Хронограф
18152229
29162330
310172431
4111825
5121926
6132027
7142128

<декабрь>

Путеводители

Темная сторона Солнца

Солнце находится сейчас в минимуме своей активности. Скоро она должна начать расти — этого ждали ещё в прошлом году, теперь ждут в будущем

  
Выбросы коронального вещества могут оказывать довольно сильное влияние на то, что происходит на земле. Во время таких выбросов с поверхности срываются миллионы тонн вещества, разогретого до температуры в миллионы градусов. Самое неприятное — они случаются даже во время минимумов солнечной активности. Получать их трехмерные изображения пока можно только путем компьютерного наложения нескольких двумерных снимков, сделанных солнечной орбитальной обсерваторией SOHO. Фото: NASA, ESA, Tom Moran, Tom Bridgman

Сделанные почти год назад американскими астрофизиками предсказания относительно начала нового солнечного цикла оказались несколько поспешными. Двадцать четвертый солнечный цикл пока ещё не начался, несмотря на то, что некоторые предпосылки его начала появились ещё в августе прошлого года. Поскольку предсказания строились на теории одного из ведущих специалистов по солнечной астрономии Дэвида Хезевея (David Hathaway), то и возникшее недоверие коснулось не только конкретной даты начала нового цикла, но и всех прочих предсказаний теории. В частности, предсказаний солнечных бурь (Solar Storm Warnings).

Что же происходит на Солнце во время очередной «солнечной бури» и что означают такие буря для Земли? Вспышки на Солнце сопровождаются излучением световой энергии, соответствующий поток фотонов примерно через 8 минут достигает атмосферы Земли. Во время бурь происходят также скачки магнитного поля Солнца, сопровождающиеся выбросами фрагментов вещества из солнечной короны. Примерно через час заряженные частицы (из которых и состоят эти фрагменты) достигают земной атмосферы. Дженет Луман (Janet Luhmann), геоофизик из университета Калифорнии, называет эти выбросы «ураганами космической погоды». Теоретически, источники почти всей земной энергии могут быть прослежены до Солнца. Земля словно купается в потоке частиц, покинувших поверхность ближайшей к нам звезды, и лишь ничтожная часть которых смогла достичь её поверхности. Поэтому условия земного существования очень чувствительны к колебаниям этого потока.

  
Японский спутник Hinode позволил «увидеть» в рентгеновском диапазоне яркие раскаленные точки на поверхности Солнца в спокойной области. Фото: National Astronomical Observatory of Japan
В деталях зарождение солнечных бурь — равно как и взаимодействие заряженных частиц солнечной короны с магнитным полем Земли — пока не выяснено. А между тем знание этих деталей становится все более актуальным для современной экономики. Так, всплеск активности Солнца в декабре 2006 года привел к нарушениям в работе марсоходов Spirit и Opportunity и канадского геофизического радара; были также зафиксированы временные сбои в работе электронного оборудования нескольких спутников NASA. Следующую бурю на Солнце, произошедшую неделю спустя, уже удалось предсказать, и потому к её началу большая часть космических аппаратов была переведена в безопасный режим. Тем не менее получили повреждения три из четырех аппаратов Европейского космического агентства (ESA), сообщения о нарушениях в системе коротковолновой связи поступили также из Китая. При этом декабрьские скачки активности Солнца проходили на фоне очень низкой активности Солнца, минимум которой пришелся на март 2007 года. Каких же неприятностей следует в этом случае ждать от бурь во время ближайшего максимума солнечной активности, ожидаемого в 2010 или 2011 году?

Наиболее уязвимым для солнечных бурь земным объектом, является, по-видимому, система глобального позиционирования — Global Positioning System (GPS). Среди прочего, она используется для «привязки к местности» морских платформ, на которых производится добыча нефти в открытом море; активно используют её и системы навигации воздушного транспорта. Немалую опасность солнечные бури представляют для космонавтов, а также и для пассажиров самолетов, маршруты которых проходят над полюсами Земли — поскольку в районе полюсов земное магнитное поле в наименьшей степени защищает поверхность Земли от солнечного ветра. 

  
Уже почти год на Солнце пятна почти не видны. Случается, такие периоды затягиваются на десятилетия. Но это не значит, что оно не проявляет в это время своей активности другими способами. Фото: SOHO/NASA, ESA
Повышенная чувствительность GPS к колебаниям солнечной активности может, впрочем, и принести некоторую пользу: эксперты предполагают использовать флуктуации сигналов GPS в качестве дополнительного источника информации о солнечных вспышках. 

Получение информации о том, что же в действительности происходит на Солнце и в его окрестностях, остается для космической метеорологии одной из главных задач. В распоряжении земных метеорологов имеются тысячи океанских буйков, метеорологических баллонов, специальных спутников, постоянно собирающих разнообразную информацию о состоянии гидросферы и атмосферы Земли на всех высотах. А служба космической погоды оперирует всего лишь дюжиной измеряемых параметров, численные значения которых могут быть определены для данного момента времени.

Изучать колебания солнечной погоды люди начали ещё на рубеже Средних веков и Нового времени. Для людей эпохи Возрождения солнце было идеальным источником света, символом светлого и недостижимого, символом чистоты… Некоторые историки культуры считают, что такое отношению к солнцу можно назвать «духовном гелиоцентризмом» и что благодаря этому европейцы оказались подготовленными к гелиоцентризму физическому — к модели солнечной системы, построенной польским астрономом Николаем Коперником (Nicolaus Copernicus, 1473–1543) и сменившей геоцентрическую модель Птолемея. 

Тот факт, что на «идеальном источнике света» имеются пятна, был установлен знаменитым итальянским физиком Галилео Галилеем в процессе наблюдений в сконструированный им телескоп (Галилей также открыл существование гор на Луне и четыре спутника Юпитера). Большинство современников вначале отказывалось допускать существование на Солнце пятен, и основной причиной этого был именно «духовный гелиоцентризм». Сам Галилей называл пятна «облаками в атмосфере Солнца», полагая, таким образом, что все, что мы видим на солнце, можно описывать по аналогии с происходящим на Земле. В то время подобная аналогия казалась недопустимой; со времен античности было принято разделять то, что мы наблюдаем в космосе, и то, что происходит на Земле. Только в отношении происходящего в космосе допускалось принципиальная возможность математического описания. Мир же земных явлений и процессов в принципе воспринимался как «мир приблизительного», для описания которого язык математики использован быть не может. Луна, к примеру, воспринималась как идеальный шар, и потому сильное недоверие вызывало открытие Галилеем гор на луне. 

  
Солнечный стражник (Solar sentinel). Их будет четыре штуки на гелиосферных орбитах внутри орбиты Венеры. Их главная задача в каждый момент времени видеть Солнце полностью — а не только ту его часть, которой оно повернуто к Земле. Иллюстрация: Living With a Star program/Sentinels mission/NASA
Достаточно быстро пятна на солнце стали предметом регулярных астрономических наблюдений. Было, в частности, установлено, что рост числа пятен и их суммарной площади свидетельствует о возрастании солнечной активности, что на земле проявляется в виде магнитных бурь. Был установлен циклический характер активности Солнца и что период изменений этой активности составляет приблизительно 11 лет. Советский естествоиспытатель Александр Чижевский (1897–1964), после тщательного анализа имевшейся в его распоряжении статистической информации, заметил, что максимумы солнечной активности совпадают с максимумами социальных катаклизмов на Земле — войн, революций, эпидемий. Развивая идею Чижевского о влиянии Солнца на социальные процессы на Земле, историки науки находят весьма неожиданные свидетельства в поддержку этой идеи. Предметом исследования становятся, к примеру, корреляции активности солнца и творческой активности Иммануила Канта (Immanuel Kant, 1724–1804) и Ричарда Фейнмана (Richard P. Feynman, 1918–1988). И хотя сама по себе гипотеза Александра Чижевского не получила безоговорочного признания в научном сообществе, само существование солнечно–земных связей сомнению уже не подвергается. К тому же в последние десятилетия человечество в весьма острой форме испытывает на себе воздействие солнечной активности. Речь идет о сбоях в работе многочисленных электронных устройств. 

Многое из того, что мы знаем о солнечных бурях и их влиянии на Землю, основано на информации, поступающей с борта аппарата SOHO (Solar and Heliospheriс Observatory), запущенного 11 лет назад. На момент запуска расчетный срок службы SOHO не превышал двух лет… К счастью, прогнозы не оправдались и в настоящее время предполагается, что SOHO прослужит по крайней мере до 2009 года. В следующем 2008 году NASA планирует запустить ещё один аппарат для изучения солнечной погоды — SDO (Solar Dynamics Observatory). На борту SDO планируется разместить специальное «гелиосейсмическое» оборудование (Helioseismic and Magnetic Imager) для слежении за волнами давления внутри Солнца. Астрофизики считают, что такие волны формируются во внутренних областях Солнца, после чего отражаются от его поверхности, приводя её в колебательное движение. Анализируя детальную информацию о характере таких колебаний, можно будет попытаться определять те моменты времени, когда под поверхностью Солнца происходит зарождение солнечных бурь. По словам одного из разработчиков SDO Дина Песнела (Dean Pesnell), «все это похоже на то, как если бы мы проводили у Солнца узи-исследование».

Приборы, которые предполагается разместить на SDO, имеют лучшие по сравнению с приборами SOHO характеристики: в частности, большее разрешение. Эксперты рассчитывают, что после запуска SDO станет возможным предсказывать бури за две недели до их зарождения. Оптимизм экспертов основан на растянутости во времени и самого процесса возникновения магнитного поля Солнца из-под поверхности, и последующего скачка его интенсивности, после которого обычно происходит вспышка или выброс фрагментов солнечной короны. Флуктуации магнитного поля Солнца будет изучать в непрерывном режиме и запущенный японцами в сентябре 2006 года аппарат Hinode. Размещенные на Hinode ультрафиолетовый телескоп, а также и телескоп, работающий в видимом диапазоне, будут осуществлять непрерывное сканирование локальных участков поверхности Солнца. Информация, получаемая с этих телескопов, будет непрерывно сопоставляться с образом Солнца как целого, но уже в рентгеновском диапазоне.

  
Два почти идентичных спутника STEREO, расположившись в разных местах на солнечной орбите, позволяют получать анаглифическое изображение его поверхности в реальном (или почти в реальном) времени. Достаточно взглянуть на эту картинку через сине-красные очки, чтобы увидеть изображение трехмерным. Фото: STEREO/NASA

Два других аппарата образуют систему с хорошо запоминающейся аббревиатурой STEREO — Solar Terrestrial Relations Observatory. Орбиты аппаратов совпадают с орбитой Земли, при этом один из них движется по орбите, опережая Землю, второй — отставая от нее. Предполагается, что спутники STEREO помогут получить трехмерное изображение выбросов из солнечной короны. «Космические метеорологи» рассчитывают, что в результате этих наблюдений удастся установить, мониторинг какого именно участка Солнца необходимо осуществлять для наиболее надежных предсказаний солнечной погоды. По сообщению журнала New Scientist, во второй половине апреля были получены первые 30 изображений Солнца со спутников STEREO; исследование этих изображений подтвердило наличие своеобразных «дыр» в солнечной короне.

Продолжая — вслед за Галилеем — искать происходящему на Солнце аналоги на Земле, заметим, что важным событием для земных метеорологов стало установление связи энергетики ураганов с теплом, поступающим от нагретой поверхности океанов. Только после этого начались постоянные измерения температуры морей и океанов — благодаря чему, в итоге, мы и научились возникновение ураганов предсказывать. По это причине многие специалисты в области космической погоды с оптимизмом смотрят в будущее; к примеру, Джеффри Хьюз (Jeffrey Hughes) из Центра моделирования космической погоды (Center for Integrated Space Weather Modelling) Бостонского университета уверен, что многие проблемы космической метеорологии удастся решить на протяжении ближайших десяти лет.

Читайте также в журнале «Вокруг Света»:

 

Борис Булюбаш, 01.06.2007

 

Новости партнёров