормальной физической модели. Пока вы на ощупь собираете какие-то данные, вы, конечно, все равно что-то узнаете, но это знание слепца о предмете, который он ощупывает. Как только вы поняли физику процесса, конечно, картина становится намного яснее.
Сейчас понятно, что в физике Солнца работает механизм, называемый механизмом динамо. Но непонятны параметры, которые им управляют. Возможно, это планеты своей гравитацией раскачивают Солнце, возможно какие-то внутренние колебания ядра Солнца. Можно только гадать, нет ни одной разумной гипотезы.
— Следующий пик будет через 9-10 лет. Все это время Солнце будет спокойно?
— Здесь вполне корректно привести аналогию с обычным климатом. Например, мы все знаем, что от зимы до лета постепенно температура растет. Но это не отрицает того, что в мае может быть снег. Или на фоне общего падения температуры осенью вдруг может быть жара в сентябре.
Примерно то же самое работает на солнечном цикле. Цикл будет медленно падать года четыре. И в этот период возможны неожиданные, очень сильные события, мощные вспышки и бури. В предыдущих двух циклах рекордные события как раз были не в пике, а через 2-3 года после него. Самая сильная вспышка XXI века балла X40 произошла в 2003 году, тогда как максимум был в 2001-м. А самая сильная вспышка следующего цикла – в 2017-м, через три года после пика.
По-настоящему «мертвыми» обычно являются только два-три года. В предыдущем цикле это были 2018-2020 годы, в этом будут примерно 2029-2030 годы, может быть, частично 2031-й.
— Можно ли научиться предсказывать ледниковые периоды, если понять, как этот механизм работает?
— Это довольно спекулятивная тема. Надо понимать, что Солнце как источник тепла и света светит довольно стабильно, как миллион или даже сто миллионов лет назад светило, так и светит. То есть светимость Солнца глобальная не влияет на климат на Земле. Считается, что главным фактором, который регулирует температуру на Земле, являются парниковые газы. Они пропускают к Земле свет, а обратно не пропускают тепло Земли, повышая тем самым ее температуру.
Сейчас в нашу современную эпоху, средняя температура Земли должна быть примерно -15 градусов, а она +15, то есть повышена примерно на 30 градусов по сравнению с тем, что дает нам Солнце. И повышена именно парниковыми газами. Парниковые газы, в основном это трехатомные молекулы — водяной пар, СО2 (углекислый газ), О3 (озон), находятся на больших высотах, где радиация Солнца довольно активно работает, и поэтому очень чувствительны к солнечной активности.
Так как изменения солнечной активности могут влиять на парниковые газы, то гипотеза о том, что вспышки могут регулировать климат на Земле, правдоподобна и в целом широко распространена. Подтвердить ее трудно, потому что мы ни одного ледникового периода, слава Богу, лично не пережили. Но были так называемые малые ледниковые периоды – климатические депрессии в Средние века. Они подтверждены воспоминаниями современников, которые описывали снег в июне, неурожаи. И как минимум одна такая депрессия, произошедшая, когда уже Солнце изучалось активно, совпадает с периодом низкой солнечной активности.
Так что, понимая солнечную активность, предсказывать ледниковые периоды можно, но мы ее пока, к сожалению, не понимаем. Как раз над этим и работаем.
— Еще более спекулятивный вопрос. Многие люди считают, что вспышки, магнитные бури влияют на самочувствие, в основном негативно. Вы как к такому представлению относитесь?
— На самом деле, поражает поляризация мнений по этому вопросу, которая порой доводит до агрессивных споров между людьми. Я как ученый не люблю полярные точки зрения, и обе точки зрения хотел бы поправить. Людям, которые кричат, что это все ерунда, «вы не боитесь в трамвае кататься, а боитесь бурь», обычно мы говорим, чтобы открыли нормы СанПиНа. Государственный документ, где прямо указано, что переменные магнитные поля вредны для человека. Более того, там есть нормы по защите. Конечно, не от магнитных бурь, а от переменных магнитных полей.
Бывает и другая крайность. Это люди, которые любое свое самочувствие пытаются объяснить внешними факторами. Тоже это не очень правильно, особенно если заниматься самолечением.
Физика видит механизмы влияния магнитных бурь на человека. Переменные магнитные поля формируют вихревые электрические токи, не только в технике, но и в организме человека. На уровне техники это влияние зафиксировано экспериментально, достоверно подтверждено, его можно измерить.
К человеку амперметр не подключишь, и поэтому подтвердить для человека это влияние намного тяжелее. Эту тематику изучают профессионально врачи-кардиологи. На мой взгляд, это правильно, потому что если бы я, как физик, смотрел на человека, то, конечно, в первую очередь, вихревые токи влияют именно на кровеносную систему. Там много ионов, плазма крови.
Но, конечно, конкретные рекомендации, или конкретно при каком уровне бури надо прятаться, а при каком уровне можно жить спокойно, я дать не готов.
— Как изменились средства наблюдения за Солнцем с начала космической эры до сегодняшнего дня?
— Главное, что пришло с космической эрой, это сама космическая эра, то есть возможность выводить приборы в космос. Земная атмосфера, к нашему общему счастью, довольно хорошо защищает от вредоносных излучений, от радиации, от жестких длин волн, частиц. Но для астрономии она защищает слишком хорошо, если смотреть с Земли, то просто ничего не увидишь. Чтобы увидеть солнечные вспышки во всем их многообразии, в том числе и вредоносном, приборы должны работать в космосе.
Конечно, очень важен прогресс в электронике. Все, кто пользуется мобильными телефонами, видят, как растет число мегапикселей в камерах. В каком-то смысле космический телескоп, это большой фотоаппарат. И, в значительной степени, те волшебные снимки, и те точности, с которыми сейчас можно получать снимки Солнца, обеспечены прогрессом в электронике, в детекторах, в средствах обработки и хранения информации.
Сама оптика, из которой состоит телескоп — труба, зеркала, стекла, — как ни странно, за последние 100 лет почти не поменялась. Даже более того, на Земле есть множество обсерваторий с телескопами, оптика которых была создана еще в прошлом веке. Им просто обновили детекторы, и они отлично работают по астрономическим задачам.
Ну и, конечно, прогресс в компьютерах. Например, солнечный телескоп SDO, самый известный сейчас, в сутки передает два терабайта изображений Солнца. Их совершенно невозможно глазом посмотреть и осмыслить. Конечно, без компьютерных средств обработки изучить было бы почти ничего невозможно.
— Какими возможностями спутникового мониторинга Солнца обладает Россия? Какими данными вы пользуетесь?
— Последняя собственная солнечная обсерватория Российской Федерации «Коронас-Фотон» завершила работу 30 ноября 2009 года. С тех пор основным источником являются открытые зарубежные данные. Я бы хотел похвалить Росгидромет, они пытаются каким-то образом это исправить, и на свои метеорологические спутники ставят солнечные приборы. Но это приборы очень простые, второго эшелона. Они могут работать в дополнение к каким-то крупным телескопам работать, но самостоятельно не способны сформировать прогноз космической погоды.
— Вы говорили, что продвигаете идею о том, что нужен собственный телескоп. Именно об этом идет речь?
— Да. Такой вопрос впервые остро встал перед сообществом в 2009 году, когда прекратил работу отечественный солнечный спутник «Коронас-Фотон» и пришлось думать, что предложить ему на замену. Высказывались мысли, которые лично мне казались тогда правильными, о том, чтобы этот аппарат повторить на более высоком техническом уровне. Речь идет о концепции, предусматривающей установку большого количества приборов мониторинга на одном спутнике.
Но была выбрана вторая предложенная концепция – сделать что-то совсем новое, революционное. Поддержку получил проект «Интергелиозонд», в ходе которого спутник должен был лететь к Солнцу, закрываться тепловым щитом, а потом выходить из плоскости эклиптики, используя гравитационное поле Венеры! К сожалению, в нашем менталитете считается, что для того, чтобы проект пошел, он должен быть отчасти революционным, чтобы от его идеи дух захватывало. Во многом этот подход здесь и повредил. Проект этот довольно трудно шел, а последние годы, к сожалению, был практически без движения. По-моему мнению, в значительной степени, он надорвался под собственным весом. В последних выступлениях, касающихся программы фундаментальных и технологических космических исследований Российской академии наук аппарат «Интергелиозонд» уже не упоминается. В то же время, даже если речь идет о его закрытии, полагаю созданный в его рамках задел (приборы, макеты) должен быть сохранен и передан в новый проект, чтобы тот стартовал не с нуля. Своя солнечная обсерватория стране нужна в любом случае, и сроки ее изготовления имеют существенное значение.
Как пример иной концепции, можно привести ведущую зарубежную солнечную обсерваторию SDO, без данных которой сегодня не обходится ни одна научная статья о физике Солнца. Главный прибор SDO, называющийся AIA, это просто четыре телескопа, хотя и очень хороших, качественных. В нашей системе такой проект, как ни грустно, почти наверняка не мог бы получить поддержку: сказали бы, что он не решает никаких принципиально новых задач.
Говоря про будущее, думаю, нам нужен относительно простой и качественный спутник-монитор с хорошими современными солнечными телескопами, фотометрами, детекторами частиц и мониторами солнечного ветра. Запускать его, по-видимому, надо в точку L1, где уравновешивается влияние гравитации Солнца и Земли. Научное сообщество поддерживает такую концепцию и такую орбиту. Все необходимые приборы мы сделать можем. А которые не можем, знаем где их просто купить под ключ.
В качестве некоего суррогата сейчас мы пытаемся активно заниматься наноспутниками. Но приборы, которые мы можем на них поставить, очень простые, способные обеспечить только минимальный уровень исследований. Для полноценных исследований, конечно, нужен большой спутник.
— Какими возможностями в области приборостроения обладает ваша лаборатория?
— Главным образом, работа идет в рамках государственного заказа. Сейчас, к сожалению, по физике Солнца нет больших проектов, которые бы делались в железе, в основном идет эскизное проектирование, научно-исследовательская работа.
Нашу страну задела мировая мода на малые спутники «кубсаты». Мы делаем для них приборы. В 2023 году был большой запуск, где у нас полетело пять приборов, из них два до сих пор работают, мы с них получаем данные. Сейчас делаем новые приборы для кубсатов, но запустить их раньше 2027 года, почти наверняка, не получится.
— Могут ли заказывать у вас приборы космические «частники»?
— Научным организациям разрешено в дополнение к государственным заданиям заниматься хоздоговорной деятельностью. Мы в этой деятельности тоже участвуем. Были случаи, когда мы делали что-то не для себя, а для других организаций. У нас есть компетенции в детекторах, в оптике, которыми не все обладают. Такая работа ведется, но, в основном, ради денег и поддержания коллектива. Ту науку, которой мы сами занимается, физику Солнца, такая сторонняя деятельность, к сожалению, не двигает.
Свежие комментарии