ACADEMIA. Гелий Жеребцов. "Космическая погода".

Доктор физико-математических наук, профессор, директор Института солнечно-земной физики СО РАН, академик РАН Гелий Александрович Жеребцов расскажет о явлениях, происходящих на Солнце и в космосе, их влияние на жизнедеятельность Земли.

Стенограмма 1-й лекции Гелия Александровича Жеребцова, вышедшей в эфир на телеканале «Культура» в рамках проекта "ACADEMIA":

Добрый день, уважаемые мои коллеги будущие. Тему моего выступления вы уже знаете, она посвящена солнечно-земным связям. И мне надо не только рассказать об этом замечательном научном направлении, но и показать практическую значимость этих исследований. Известно, что Солнце – это основной источник энергии. И не только на Земле – во всей Солнечной системе. Солнце представляет из себя плазменный газовый шар, по размерам в сто девять раз больше радиуса… больше Земли. И массой в триста тридцать раз больше Земли. Причем 99,866 массы всей Солнечной системы приходится на Солнце – то есть всего примерно ноль тринадцать процента приходится на все тела, которые находятся в Солнечной системе, включая восемь планет.

Планеты … являются фактически спутниками Солнца. И в момент создания, вот образования Солнечной системы каждый занял соответствующую орбиту, и теперь вот вся Солнечная система так, как она и существовала в момент организации, образования Солнечной системы, существует и по сегодняшний день. Солнце является среди звезд звездой-карликом – оно не представляет какого-то особого интереса для астрономов, поскольку это действительно небольшая звезда, и астрономов, как правило, интересуют звезды гораздо большей мощности, большей яркости. Но для нас она имеет исключительное значение, как я уже сказал, поскольку это основной источник. И кроме того, Солнце ведь – это ближайшая к нам звезда. И поэтому изучение представляет не только интерес практический – просто надо знать, как устроено. Как долго оно светит, как долго еще будет светить.

Но и постараться понять те фундаментальные основы, те фундаментальные … получить фундаментальные знания о Солнце с тем, чтобы потом можно было перенести эти знания и те экспериментальные данные, которые получают, на другие звезды. И постараться понять – есть ли общая закономерность, есть ли общее что-то в природе, чем все-таки отличается физика больших звезд от таких звезд, как наша. Солнечный… состав Солнца – это в основном водород. И 70 процентов водорода, чуть больше 20 процентов гелия и остальные элементы занимают все оставшиеся вот проценты. И всего их не более двух процентов. Характерной особенностью Солнца является то, что Солнце не вращается как упругое твердое тело.

Оно вращается и … вернее, имеет дифференциальное вращение. То есть экваториальная зона вращается быстрее – примерно около пятнадцати градусов в сутки. А в высоких широтах, то есть к полюсам – там примерно десять… десять градусов в сутки. То есть идет такое скручивание. Ну вот этот рисунок показывает размеры Земли в сравнении с Солнцем – по-моему, очень наглядно свидетельствует, как…каковы масштабы Солнца и как соотносится это с Землей. Вот … показана схема вот этих спутников – то есть наши планеты вокруг Солнца и их орбиты. И вот теперь я хочу остановиться собственно на внутреннем строении Солнца.

Это очень имеет важное значение, поскольку те процессы, которые потом разыгрываются в межпланетном пространстве и в нашем околоземном космическом пространстве, имеют самое непосредственное отношение к тем процессам, особенно процессам, которые наблюдаются на поверхности Солнца. И имеют тесную генетическую связь, и, соответственно, зная эти процессы, и наблюдая их, понимая их, мы можем говорить с достаточной какой-то оправдываемостью о тех явлениях и процессах, которые будут наблюдаться и могут наблюдаться в межпланетной среде и на Земле. Внутри Солнца находится ядро. И именно там происходит выделение огромной энергии в результате ядерных реакций. И температура там достаточно высокая – самая высокая около пятнадцати миллионов градусов Кельвина.

Вот здесь происходит – здесь очень сильная гравитация, и именно благодаря тому, что проходят ядерные реакции, выделяется огромное количество энергии – эти силы, которые выделяются, эта энергия, которая выделяется – она старается, ну, разорвать эту оболочку или тот объем, где находится. Но, поскольку этому противостоит огромная сила гравитации, то происходит некий баланс. И вот в результате этой термоядерной реакции, которая происходит уже по расчетам четыре с половиной миллиарда лет, каждую секунду… шестьсот миллионов тонн вещества солнечного переходит в лучистую, в тепловую энергию, в световую энергию. Это действительно очень потрясающая картина – если бы ее можно было наблюдать, конечно. Мы представляем все это чисто теоретически, по моделям.

Но зарождаемый свет с большим трудом выходит наружу. Потребуются миллионы лет с тем, чтобы достичь поверхности. Вот зарождающиеся… зарождающиеся фотоны много раз переизлучаются, переходят, попадают вот в лучистую зону – здесь температура несколько пониже. Но и это не все. Дальше – примерно одна треть радиуса Солнца нужно пройти и эту зону, так называемую зону конвекции. Здесь – здесь эта физика совершенно иная. Здесь эта зона напоминает ну типа кипящего такого, кипящего раствора. Где горячие слои поднимаются вверх, холодные опускаются. Но поскольку все-таки достаточно большое расстояние, то нижние слои не сразу могут всплыть на поверхность. Они достигают какого-то уровня, возвращаются, охлаждаются и опускаются вновь к центру.

На дно вот этой конвективной зоны. Но то тепло, которое осталось здесь, оно нагревает следующий ярус, его снова опять в виде ячейки поднимается вверх, и таким образом наконец доходит той, того уровня, того расстояния, что мы называем поверхностью Солнца – или фотосферой. Я буду показывать вам, и у меня есть небольшие анимации, которые демонстрируют эту динамику – сейчас я все-таки хочу пройти дальше. Вот на поверхности Солнца, на фотосфере иногда возникает – это давно было известно, и хорошо было известно и в древнем Китае, когда много тысяч лет люди наблюдали вот темные пятна, которые возникают на Солнце. Когда со временем стали выстраивать и строить графики, то выяснилось, что это не просто некая хаотическая картина, а есть определенная закономерность, люди наблюдали и видели, что эти пятна возникают, исчезают, появляются.

То их много, то мало, и так далее. Вот в этих пятнах … температура намного ниже, чем в окружающей… Вот пятно имеет четыре… примерно четыре тысячи градусов. И ясно, что это в центре, и ясно, что эта температура намного ниже, чем окружающая среда – в чем же дело, почему это так происходит? Оказалось, что в этом месте вместе с поднятием вот, всплытием солнечной массы, солнечного вещества, солнечного газа происходит еще – формируется… как формируется, почему это формируется – это вопрос дискуссионный, много этим занимаются сейчас ученые… Всплывает магнитное поле. И магнитное поле настолько сильное в этом месте – оно практически экранирует, зажимает эту плазму. То есть движение замедляется, и настолько сильно, что тепло в виде света, оно не может излучаться – просто все замедляется, вот эта конвекция, она замедляется.

Поэтому за счет того, что нет отдачи поля, и получается температура в этом месте низкая – из-за сильного магнитного поля. Это пятно некоторое время существует, может появиться еще одно – и рядом. И происходит следующая вещь, что – если рядом будет всплывать такое же пятно, а, как правило, они поднимаются парами – ну, это очень легко представить, поскольку Солнце в целом представляет из себя… я забыл сказать, можно рассматривать как бы в первом приближении как просто магнит. Имеется северный и южный полюс. И, соответственно, - это все наблюдали, в школе – как магнитные силовые линии, это все делали, с помощью опилок в школах видели, как они распределяются. Точно так же можно представить и Солнце, но гораздо сложнее. Здесь не один магнит, здесь еще возникают магнитики.

И вот эти магнитики проявляются тогда, когда возникают вот эти пятна. Может так случиться, что возникшие два пятна провзаимодействуют таким образом, что они просто прорвут – может, это поле уничтожится. Или наоборот, та плазма, которая накопилась внутри этого, этой петли, она может прорваться, и тогда происходит – происходит вспышка. Это грандиозное явление. Известно, что вот рядовая – ну даже, может быть, более-менее такая средняя или хорошая вспышка – по выбросу энергии, по высвобождаемой энергии, равносильна буквально миллиарду ядерных, термоядерных бомб. Вы можете представить себе, какая это освобождается энергия. Вот здесь как раз на рисунке показано … пятно. Вот эта темная область – это там, где… низкая температура.

И для сравнения показаны здесь вот Земля – и видно, что это явления, конечно, совершенно грандиозные. Вот фотосфера без… без каких-либо пятен, то есть вся поверхность Солнца, когда Солнце спокойно, когда нет этих вспышек и этих пятен – вся-вся поверхность Солнца выглядит вот таким образом. Это… это флоккулы, которые всплывают и сверху… вот эта каждая площадочка – это вот то, та конвективная ячейка, о которой я говорил – так вот отражается здесь на поверхности. Температура здесь достаточно высокая. И вот эти темные пятна – это как раз свидетельствуют о том, что этот газ уже охладился, уходит вниз. Как я уже сказал, по мере развития, по мере… передачи энергии на поверхность, происходит несколько ярусов. Вот эти ячейки конвективные, которые находятся к центру, они гораздо больше.

Они составляют там тысячи километров, размеры. А вот эта ячейка в среднем, вот эта – флоккула – имеет размер средний где-то около семисот километров. Вот так выглядело бы Солнце – и оно вот достаточно долго было, в течение последних двух лет было таким, когда наш… Мы сейчас, наше светило переживало период спокойного Солнца. Вот так оно выглядит при наблюдении вне таких динамических мощных процессов, таких как вспышки и другие явления. А вот здесь показаны – вот то, что мы называем вспышкой, когда видно – две, две вспышки прошли, вот рядом. Здесь происходит замыкание, пересоединение магнитных силовых линий в виде вот этих арок. Вот эти арки сейчас здесь – если наблюдать сверху, то мы видели бы здесь темное пятно.

Темная линия, а внутри этой арки это высокотемпературная уже горячая плазма, которая вот сохраняется, но при определенных условиях происходит разрыв, и эта плазма выбрасывается Солнцем, и уходит. Дальше за фотосферой находится хромосфера – и это довольно тонкий слой, примерно там около тридцати тысяч, и после этого вот эта плазма устремляется в межпланетное пространство. Здесь интересная фундаментальная вещь, которая до сих пор представляет и вызывает большой интерес у физиков. Дело в том, что совершенно понятно – если энергия получила какое-то значение и выбрасывается дальше, она по мере удаления… расходуется энергия на определенные расстояния, различные столкновения – энергия частиц должна падать. Но этого не происходит в короне. Наоборот, с удалением от поверхности Солнца температура растет, растет довольно значительно.

И лишь примерно с полутора миллионов километров эта температура начинает падать. Вот один из фундаментальных вопросов физики Солнца, который действительно вызывает большой интерес – это понять механизм: за счет чего плазма начинает здесь вот, солнечное вещество начинает нагреваться? Здесь много есть гипотез, вот этот я рисуночек останавливаю, здесь еще показываю. Сегодня поддерживается такая одна из теорий, что вот в момент пересоединения магнитных силовых линий плазма находится внутри этой арки. В результате многочисленных таких перезаключений, пересоединений газ увеличивает свою температуру. То есть вот механизм нагрева заключается именно в этом. В этих процессах. Но насколько это будет дальше нам подтверждаться или отвергаться – это покажут эксперименты, но пока по крайней мере одна из теорий эта существует.

Ну вот, теперь, значит – вырвавшись из солнечных объятий, из недр эта плазма устремляется в межпланетное пространство. Понятно, что чем сильнее энергия, тем больше будет ускорение, тем быстрее эти частицы будут двигаться – на самом деле так и происходит. И поскольку Солнце – это все-таки шар, то, естественно, это… этот газ, он распространяется во все стороны. То есть даже если Солнце спокойно, происходит постоянное истечение солнечного вещества. И вот это истечение солнечного вещества во все космическое пространство и называют солнечным ветром. Но солнечный ветер – совершенно понятно, что, поскольку эти процессы очень динамичные, и во время солнечных вспышек, когда масса приобретает… масса плазмы приобретает большое ускорение, с огромным количеством энергии устремляется вот в пространство…

Ясно, что возникают уже, наряду с тем, что где-то медленное, плавное истечение солнечного вещества, рядом здесь может произойти выброс – существует, образно говоря, такой порыв солнечного ветра, когда вещество с гораздо большим… гораздо большей плотностью, большей энергией устремляется вместе с тем же медленным солнечным ветром, устремляется во все это пространство. Теперь понятно, что нам нужно теперь понять – а, собственно, что дальше происходит с тем веществом, солнечным ветром, который устремляется во все стороны, в межпланетное пространство. Вот на этом слайде показаны некоторые экспериментальные данные, полученные на спутниках. Вот мы видим… в этой анимации – конечно, здесь все это ускоренно, все это очень быстро, на самом деле процесс медленнее идет. Но вот выбросы вещества, выбросы вот этих вспышек, или корональные выбросы еще называются, выбросы солнечного вещества очень хорошо видны и прослеживаются.

Это уже не какие-то модели, это вполне … конкретные экспериментальные результаты, полученные где-то за последние там десять –двенадцать лет. Солнечное вещество – да, вот… это Солнце, наше Солнце – оно, как я уже сказал, динамическое явление. То меньше, то больше этих явлений. И это было уже известно давно, что количество солнечных пятен, количество солнечных вспышек меняется от года к году. Бывает время, когда их совсем нет. Насчитывается – или совсем нет, или это единицы солнечных пятен. А к максимуму солнечной активности через один… через пять лет на нем количество солнечных пятен достигает ста пятидесяти, и даже больше. Как последний цикл показал, что их даже было больше.

Вот на этом рисунке показаны изменения Солнца – это снято фильтром в водороде… в рентгене, прошу прощения. Видно, что вот там, где темное, совсем почти ничего нет, Солнце спокойное, и это действительно такое спокойное явление – и что мы видим вот через некоторое количество лет, какое яркое, очень динамичное, очень мощное явление. На этом графике приведены вот за все время наблюдений, начиная с 1745 года, представлен график изменения солнечной деятельности до последнего… до последнего нашего года. Видно очень хорошо, что существуют так называемые одиннадцатилетние циклы – вот самый большой пичок… пичок. И минимум-максимум. Видно, что эти распределения тоже неравномерные, да? Бывает, что вот максимум, он имеет небольшое количество пятен.

Но бывает так, что … есть периоды, когда эти… то есть большое количество пятен, и совершенно ясно, что циклы солнечной активности – вот каждый пичок – они неодинаковые. Видно очень хорошо, что вот период 1795 год, 1825-й – видно, что да, были небольшие, были периоды подъемов, падений, но это были очень незначительные. Зато очень хорошо прослеживается другое – вот это очень важное заключение. Начиная с 1900 года, посмотрите, как все эти одиннадцатилетние циклы нарастают. То есть вот последнее тысячелетие все время происходило нарастание солнечной активности. То есть сохранялась одиннадцатилетняя цикличность, но при этом амплитуда этих… этой активности очень высока. За исключением вот такого периода, как 1995 и 1975 год – вот здесь вот был провал, а дальше все пошло, но фактически картина сохранялась и сохраняется подобная.

Вот что это значит? Это значит то, что наряду с 11-летней цикличностью Солнце имеет и другие периоды – столетние, двухсотлетние, и так далее. Потом, ведь можно легко понять, что может наступить суперпозиция этих … этих циклов и может в результате… рождается как бы новый цикл, который ранее неизвестен… Я думаю, что вот мы сейчас, когда располагают исследователи хорошей инструментальной базой и уже достаточно длинные ряды наблюдений, вот все свидетельствует о том, что это даст новый материал для того, чтобы понять все-таки саму суть физики Солнца – почему это так происходит, в результате чего происходит, возникает тот или иной цикл? Почему имеется одиннадцатилетний, почему столетний период? Хотя, конечно, различные теории существуют, одни объясняют, что это одиннадцатилетний цикл, но который модулируется вот тем вращением дифференциальным, вращением в результате магнитного поля и солнечного вещества – происходит, организуется тот или иной цикл. Но это все, как говорится, теория, и все это требует дальнейших изучений.

Наряду с солнечным веществом, которое испускает Солнце в пространство, выносится и магнитное поле. Магнитное поле есть, бывает, вот как я сказал, вот маленький как магнитик, и он имеет небольшое значение, но оно существует. Но кроме того, в целом говорят о Солнце – крупномасштабное поле, в целом магнитное поле. И оно тоже определяется. И вот в минимум солнечной активности, когда нет вспышечных явлений, когда нет выбросов корональной массы, выброса вещества – действительно, магнитное поле Солнца представляет собой, будем говорить упрощенно, дипольное… дипольное распределение. Вот на рисунке слева и показано. Вот если бы не было вспышек, если бы не было тех динамических мощных процессов, о которых я говорил, поле бы вот так бы всегда и выглядело.

Но с развитием, с подъемом солнечной активности активность… происходят выбросы. А выбросы – это связано, как я сказал, что связано это с выносом вещества и магнитных полей – то вот поле это сильно меняется, и представляет из себя уже довольно сложную картину. Вот на правом рисунке и представлена – вот такая схема. На самом деле, все это, конечно, реально гораздо сложнее и, несмотря на многочисленные… Огромное количество спутников было организовано – эксперименты, на которых показывают распределение магнитного поля. Вот все-таки вывод получен основной – что да, действительно, поле сложное. Но в каждом конкретном случае – надо сказать, что каждая вспышка, каждое явление на Солнце, оно всегда свое, оно неповторимо. Но хотя общие черты, общий характер, общие закономерности, конечно, уже достаточно исследованы.

Теперь вот взглянем на магнитное поле, как бы вот сейчас если будем смотреть на всю Солнечную систему сверху, как бы вот с полюса, вот в центре Солнца… В результате того, что Солнце вращается, вот это магнитное поле будет закручиваться в спираль Архимеда. Ну, вот здесь стрелками показано, потому что ясно, что поле будет иметь южную и северную направленность. То есть в одном случае это будет поле направлено от Солнца, в другом случае, когда оно замыкаться будет, оно будет иметь направление к Солнцу. Вот здесь показана еще структура этого магнитного поля. Направления. Но сейчас я не об этом хочу – и не об этом прошу обратить внимание. Главное – понять, что вот поле, оно не… то есть, если наблюдаешь ты с Солнца, то это не значит, что вот магнитное поле распространяется по прямой – нет. Оно вот так вот идет, по такой вот кривой. По спирали.

К чему это приводит? В результате того, что магнитные силовые линии замкнуты, и вот это замыкание ее не совпадает в плоскости эклиптики, в результате возникает очень сложная конфигурация магнитного поля. Оно не просто спираль. Оно еще собирается вот в виде юбки балерины вот такой. Очень красивое. Но, конечно, это совершенно не видно, и никогда мы не сможем наблюдать, это все показа… это все расчеты. И те выполнены на основе экспериментальных данных, полученных на спутниках. Но это совершенно ясно, что… Конечно, картинка идеализирована, на самом деле оно может быть очень сложным. Но тем не менее, для того, чтобы понять и судить о тех процессах, которые происходят в межпланетной среде, нам нужно иметь некую модель. Вот эту модель мы имеем, вот здесь показаны внутри орбиты Меркурия, Венеры, Земли, Марса, и так далее.

И видно, что если бы наблюдатель был, скажем, на Земле, смотрит, то он бы видел магнитное поле, то у него направление было бы, скажем, с севера на юг. И наоборот – через некоторое время он видел бы, поскольку Земля пересекает вот эту структуру, он видел бы обратное направление. Такая структура – вот структура достаточно устойчивая. Она может быть неточно выполнена, может быть, она не совсем точной конфигурации. Но тем не менее, вот… вот такая секторная структура… Секторная структура межпланетного поля достаточно устойчива, и может сохраняться в течение нескольких оборотов Солнца. Это, опять, же зависит, насколько она устойчивая, от тех процессов, которые проходят на Солнце.

Если эти процессы носят такой спокойный характер, наблюдаются, происходят вспышки, но нет какой-то мощной, которая все это бы сразу возмутила, то вот такая структура достаточно долго может наблюдаться. А если так, то тогда наблюдателем… Ну, в общем-то, если нет других явлений, то тогда можно прогнозировать, что через 27 дней, когда совершается полный оборот Солнца вокруг своей оси, мы снова встретимся с теми потоками, с тем магнитным полем, которое существовало и раньше.

Так вот. Теперь мы рассмотрим, что же творится с той плазмой, или с тем облаком солнечного вещества, которое было выброшено от Солнца, и оно ушло в межпланетное пространство. Ясно, что это не будет прямолинейное распространение. Ясно, что эти заряженные частицы будут двигаться вдоль магнитных силовых линий. И в зависимости от того, где произошла вспышка на Солнце, на каком участке, на каком солнечном меридиане, мы можем говорить, встретится этот магнит… вот плазменное облако, солнечное вещество с Землей, или пройдет раньше, или позднее будет пересекать орбиту Земли. Вот на этой схеме показано… показан компьютерный рисунок – вот выброс солнечной плазмы, идет очень мощный поток. Вот там маленькая синенькая точка – это Земля.

Вот такая плазма надвигается на Землю. А схема – вот справа показана схема. Вот солнечное вещество, которое приближается к Земле. Что дальше будет происходить? Плазма имеет свое магнитное поле, она замагничена. И это достаточно плотное вещество. Земля имеет свое магнитное поле. И если бы не было никакого внешнего воздействия, магнитное поле выглядело бы так, как это было в наших учебниках, когда я еще учился в школе – то это просто диполь. Вот выходит одна силовая линия, замыкается на другом полюсе – дальше… дальше непонятно, уходят дальше, всегда было показано, что эти линии где-то замыкаются, где – мы не знаем. Такого явления не происходит, и с той стороны, с солнечной стороны магнитное поле сильно поджимается – в результате вот этого давления солнечного ветра. Поэтому говорить о том, что как далеко простирается магнитное поле солнечной стороны… на солнечную сторону – очень можно говорить условно.

Ну, примерно десять радиусов Земли. Вообще когда говорят о размерах в околоземном космическом пространстве, там, в магнитосфере… в околоземном космическом пространстве, межпланетном космическом пространстве – всегда надо говорить примерно, поскольку все-таки это динамическая картина, быстро все меняется, и непонятно, в какой момент это будет произведено. Но тем не менее, совершенно ясно, что вот эта картина наблюдается, происходит сжатие. Если усиливается порыв – он еще сильнее будет. Ослабевает – магнитное поле будет дальше простираться к Солнцу. А вот в ночную сторону магнитного поля Земли солнечный солнечный ветер обтекает, и если он сильный, если он достаточно обладает мощной энергией и большие потоки, они начинают это поле сжимать. И это магнитное поле вытягивается, за… на ночной стороне Земли, и уходит на миллионы километров.

Это очень важное было открытие сделано, сразу же в первые запуски спутников Земли. Был открыт солнечный ветер, было открыто вот … деформация магнитного поля, или реальная конфигурация его. Были открыты вот эти зоны, где магнитная силовая линия одна замыкается, как бы получается вот эта воронка, так называемые каспы, полярные каспы. Из которой, конечно, вещество проникает прямо сюда, непосредственно. Но что было сделано дальше, какой был сделан важный вывод? Вот на этой схеме показано формирование. Вот солнечный ветер. Набегает на магнитное поле Земли. Возникает так называемая ударная волна. Возникает магнитопауза – то есть там, где вот есть… есть вещество, и дальше наступает… есть магнитное поле, а есть такая узкая полоска, которая называется магнитопауза, где нет ни вещества солнечного, где нет магнитного поля.

Ну а дальше происходят самые интересные явления. Что это не просто магнитное поле, которое вот вытянуто на ночной стороне, но там происходят интереснейшие формирования. Это не простые физические явления, достаточно сложные, но которые являются чрезвычайно важным… Вот эта структура является чрезвычайно важным механизмом формирования или организации многих процессов внутри магнитного поля Земли. Вот эта капсула магнитного поля, которой внутри находится атмосфера, Земля – вот это все получило название «магнитосфера Земли». И фактически получается, что магнитосфера Земли вместе с Землей и со всем содержимым является неотъемлемой частью планеты Земля. То есть не надо думать, что планета Земля – это твердая часть, атмосфера – где мы живем, океаны, горы – нет. Планета простирается далеко.

Я сказал, что в солнечном направлении это примерно десять земных радиусов – радиус Земли примерно 6400 километров, вы это знаете. Ну а на…. А хвост вытягивается на миллионы километров. Таким образом, если бы мы с вами могли наблюдать нашу Землю – если бы было видно это магнитное поле, если бы мы ее увидели и наблюдали бы где-то со стороны, мы увидели бы, что фактически это вот некая капсула. Капсула, которая вот существует в этом магнитном поле Земли… магнитном поле Солнца. И тоже это было известно давно, что вот что-то есть, что-то воздействует, что между Солнцем и Землей существует нечто такое, которое вот… что-то, есть агент, который влияет. Наблюдая кометы, люди обратили внимание, что за кометой есть – хвост тянется. И ясно было, что он может образоваться – это испаряемое вещество с поверхностей каких-то тел, которые образуют вот этот хвост. Если бы это было просто – это был бы просто шар.

А раз какой-то агент, и понятно было, что он направлен от Солнца в другую сторону, - понятно стало, что вот существует некий агент. Вот этот агент является солнечный ветер. Вот сейчас мы посмотрим, как это все… здесь есть у меня небольшая анимация, которая показывает… Вот произошел выброс на Солнце, распространяется плазма солнечного вещества. И приближается к Земле. Вот – вот наша Земля. Вот так бы было поле – если бы не было вот этого солнечного ветра. Вот теперь набегает солнечный ветер. В этот касп устремляются частицы. И они вызовут в высоких широтах полярное сияние. Дальше начинается формирование хвоста – вот он обтекает и вытягивает магнитные силовые линии. Ну вот, фактически, и происходит… происходит, так формируется магнитосфера Земли.

А вот теперь реально – вот это очень интересное. Это уже не модельные расчеты, это конкретные измерения магнитного поля Земли, выполнены на спутниках, а потом применены в эту картинку, и вот видно. Вот эти все флуктуации – вот видите, как дышит наша магнитосфера Земли во время солнечного ветра – происходит какая-то вспышка, вот. Это все, вот эти изменения здесь приведены за три часа. Вот в таких условиях находится наша Земля, в таких условиях мы с вами живем. И, конечно, невольно всегда возникает образ – да вот, стало еще видно, что в это время в полярных широтах… Видите, вот здесь вот справа – возникает полярное сияние. Частицы, которые попали в магнитосферу Земли, они в момент сжатия магнитного хвоста устремляются к Земле вдоль магнитных силовых линий. Встречаются – причем это не по всему хвосту, а только в определенной доле хвоста, так называемый плазменный слой – они устремляются к Земле, достигают высот примерно девяносто – сто километров. Ионизуют эту атмосферу и мы наблюдаем такое просто исключительно интересное явление, как полярное сияние. Которое, конечно же, бывает иногда неподвижное, а иногда оно просто дышит, это, конечно, завораживающее явление. Но это не только красиво. Это, с точки зрения физиков, уникальное явление. Ну а, кроме того, оно ведь и вызывает массу неприятностей, о которых мы будем говорить еще с вами.

Одновременно вот с формированием… с формированием магнитного хвоста – вот на этой анимации покажем. Тоже не реальные измерения, это модель. Вот поток. Вот начинает формироваться магнитосфера, вытягиваются хвосты. Но фактически это я вам уже рассказал. И вот сияние, которое мы наблюдаем. По-моему, все это достаточно убедительно и наглядно.

Одновременно происходят интересные явления, как формирование радиационных поясов. Вот частицы, которые попадают в хвост, они не просто как-то хаотично распределяются – они занимают определенные области. Возникают так называемые внутренний и внешний радиационный пояс. Это разного сорта частицы. Высокоэнергичные частицы – десятки… мега… это большие энергии, там мегавольты, они заселяют нижнюю, внутреннюю часть… радиационный пояс. И… чуть… мягче частицы, меньших энергий занимают во внешней оболочке так называемый внешний радиационный пояс. Это открытие является исключительно важным событием вообще в исследовании околоземного пространства. Дело в том, что эти частицы – заряженные частицы, находящиеся в радиационных поясах, и представляют опасность… Как для … живых организмов, в том числе, значит, и экипажей – когда пилоты… совершаются пилотируемые космические полеты. Но эти частицы оказывают губительное влияние и на все рукотворные изделия, которые человек делает, запускает на спутники. И, к сожалению, случается так, что эти… аппаратура на этих спутниках гибнет. Но об этом я буду говорить, о практических, о практической значимости всех этих явлений во второй части своей лекции. А сейчас я просто хочу подчеркнуть, что вот начиная где-то от семисот километров до тысячи семисот километров – это находится радиационный пояс. А начиная где-то там от двадцати тысяч до сорока тысяч, от пятнадцати тысяч до сорока тысяч – это находится внешний радиационный пояс.

Вот эти открытия, они послужили важным таким этапом в освоении космического пространства. Поскольку ясно, что… планировать запуски и выбирать орбиты, высоты, конечно же, необходимо с учетом расположения вот этих радиационных поясов. Вот на этом рисунке как раз и показаны в разрезе здесь вот эти внешний и внутренний радиационный пояс. Таким образом, вот здесь на… если смотреть на нашу планету вместе с магнитосферой Земли в меридиональном разрезе, то есть как бы мы смотрим на Землю и разрезали ее – видна вся тяжелая, я бы сказал, для понимания, для уяснения структура – но которая сегодня все-таки уже достаточно хорошо изучена. Понятно, что все эти элементы не могут жить самостоятельно, они друг от друга зависят – и сложным образом взаимодействуют.

Надо сказать, что, хотя вот природа, образование вот этих частей магнитосферы достаточно хорошо изучены, и в принципе понятны все механизмы взаимодействия – тем не менее, я должен сказать, что сегодня убедительной хорошей модели магнитного возмущения, или как называют еще, магнитосферной бури, или суббуря, то есть возмущение магнитного поля – пока нет. Несмотря на огромные работы, большие работы, которые проводятся различными научными школами в разных странах, сегодня такой хорошей модели пока не существует. Парадокс, но каждая суббуря, каждое магнитное возмущение в магнитосфере Земли проходят всегда по различному сценарию. Да, общие черты есть. И общий сценарий, как бы, он известен. И все эти фазы известны. Но тем не менее, бури совершенно непохожи.

Это связано, наверное, с такими условиями – в каких … что предшествовало тому или иному возмущению, какие были для этого условия. Была ли уже ионосфера и магнитосфера возмущены, или это были спокойные периоды, и так далее. Во всяком случае, вот … убедительной, хорошей, достоверной модели нет. Фактически вот то, что я сейчас вам рассказываю о магнитосфере Земли, и вот то, что я сейчас вам рисую, что представлено на этом рисунке – это есть не что иное, как околоземный космос. Или околоземное космическое пространство. Оно включает в себя всю… все, что находится внутри магнитной полости – это магнитосфера, ее делят еще – внешняя магнитосфера, внутренняя. Потом, есть такое… такая область плазмосферы. То есть это область, которая фактически имеет форму шара, и которая вращается вместе, она как бы привязана и вращается вместе с Землей.

Остальные, значит, имеют различную скорость вращения, внешняя часть. Имеются радиационные пояса, которые вот тоже вращаются вместе с Землей. Есть зоны, так называемые каспы, через которые устремляются непосредственно солнечные частицы. Есть плазменный слой, по которому, как по транспортерной ленте, захваченные частицы из хвоста двигаются к Земле, так называемая авроральная зона, или зона полярных сияний. Которая проектируется на Землю в виде такого овала или круга, в центре которого находится полюс. Вот все это известно. И … достаточно хорошо известно. Но вопрос взаимодействия вот этих различных областей между собой – он остается открытым, и еще потребуется достаточно много усилий с тем, чтобы окончательно с этим разобраться. А разобраться – это значит, мы … если разобрался – ты можешь прогнозировать. То есть ты можешь сказать – к сожалению, эти прогнозы не всегда бывают хорошие.

Вот дальше … ближе к Земле находится наиболее интересная часть нашей планеты – это ионосфера. Начиная где-то от шестидесяти километров, и до семисот и выше – это находится ионосфера, которая тоже имеет разные свои области, и разные характеристики. Но она представляется для нас особо большой интерес, поскольку в ней играет особо большое значение для нашей практической деятельности. Фактически наши сейчас исследования, наши космонавты работают в околоземном космическом пространстве, и было бы с точки зрения… ну, наверное, науки, было бы правильно бы говорить, что сегодня запущен космический аппарат в магнитосферу. Или в ионосферу, или в верхнюю атмосферу. Но всегда говорят – сегодня в космос запущен там, и так далее. Вот космос – как вы понимаете, он есть вот межпланетное пространство, это тоже космос. Но это называют дальний космос. А вот когда говорят об околоземном космическом пространстве, то прежде всего имеют в виду, что это вот… наша планета.

Что же, какие факторы являются определяющими, и что, какие агенты отвечают за те явления, которые происходят в магнитосфере, в ионосфере, и даже в атмосфере Земли? Это коротковолновое солнечное, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение. Это излучение возникает в тот момент, когда вообще… околосолнечное пространство наполнено солнечным веществом. Но тогда, когда происходит выброс, когда появляются частицы гораздо больших энергий, они начинают взаимодействовать с частицами – просто обдирают эти частицы. И возникает в этот момент огромное количество различных излучений. Фактически все излучения, которые существуют, все в этот момент они и возникают. Вот это излучение тоже распространяется во все стороны, доходит и до Земли. И вот эти излучения – коротковолновое солнечное, рентгеновское излучение – они приходят на Землю за определенное время там, за…видимые и радиоволны за восемь минут, другие частицы, в зависимости от массы, приходят с запозданием – до трех суток…

Кроме того, возникают так называемые солнечные космические лучи – это космические лучи… больших энергий. И конечно же, большую роль на Землю, как вы сами видели, играет собственно магнитное поле Земли. Магнитное поле… то есть… магнитное поле Солнца, которое взаимодействует с магнитным полем Земли. И в результате происходит, вот происходит такое слияние магнитных полей. Фактически как некий работает клапан, который то открывает, то закрывает возможность пересоединения магнитных силовых линий – в этот момент присоединения солнечное вещество, которое находится, оно уносится в хвост, захватывается там магнитными силовыми линиями, попадает в хвост, и уже оттуда дрейфует, и попадает уже сюда вот, ближе к Земле. И кроме того, конечно же, очень важно иметь в виду, что фактически все околоземное пространство заполнено галактическими и космическими лучами. Это частицы очень высоких энергий.

И … ясно, что в момент, когда Солнце спокойное, когда межпланетное магнитное поле ослаблено, галактические космические лучи меньше встречают препятствий и легко попадают в магнитосферу Земли. И это тоже оказывается не совсем безразлично не только для нашей среды, но и для живых организмов. И в момент высокой солнечной активности магнитное поле Солнца достаточно мощное, достаточно сильное. И оно препятствует проникновению галактических космических лучей, и как бы экранирует и потоки регистрируемых галактических космических лучей на Земле. Вот на этом рисунке показаны – как вот эти все факторы космической солнечной деятельности воздействуют, за какое время, за какое расстояние они преодолевают вот эти… вот это расстояние от Солнца до Земли.

Вот космические лучи – всего десять-тридцать минут запаздывания. Если мы наблюдаем видимый свет, как и радиоволны – за восемь минут. Коротковолновое, рентгеновское излучение – также за восемь минут. А вот частицы, которые вызывают полярные сияния, - понятно, что им же нужно вот какое расстояние пройти – то это за несколько десятков часов.

Таким образом, совершенно ясно, что наша Земля подвержена непрерывным атакам агентов солнечного происхождения, которые обязаны своим появлением солнечной деятельности. И понятно, что и раньше люди замечали, что вот эта солнечная деятельность производит … в различные периоды различные влияния. Связывали это и со здоровьем, с климатом на Земле, с погодой. Это было не без оснований. Но вот, к сожалению, механизмов – и сейчас этим вопросом мы много занимаемся, и большие есть достижения. Но к сожалению вот, главная проблема заключается в исследовании солнечных связей – это все-таки разработка механизмов. Надо не просто сравнить и получить какое-то хорошее или плохое совпадение. Очень важно понять, как это происходит. И если мы понимаем, как это происходит, тогда мы можем с заблаговременностью, с большой заблаговременностью сказать, что нас ожидает, что будет происходить, и так далее.

Как бы если бы произошла вспышка – будет ли полярное сияние? Произошла вспышка – нарушится ли радиосвязь? И почему она нарушается. Но об этом мы все поговорим, вот о практической значимости этих явлений мы поговорим с вами на следующей встрече. Спасибо вам.

ВОПРОС. Влияют как-нибудь … магнитное поле Солнца, ну, изменение магнитного поля Солнца, изменение полюсов на скорость, на дифференциальное распределение скоростей вращения?

Г.А. ЖЕРЕБЦОВ Да, это хороший вопрос. Я не думаю, что здесь нужно рассматривать просто магнитное поле. Я думаю, что в целом нужно – магнитное поле вместе с солнечным ветром. Тут вот такие есть эффекты. Я совсем недавно узнал – вот последнее крупнейшее землетрясение, в Гаити, да – оно даже вызвало замедление скорости вращения. То есть на замедление или на … скажем, на равномерность вращения Земли оказывают не только те процессы, которые связаны – конечно, когда ударяет такой солнечный ветер, наверное, какие-то как-то процессы связаны, и были такие работы. Но опять же, надо понять – а как это происходит. Вот сказать точно, что это влияет – ну, наверное, сегодня трудно. Хотя вообще отвергать это я бы тоже не стал.

ВОПРОС. Вот такой вопрос: а вот это дифференциальное вращение Солнца – оно со временем уменьшается? То есть экваториальные области - они разгоняют полярные? Или это вот такая стационарная картина, которая не меняется уже долгое время и никак не изменится в будущем?

Г.А. ЖЕРЕБЦОВ Вы знаете, ведь этот вопрос, он… по крайней мере, это модели. А модели… ну, всякие модели – это ведь, что заложишь, то и получишь. Вот по крайней мере сейчас очень важно было установить… связь дифференциального вращения… то есть это дифференциальное вращение вещества и с магнитным полем, понять, что это. Получены очень интересные результаты, которые привели к тому, что, по-видимому, вот столетний цикл солнечной активности связан как раз из этого явления. Вот если бы не было… тогда можно сказать по-другому: если бы не было дифференциального вращения, то вряд ли бы был столетний цикл. Но сказать, как он.. меняется, вот это дифференциальное вращение – сейчас, наверное, очень мало еще наблюдали, и мало… мало просто времени. На самом деле, если уж так говорить откровенно, то для такого явления, как Солнце, эти явления, которые мы наблюдаем, тот период, который связан с инструментальным наблюдением, на спутниках, за атмосферой – конечно, он очень короткий. Процессы-то гораздо более масштабные и медленные, чем мы наблюдаем. Вот достаточно, скажем, одиннадцатилетний цикл сейчас уже хорошо вроде бы мы знаем.

Но, забегая вперед, скажу, что - хотя уже одиннадцатилетний период был достаточно хорошо изучен, тем не менее, вот этот солнечный цикл, текущий, который начался – никто не мог предсказать. Ни одна научная школа, ни наша, ни зарубежная – не могли предсказать. И вот затянувшийся минимум, который продолжался почти два года – его никто не предсказывал. Все считали, что пройдет где-то там небольшой промежуток времени, полгода, и снова начнется активность. А активность сейчас только-только стала возрастать. То есть, оказывается, и этот… эта вариация, эти вариации – мы плохо себе представляем. А уж говорить там о том, как будет развиваться дифференциальное вращение – по крайней мере, пока мне представляется сейчас трудным.

ВОПРОС Вот по поводу сегментного строения межпланетного магнитного поля. Вот когда Солнце спокойное, там у нас в северном полушарии, как я понимаю, линии входят, и из южного выходят.

Г.А. ЖЕРЕБЦОВ Да.

ВОПРОС То есть если смотреть на это сверху, то, в принципе, сегментного строения со спокойным Солнцем быть не должно. А почему-то оно есть. Почему?

Г. А. ЖЕРЕБЦОВ Нельзя говорить, что… Ну, наверное, так его на самом деле и нет, если есть, то ну… Потому что вообще мы же идеализируем, я повторяю, магнитное Солнце… магнитное поле Солнца как диполь. На самом деле – это на самом деле такого нет, все равно там существуют какие-то сектора. Потому что это – эту схему я привожу только, чтобы понять и вот проследить путь от простого к сложному, показать, что, конечно же, во время даже небольшого возмущения все равно же будет магнитное поле. Потом, там само происхождение магнитного поля Солнца – мы ведь не знаем, почему оно существует. И как оно генерируется, как оно возникает. Одни говорят, что это момент взрыва, вот межзвездного облака – вот оно сохранилось, и каким-то образом сохранилось. Другие говорят, что это магнитное поле возникает вот в тот момент, когда возникают конвективные ячейки – но конвективные ячейки ведь существуют всегда, правда? Они же всегда существуют – значит, вынос какой-то будет. Если существует какая-то неоднородность – почему … может и быть северное полушарие, может быть и южное, оно несимметрично. Поэтому там есть… просто эта секторная структура, она более проста, скажем так.

А вот когда возмущенная – ну, тут, конечно, очень сложная картина в межпланетной среде.

Стенограмма 2-й лекции Гелия Александровича Жеребцова, вышедшей в эфир на телеканале «Культура» в рамках проекта "ACADEMIA":

На прошлой лекции я рассказал вам о тех физических процессах, которые происходят на Солнце, в межпланетной среде, и рассказал о том механизме, как воздействует солнечный ветер на околоземное космическое пространство. Мы рассмотрели с вами всю эту цепочку взаимодействий.

А теперь я хочу постараться ответить на такой вопрос, который интересует, ну, наверное, практических всех людей. Собственно, это все интересно, а для чего и так ли уж нам надо это знать? И правильно ли делает государство, когда тратит деньги на эти исследования? Не есть ли это просто предмет развлечений за казенный счет любознательных ученых? И вообще, надо ли нам заниматься дальнейшим исследованием околоземного космического пространства?

Вопрос, конечно, правильный, и, мне кажется, долг ученых и вообще всех исследователей – всегда говорить и показывать ту привлекательность этих исследований не только с точки зрения красоты науки, какой-то гармонии, но самое главное показать практический выход, который просто отсюда следует.

Итак, околоземное космическое пространство – это, собственно, как я сказал, та полость, которая замыкается магнитным полем. Внутри которой находится магнитосфера, заселенная заряженными частицами, радиационные пояса, ионосфера.

Ионосфера – это нейтральная атмосфера, но где присутствуют кроме нейтральных частиц, еще и заряженные частицы. И, хотя их на несколько порядков, в миллион раз меньше, чем нейтральных частиц, тем не менее, вот это небольшое количество заряженных частиц является чрезвычайно важным элементом для осуществления нашей жизнедеятельности. Вот об этом я тоже буду говорить.

Итак, околоземное космическое пространство заполнено низкотемпературной плазмой. Поведение этой плазмы зависит от магнитной активности, но это значит от солнечной деятельности. Таким образом, это солнечное воздействие оказывает на поведение населяющих частиц определенное воздействие.

Околоземное космическое пространство сегодня изучается уже не только, как я говорил уже, с точки зрения фундаментальных исследований, оно решает огромное количество практических задач. Околоземное космическое пространство заселено огромным количеством спутников различного назначения, в том числе и решающие какие-то экономические задачи в интересах хозяйства, экономики страны, а решаются вопросы наблюдения Земли из космоса, осуществление связи, ну, и, конечно же, решаются задачи оборонного комплекса. Поэтому, конечно, это очень важный аспект.

Уже первые запуски космических аппаратов показали, что солнечная активность или вот магнитные возмущения, будем говорить для краткости, магнитные бури или суббуря, оказывают определенное воздействие на изделия, которые находятся, которые летают в космическом пространстве.

Кроме того, оказалось, еще одна вещь теперь, как говорится, экспериментально подтвержденным фактом является то, что вот эти магнитные возмущения оказывают воздействия не только на аппаратуру, не только на электронику, которая летает в космосе, но и на инженерно-технические сооружения, сложные конструкции, которые расположены на Земле. Вот эти магнитные бури оказывают воздействие на эффективность работоспособность крупных радиолокационных станций, на линии связи, на системы пеленгации, навигации, на линии электропередач, на длинные линии проводной связи и так далее. То есть, оказалось, что вот это все является таким отрицательным фактором, от которых, в общем-то, зависит работоспособность и надежность многих радиоэлектронных приборов.

Поскольку сегодня космическое пространство, уже околоземное космическое пространство рассматривается не как объект исследований, но и пространство, которое фактически включено в сферу человеческой деятельности, то нам нужно не просто знать и понимать, но нам нужно предупреждать и говорить, говорить о благоприятных периодах, когда можно работать, постараться уберечь и предугадать, предсказать те периоды, когда они являются неблагоприятными, и так далее. То есть, нам нужно не только знать, но и уметь прогнозировать.

Какие же факторы основные, на которые люди сейчас сосредоточили свое внимание, и где, действительно, требуются глубокие проработки с практическим выходом? Это, прежде всего, нужно определить и оценить воздействие космической радиации на аппаратуру космических аппаратов и самолетов. Известно, что самолеты сейчас летают на больших высотах, осваивают трансполярные трассы, когда самолеты летят через полюс, то есть, это здесь уже с точки зрения экономического эффекта.

И оказалось, что все-таки заряженные частицы больших энергий, - это мегаэлектронвольты, мэлы, частицы они проникают до этих высот, где находятся самолеты высотные, да даже пассажирская авиация, естественно, они оказывают воздействие на живые организмы, они оказывают воздействие на радиоэлектронику и так далее.

Кроме того, уже начиная с середины прошлого века, когда было ясно установлено влияние солнечной активности на ионосферу, а это, я повторяю, самая удивительная область, поскольку фактически там создается некий зеркальный экран для радиоволн, и именно в конце 21-го века человечество достигло максимального эффекта использования ионосферных уровней, ионосферных слоев для организации дальней радиосвязи. Тогда же не было еще спутниковой связи, тогда не было оптоволокна, тогда работали с помощью передающих устройств. Ведь для того, чтобы передать информацию на большие расстояния, несколько тысяч километров, нужна была, нужны были хорошие знания ионосферы, то есть, знать электронную концентрацию, знать степень ионизации, знать высоту, где находятся вот эти отражающие слои. И таким образом организовать радиосвязь с тем, чтобы можно было обеспечить ее надежность.

Кроме того, выяснился еще интересный факт, с которым приходится считать. Оказывается, во время вот во время сильных вспышек, когда ионосфера буквально взбухает, и спутник находился на этой высоте, и он рассчитан для определенной плотности, вдруг в момент вспышек, когда ионосфера разбухает, плотность повышается, и спутник начинает просто закручиваться, он начинает резко тормозит, что, кажется, в расчеты не входило. Так вот, это тоже надо учитывать.

Ну, и наконец, еще один известный факт, он был известен еще и в начале прошлого столетия, даже в конце 19-го столетия, это, конечно, наш старый телеграф, который был фактически сразу же использован и организован как только появились первые эксперименты передачи радиосигнала, опыты Попова, Маркони. И уже тогда было обнаружено, что во время в те периоды, когда наблюдалось... тогда не говорили о вспышках, но, когда наблюдалось сияние, а они связаны со вспышечной деятельностью Солнца, вдруг нарушались... сбои, связь прекращалась, и многие линии выходили из строя и так далее. То есть, и тогда люди понимали, что это что-то связано именно с теми действиями, с теми явлениями, которые, по-видимому, проходят на Солнце. Ну, а сегодня это все достаточно хорошо известно, но, повторяю, механизмы воздействия они… требуется их детальное изучение.

Кроме того, вот в момент прохождения заряженных частиц больших энергий до высот, скажем, стратосферы, тропосферы, это тоже оказывается губительным фактором, потому что на высоте 20-25 километров находится слой озона, это является очень важным элементом, который фактически обеспечивает нашу жизнедеятельность, поддерживает все живое, именно он защищает нас от жесткого ультрафиолета. Так вот, во время сильных возмущений оказывается, что этот озон начинает погибать, слой истощается. Ну, и, соответственно, можно говорить о так называемых дырах, о которых мы говорили, и об этом мы тоже поговорим.

Ну, и кроме того, вот последнее время, хотя это тоже факты на эти явлений были указаны раньше в литературе, и много писали, и многие из вас читали книжку нашего известного русского ученого Александра Леонидовича Чижевского «Земное эхо солнечных бурь», где все это хорошо описано. Вот эти явления оказываются небезразличны для живых организмов.

Итак, начнем по порядочку. Вот здесь показан разрез магнитосферы, меридианный разрез и нанесены орбиты спутников. Совершенно видно, что часть спутников переходит и одной области в другую, и пересекает различные образования, структуры магнитосферы. И я не приводил с тем, чтобы просто не забивать здесь такими более какими-то мелкими деталями, скажу, что физика вот этих областей, то есть, заряженные частицы, спектры, энергии частиц, населяющих этих области, различны. И, поскольку спутник пересекает за свой оборот, он находится на разных орбитах, здесь как раз показан спутник, который летает внутри магнитосферы, здесь не показаны спутники высокоапогейные, которые выходят за пределы магнитосферы, возвращаются в магнитосферу и так далее, здесь только эти. И то видно, что за оборот спутник вынужден пересекать различные области магнитосферы, которые, я повторяю, населены различными частицами средней энергии, высоких энергий и так далее.

Что здесь опасно, что здесь неприятно? Опасно вот в чем. Частицы высоких энергий, или как можно называть или называть так очень часто в обыденном обиходе радиация, она проникает внутрь обшивки кораблей и может создавать эти заряженные частицы, проникают внутрь корабля, и просто попав в какой-то элементик, может просто выбить его. Знаете, что сейчас микроэлектроника состоит из очень, очень маленьких незначительных таких мелких, очень мелких элементиков. И достаточно даже одной частицы проникнуть туда, как вызовет просто логический сбой, а то, может быть, просто выведет ее из строя. Это раз.

Во-вторых. Вот эти частицы, которые проникают внутрь корабля, они застревают в диэлектриках, и создают объемный заряд. То есть, попадает, попадает заряд, накапливается. И, если достигает определенных размеров, может просто произойти разряд, то есть, начнет естественное стремление к равновесию, будет система стремиться этих зарядов, стремиться к равновесию, произойдет разряд, просто произойдет уничтожение. И эти, действительно, такие эффекты наблюдались и проводились эксперименты, просто аппаратура гибнет.

Наконец, эти заряженные частицы электризуют поверхность спутников. И в результате на поверхности спутника возникает разность потенциалов, которая достигает десятки киловольт. И то же самое, при достижении некоего порогового значения происходит разряд. В этот момент возникают различные помехи на поверхности, которые эти помехи могут проникать под обшивку и просто запускают и выключают радиоэлектронную аппаратуру, то есть, происходит несанкционированное срабатывание некоторых устройств. В результате, ну, различные… смотря какая система, выводят систему управления, систему энергетики, да, мало ли.. спутник ведь напичкан буквально ведь электронным оборудованием.

Это электронное оборудование выходит из строя и многомиллионная, и даже миллиардная аппаратура, которая создавалась многие годы большим коллективом людей, приходит в негодность и спутник прекращает свою деятельность. Поэтому принимать нужно, во-первых, рассчитывать на эти условия. И уже сейчас разработаны специальные нормативы для конструирования космических аппаратов.

Но этот вот путь как раз прошел на моих глазах, когда вначале, казалось, неведомая сила, спутник сделан все как положено, тем не менее, через некоторое время выходит из строя. Полагали, что там разряженная плазма, она не может вызвать никаких явлений, все связано только с технологией. Ничего подобного. Технология, безусловно, должна быть качественная, должна быть чистота, но внешняя среда оказывает пагубное воздействие. И с этим пришлось считаться, и сейчас это принимается во внимание.

Ну, и, кроме того, пронимаются такие меры, как поверхность кораблей, спутников пытаются металлизировать с тем, чтобы не было накопления зарядов. Это вот такие меры.

Да, вот здесь вот показаны те эффекты на космическом аппарате, вот, видите, там вот наверху происходит накопление заряда. Накапливается. Вот происходит разрядка, происходит целый .. таких явлений. Может быть, это и ничего, может быть, защита там срабатывает, но во многих случаях такие разряды они просто выводят аппаратуру из строя. Этим очень много занимались и у нас, и за рубежом. И, повторяю, здесь у нас хорошие результаты, но, тем не менее, проблем эта остается. И, естественно, надо задумываться о том, не секрет, что готовятся полеты на Луну, на Марс и так далее. И с этим тоже нужно считать.

Мне казалось, что невероятно, что могут возникать эти разряды на межпланетной среде. Но вот некоторые эксперименты с Венерой показали, что, оказывается, на борту этих тоже возникают. То есть, неоднородности там есть, они могут быть такими, вот эти явления могут быть опасными для межпланетных путешествий.

Теперь дальше. Конечно, во время сильных возмущений особенно для пилотируемых полетов, конечно, нужно сделать все, чтобы обезопасить и космонавтов. Для этого работают и с медиками, принимаются дополнительные меры, как во время вспышек экипаж должен занять соответствующее положение, или может быть, развернуть так космический аппарат с тем, чтобы наибольшие части, где расположена аппаратура или еще что-то, попала на пути этих лучей с тем, чтобы защитить, то ести, создать такой экран. Это сейчас все принимается во внимание при пилотируемых полетах, но, безусловно, крайне важно, крайне важно все это учитывать при планировании длительных путешествий на Марс, другие планеты.

И сейчас уже вот эти варианты просматриваются. И вот я недавно читал, идет дискуссия, в какой период лучше лететь, в минимум или в максимум солнечной активности. Кажется, нужно лететь в минимуме, когда нет вспышек, когда спокойное межпланетное пространство. Но, однако, нужно помнить, что в этот момент как раз межпланетное пространство, солнечная систему буквально забита галактическими космическими лучами, у них очень высокие энергии. Правда, поток почти там постоянный. Поэтому тут все надо принимать во внимание. То ли нужно лететь в максимуме солнечной активности и знать хороший прогноз, выбирать тот период, когда не будет сильных явлений, или наоборот. Но это все зависит от задач, от тех технических условий, ну, собственно, от многих других факторов. Это вот, что касается радиации и защиты аппаратуры, живых организмов, человека от пагубного воздействия.

Но, кроме того, надо ведь рассчитывать еще и орбиту правильно. Если мы летаем в околоземном космическом пространстве, ведь надо выбрать так, если это пилотируемый полет с тем, чтобы орбита проходила и не проходила через… в радиационных поясах. Потому что там защита… нужно очень серьезно усиливать, и вряд ли сегодня это целесообразно. Легче выбрать орбиту, рассчитать так, чтобы она проходила и не затрагивала их. Хотя, исследовательские спутники, конечно, пересекают их, проводят измерения, но это все-таки уже не пилотируемые полеты, где легче принять меры по защите, ну, прежде всего, там работающей аппаратуры.

Это вот как раз иллюстрация возмущения, когда идет внедрение частицы с хвоста магнитосферы в атмосферу, вызывает полярное сияние, и как я уже говорил, это не только интересное явление.

Дело в том, что ионосфера, которая является фактически домагнитосферой. Вот есть магнитосфера, потом она переходит ближе к Земле в ионосферу. Я говорил, что это нейтральный газ, где уже имеется и заряженные компоненты, которые играют важную роль в осуществлении дальней радиосвязи, другие важные аспекты решаются с помощью ионосферы. Как, скажем, исследование нелинейных процессов в низкотемпературной плазме, это тоже большая проблема. Но ионосфера неоднородна не только, скажем, в средних широтах.

Ее нельзя представлять как монотонно убывающая электронная плотность с высотой. Есть максимумы, где очень большое количество заряженных частиц, есть минимумы, и эти минимумы и максимумы живет по определенным своим законам. Ионизация в средних широтах, вот создание ионосферы обусловлено ультрафиолетом, который поступает вот от Солнца. Всходит Солнышко, появляется оно здесь, вот на этих высотах, появляется ионосфера, появляется ионосферный слой.

Это не значит, что ночью его не бывает. Он тоже бывает за счет различных явлений, которые происходят в ионосфере, но это очень слабая, она не сравнима меньшей концентрации, но все-таки она существует. А днем просто это видно. Зависит это условие от угла Солнца. Но, главным образом, что нас всегда интересовало, это, конечно, - полярная ионосфера.

Дело в том, что в полярной ионосфере, кроме энергии, которая поступает в виден ультрафиолета, происходит высыпание частиц. Вы видите, вот там профиль вот сверху, вот, где движется этот круг, это и есть осаждение частиц. Вот энергия осажденных частиц, которая попадает в узкое кольцо, в авроральное, где вот наблюдается полярное сияние, она соизмерима с той энергией, которая падает от Солнца на солнечной стороне. Вот вы вдумайтесь. На всю поверхность Солнца освещенная часть Земли вот энергия идет от Солнца, и вот здесь вот, только в узкое кольцо опускается столько, осаждается столько энергии, сколько на дневной стороне.

Естественно, та среда, где происходит осаждение этой энергии, где она взаимодействует с атмосферой, вызывает ионизацию, происходит нагрев, все это приводит к колоссальным мощным физическим процессам.

Во-первых, это тепло передается нейтральной атмосфере. А что значит - нейтральной атмосфере перешло тепло? Ведь, если бы не было электромагнитных возмущений, не было бы осажденных частиц, все было бы очень просто. Вот на дневной стороне Земля, на солнечной стороне нагревается атмосфера, на ночной стороне Солнца нет, охлаждается, теплый воздух течет сюда, и, в общем, все это понятно. Идет обычная циркуляция система «тепло-холод».

Но это не так. Потому что, во-первых, существует сложившаяся система ветров, нейтральных ветров, которая, конечно, когда двигается, когда идет циркуляция, они захватывают заряженные частицы. Но самое главное – вот здесь-то эти частицы, заряженные частицы двигаются не по закону, связанные как нагрев-охлаждение, они движутся по законам электродинамики, то есть, просматривается движение заряженных частиц. Она двигается по-другому. Иногда совсем имеет противоположное движение, чем нейтральные частицы.

Что происходит в атмосфере? В атмосфере происходит, так называемое, торможение. Быстро заряженные частицы, несмотря на то, что их плотность мала, начинают так взаимодействовать с визуальными частицами, что буквально разворачивают, то есть, обычно происходит передача энергии от заряженных частиц в нейтральной атмосфере и нейтральная атмосфера начинает уже, в общем, не вести себя, как обычная система, она является результирующая их сил.

Более того, во время сильных возмущений вот это кольцо расширяется. Здесь видно, оно спускается к югу, захватывает более низкие широты. И тогда уже не только в высоких широтах нарушается вот эта циркуляция на ионосферном уровне 100 километров и выше, но и ниже уже начинается. То есть, здесь надо рассматривать и эффект воздействия вот этого эффекта космическая погода на обычную погоду. Но надо понять, каким образом это переходит? Это требуется постановка специальных экспериментов и так далее.

Вот, вот этот рисунок показывает, что происходит вот здесь. На графике приведены электронные плотности. По горизонтальной оси – это время, а по вертикальной оси – это электронный концентрат , электронная плотность. Вот в шесть часов утра местного времени видно на высоте 400 километров, ну. видна, скажем в условных единицах некая величина и видим максимум на высоте 400 километров. Через 20 минут видим максимум этот опускается. А еще через 10 минут он просто исчез. То есть, вот такие быстрые процессы, это, конечно, очень трудно предсказуемые.

А теперь вернемся к проблеме. Скажем, у вас работает крупный радиопередающий центра на севере, по-прежнему используются каналы связи, которые используют,.. которые применяется… используется ионосферное распространение радиоволн. Происходит нарушение, происходит сбой. И, если вы это не знаете, вы просто можете потерять. Ну, а как быть теперь с сопровождением наших воздушных судов, сейчас трансатлантические трассы, если вы сейчас вели переговоры, и вдруг у вас нарушается, как ему ориентироваться и как и что, как его поддерживать? Поэтому нужно принимать различные меры.

А самое главное, я думаю, мнение, конечно не только мое, но он разделяется многими учеными, что вот без надлежащей службы в организации службы в высоких широтах говорить о каком-то удовлетворительном состоянии обеспечения проводок судов невозможно. Конечно, люди не сидят и непрестанно думают, как это обойти. Вот была создана система GPS и ГЛОНАСС, система позиционирования. Там используются частоты гораздо выше, частоты более высокие. Казалось бы, ионосфера для них будет прозрачная и все на свете будет хорошо.

Ну, вот первые эксперименты показали, что это не так, потому что сигнал, проходя ионосферу, все-таки испытывает запоздание. Более того, фронт волны, который идет, вот он разрушается, ионосфера очень неоднородна, она мерцает, то образуется, то возникают вот эти неоднородности, и, если при сильном возмущении она еще более или менее однородная, то при слабом возмущении это некая такая облачная структура. И сигнал просто запаздывает. А что значит «запоздал сигнал или пропал»? Ну, это же все всегда нужно мгновенно определить, вы знаете, как она, эта система работает. Это метод триангуляции, ты должен принять сигнал от спутников. Если ты знаешь расстояние, и знаешь запаздывание, ты определяешь свои координаты.

Следовательно, если у вас произойдет запаздывание, если у вас придет неправильная информация о времени запаздывания, вы получите большую ошибку при определении координат, и на самом деле, ну, если для использования в быту там 10-40 метров это и годится, то для использования специальных автоматических систем, скажем, система посадки, система определения там точных координат, это тоже не выход.

Что нужно для этого делать? Ну, для этого есть уже, приняты меры, когда есть стандартные некие реперные станции, которые определяют постоянно свое позиционирование, и те ошибки, которые возникают, они вводят. Ну, это невозможно сделать для всей системы. Это только для специальных. Таким образом, вот ионосфера оказывает большое воздействие, и, конечно, является хорошей такой.. хорошим элементом, хорошо, что она существует, но она создает и массу проблем.

Это состояние ионосферы очень сильно подвержено, вернее, сильно меняется во время солнечного цикла от минимума к максимуму. Вот здесь вот, на графике, приведены концентрации днем и ночью, но для минимума солнечной активности вот справа вы видите, и слева, здесь нужно внимательно посмотреть по осям, но видно, что вот эта концентрация примерно в шест раз меньше в минимуме, чем в максимуме. Это очень важно.

Потому что для того, чтобы планировать свою работу, для того, чтобы планировать радиосвязь, работу любых радиотехнических систем, где используется ионосферный канал, вам нужно знать это состояние. Для того, чтобы их знать, нужна определенна сеть, которая должна непрерывно давать сведения, которые должны заводиться в виде определенных таблиц, по которым можно устраивать, давать какие-то прогнозы.

Понятно, в средних широтах сейчас пытаются обойтись и обходятся, это, как говорил, волоконная, спутниковая связь. Но, тем не менее, эту тоже связь используются, не всегда, и не везде это возможно использовать. То, о чем я говорил, приходится использовать ионосферные каналы.

И еще. Пожалуй, это следующий раздел, но принципиально важный в ионосфере и ниже, в нейтральной атмосфере, даже просто, нужно говорить о нейтральной атмосфере на тех высотах, где летают спутники. Как я уже сказал, во время возмущения нейтральная атмосфера взбухает, то есть поднимается. Более плотные слои поднимаются кверху. И отсюда происходят все неприятности. Могут происходит неприятности со спутниками.

Ну, во-первых, начнется торможение, и, значит, он начнет сходить с орбиты. Один из примеров, ярких примеров является вот потеря «Скайла», помните, была такая американская станция. В 79-ом году она, вот не было принято во внимание изменения ионосферы, а это он летал на ионосферных уровнях, ионосфера, плотность увеличилась, и он стал быстро закручиваться и упал. Были и другие случаи, когда вот из-за отсутствия достаточно хороших расчетов, спутники прекращали свое существование.

Пожалуй, еще один важный аспект нужно здесь упомянуть. Вот я говорил о неоднородности ионосферы, а она связана, прежде всего, с неоднородным высыпанием частиц. Иногда происходит так, что высыпаются частицы в очень ну вот узким таким лучом. Ну, частицы настолько плотные, ионизация здесь настолько плотная, что возникает такой мощный столб высокой плотности. И, когда спутник влетает туда, он просто как в стену вот буквально. И, если не принять соответствующие меры, если он имеет большую горизонтальную протяженность, если вытянутый, вот скажем, солнечные батареи, то он просто закручивается. А раз закрутился, потерял ориентацию. Потерял ориентацию, прекращается, то есть, с ним прекращается поддерживаться с ним связь. Ну, просто пропадает. Иногда спутники так возвращают и, действительно, был случай, когда была потеряна связь управления с тысячу спутниками, тысячу! Это очень важно. Но, слава Богу, вот были приняты соответствующие меры, это сейчас тоже отрабатывается, их восстановили и они работают.

Были и у нас с нашими отечественными спутниками, когда спутники в результате того, что встречался с таким неоднородным потоком, тоже начинал крутиться, но были приняты меры, его поймали, заставили развернуться так, как надо, и он работал. Ну, а что нужно делать? - скажите, вы и это совершенно правильно. Только прогнозировать, только предвидеть. Только предвидя вот такие обстоятельства, принимать меры. Ну, допустим, там правильно его сориентировать, там, чтобы он имел на них больную плотность соприкосновения, или еще какие-то меры. Важно вот эти вещи предвидеть.

Опускаясь ниже, уже на высоты нейтральной атмосферы, стратосферы, здесь следует сказать о роли заряженных частиц во взаимодействии с озоном.

Озон, как я уже упоминал, говорил, что он является важным составляющим элементом. Его очень там мало, там… несколько долей процента в общем газе, но играет огромную функцию, он защищает нас. Не будет его, просто жесткий ультрафиолет будет уничтожать все наши живые клетки. Так вот, не сами частицы уничтожают заряженные частицы. Заряженные частицы, взаимодействуя в атмосфере путем различных химических, сложных химических реакций, о которых я не буду, они создают окись азота на этих высотах. Вот губителем озона является окись азота. При чем она очень долго живет. Поэтому, чем больше заряженных частиц высоких энергий, которые доходят на уровень, где находится озон, чем больше их туда зайдет, тем больше они создадут, тем больше будет концентрация окиси азота, тем больше он погубит… эта окись азота погубит озон.

И, если еще учесть, что существуют ветры, а окись азота, она достаточно долго живет, если ее гонять по большому пространству, то ясно, что это очень является таким фактором, который надо учитывать тоже при расчетах, скажем, плотности озона и правильно надо понимать, являются это антропогенным фактором, или это природный фактор? Вы знаете, сколько было шуму по повод того, что вот это антропогенный фактор, что это выбросы наших газов. Да, может быть, и есть, но несравненно выше и гораздо больший эффект оказывается вот сам природный эффект.

Но я всегда думаю и всегда говорю о том, что Земля живет очень много уже лет, это миллиарды лет, все живое и все происходящее, все, что на Земле, уже привыкло к этим, оно адаптировалось к этим условиям и никаких катаклизмов, я не думаю, что здесь вот можем наблюдать. Просто это редко наблюдаемое явление, но оно есть. Учитывать и понимать это надо. И иногда, мне кажется, просто впадают в панику или создают специально эту панику, ну, что нужно решать… в этих делах всегда замешаны какие-то экономические вопросы.

Вот хорошо бы, учитывая то, что это имеет огромный экономический эффект, хорошо бы на дальнейшие исследования вот часть этих средств все-таки направлялась именно на исследование таких вот природных процессов, о которых я говорю.

Теперь еще. Пойдем ниже. Я уже упоминал о том, что явления, связанные с магнитной бурей, оказывают воздействие и на длинные линии электропередач, линии нефтепроводов, газопроводов, и даже на автоматику железных дорог. Вот здесь процессы, которые связаны с так называемыми линиях электропередач. Механизм там прост. Я сейчас не буду говорить, скажу только одно, что в результате .. в земно коре, в земной поверхности всегда текут токи. Если вверху наводится тон в ионосфере во время сильных возмущений, там возникают токи, возникает большое магнитное поле, то геоиндуцированные токи тоже здесь. Вот те токи, которые в земле, тоже начинают возрастать. А мы знаем, что часть аппаратуры да практически вся аппарату заземляется. Ну, заземляется и заземляется. Но вот крупные трансформаторы, крупные линии, у которых нейтрализм, сердечники все занулены, то есть, в земле, тут наводятся токи и в результате та автоматика, которая регулирует работу больших трансформаторов подстанций, она работает со сбоями. В результате происходит перегрев трансформатора, просто возгорание, линия передач выходит из строя. Случай такой описан даже фильм, по-моему, я не видел, но рассказывают и говоря, что есть фильм, когда в Квебеке 6 миллионов жителей, это на севере Америке, остались без электроэнергии 9 часов. Нет, 6 часов, неважно, большое время оставались без электроэнергии.

Что такое мегаполис в современном мире оставить вообще без электроэнергии? Это, конечно… вот это уже катастрофа, это бедствие. Поэтому знания опять же, знание прогноза и с этой целью принять необходимые достаточные меры для того, чтобы уберечь, или хотя бы понимать, что происходит, это очень важно.

Вот на этом рисунке приведены, вот вверху – магнитное поле, дальше – это магнитное поле, ну, соответственным образом средняя линия обработана, там взята производная, а вот здесь вот – те неприятности, которые возникли как раз в трансформаторе. Вы видите, какое хорошее совпадение. Но раньше говорили, ну, совпадает, ну, вот как? Но теперь вот механизм уже этого явления достаточно хорошо изучен.

Давайте подумаем, территория Россия занимает огромное пространство, которое расположено за Полярным кругом, где магнитные возмущения, магнитные бури часто повторяются и гораздо больше и гораздо эффективнее, с точки зрения, вот различных эффектов, поэтому нам-то, как стране, которая распложена за Полярным кругом, вот эти эффекты надо учитывать.

Вот мой опыт, когда я работал на севере в Норильске, очень хорошо, большая была структура, большое энергохозяйство в Норильске было. Мы на своей обсерватории вели наблюдение. Могли уже как-то научиться предсказывать суббури и видели начало, мы сообщали диспетчерам, диспетчера знали, что нужно здесь посмотреть автоматику, или, во всяком случае, если полетела автоматика, не гнать там и не искать что это что-то на трассе, ясно, что это связано с магнитной бурей. Эффект большой. Но, при этом, конечно, все хозяйство должно быть образцовым. Чтобы автоматика работала, чтобы, действительно, все это соответствовало современному уровню.

А вот здесь, на этом рисунке, представлены этими горизонтальными черточками - это представлены сбои автоматики на железной дороге. И вы видите, а вот верхние две кривые – это магнитное поле. Вы видите, что все сбои в автоматике на железной дороге – это на Кольском полуострове приходятся как раз на магнитную бурю. Ну, конечно, у нас, может быть, недостаточно много железнодорожных линий на севере, но, тем не менее, такие эффекты во время сильных бурь, которые охватывают средние широты, а у нас очень длинная трасса, Транссибирская магистраль, возьмите, и другие ветки. Конечно, это тоже очень важно знать.

Я знаю, что сейчас уже в железнодорожном транспорте это факт знают, и считаются, и принимают все необходимые меры.

Теперь я хочу коснуться проблемы, которая чрезвычайно важна и о которой много говорят. Это проблема, связанная с изменением климатической системы Земли. Особенно последние годы, когда стали говорить о потеплении, и связано, главным образом, это… политические деятели, в политических кругах, все это акцентируется внимание, что это антропогенный фактор. Наверное, это, действительно, так, но вот сказать точно, что вот то глобальное потепление, которое сегодня мы наблюдаем, связано только с антропогенным фактором, то есть, с выбросом парниковых газов, это вряд ли. Потому что, если будем рассматривать природные процессы на больших племенных интервалах, на больших интервалах, что вот иногда путают, когда берут там 2-3 года, ну, десять лет и вот пытаются здесь выставить какие-то картины, которые относят к климатическим изменениям.

Климатические изменения – это, все-таки длительный период. Но сегодня договориться условно 30 лет надо смотреть тренды, изменения вот в течение 30 лет. А уж там от одного года к другому так амплитуда, вы посмотрите, сейчас очень много в метеосводках говорят, тогда-то была, в такой-то год была такая температура минимальная, а максимальная в такой-то год. Вот я смотрел последние широты, скажем, в Сибири у нас 4-45 градусов амплитуда бывает в среднее значение. Это же очень большие разбросы. Поэтому межгодовые изменения могут быть великими. Но это не говорит о климатических изменениях, а климатические изменения – это большие периоды.

И вот здесь вот те данные, которыми располагают сегодня наши исследователи, с которыми мы работаем, они говорят об обратном. Что все-таки вот глобальные изменения очень сильно зависят от солнечной деятельности. Вот, посмотрите, на этот период, на этот рисунок. В верхней части относительно числа Вольфа, посмотрите, какой период? Здесь и период до нашей эры берутся огромные массивы данных несколько тысяч лет.

Как это получили? Дело в том, что здесь используется углерод С14, который является хорошим индикатором солнечной активности. За неимением времени я не буду рассказывать о тех химических процессах, каким образом он образуется и как он откладывается в кольцах деревьев, в пласты , донные отложения, это особый разговор, важно то, что он является хорошим мерилом солнечной активности, конкретно – чисел Вольфа, над которыми сегодня все работают.

Вот верхняя кривая представлена здесь от 5 тысяч лет до Новой эры, до вот 1500 даже , ну, в общем, большой промежуток времени. Вот это верхняя часть.

А теперь посмотрите, вот вторая кривая – это движение , движение … вот первая кривая вот здесь вот вверху, вторая, видите, где вот единичка стоит, вот, посмотрите, это пики движения ледников максимальное движение их, важный параметр в изменении климатической среды, ну, да, конечно. Именно с ними… многие же сейчас работы есть, показано, что это связано с потеплением, с охлаждением… посмотрите, как эти пики хорошо совпадают с максимумами солнечной активности?

Возьмем более короткий промежуток времени. Вот картина третья. Температура в Англии в январе месяце, вот эта третья кривая вот здесь вот справа. Посмотрите, как она хорошо повторяет ту же солнечную активность? Наконец, вот четвертая кривая, суровость зим в Западной Европе. Взяли, провели, тоже очень хорошо.

Ну, вот вторая картинка движения ледников по земному шару, тоже повторяется эта картинка. От этого никуда не скрыться, не деться, это факт. И поэтому, естественно, солнечная деятельность здесь задействована. По этому поводу сейчас много пишется работ. Очень много работа опубликованы. Это можно легко найти в Интернете. И пытаются и с погодными факторами, и с климатическими изменениями, вот последний период очень хорошо и все эти картинка коррелируют, и достаточно хорошо уже сегодня с позиций уже можно объяснить. Потому что мы уже сегодня очень хорошо знаем, как воздействует солнечное излучение, как воздействуют другие космические факторы на атмосферу. И уже есть так фактура, по которой можно строить определенную модель. Я не хочу сказать, что они совершенны и уже достаточны, но можно переходить уже от чисто эмпирических вот таких зависимостей к построению механизма. То есть, можно объяснить, как это происходит.

Вот еще один факт, который всегда вызывает интерес, много споров. Солнечная активность, когда мы говорим об 11-летнем периоде, на самом деле, это среднее оснащение, а он бывает и 9 лет и 14 лет, это среднее значение. И вот здесь вот по этой оси, по вертикальной оси, слева – длительность солнечного цикла. Вот начиная от 11, даже нет, не 11, от 12, наверное, 12, 13 и выше, до 10 лет, а по оси горизонтальной оси отложены годы. И справой оси здесь же показаны изменения температуры, не собственно, а некий отсчет от средней температуры, при вращении со знаком минус, и со знаком плюс изменение температур.

Вот, посмотрите. Вот красные кружочки – это изменение температуры Северного полушария, вот этот красный кружочек. А вот эти треугольнички, черные линии – это длительность солнечного цикла. Чем интересно? Если рассматривать какой-то короткий период, вроде бы зависимость и прямая, в некоторых случаях вроде бы обратная. Есть какое-то запаздывание. А вот, когда смотришь длинный период, видишь, что это очень хорошее совпадение. То есть, температура очень сильно зависит, просто один к одному зависит с определенными в отдельные годы с запаздываниями, с другой стороны, с опережением, но она следует солнечному циклу.

Поэтому вот не считаться с этими факторами , солнечной деятельностью, изменением климатической системы нельзя. Другое дело, повторяю, что нужны хорошие механизмы, физические механизмы, обоснованные механизмы. Но, если бы мы эти механизмы хорошо разрабатывали, если бы хорошо бы уже знали, тогда прогноз у нас изменения климата был бы достаточно хороший. А пока мы говорим, что, да, глобальные изменения, по-видимому, происходят, хотя и здесь можно задавать много вопросов. Как считать эти изменения температуры? Ведь климат-то меняется вроде бы не однозначно, в одном месте происходит наращивание, да, в другом таят ледники, в одном температура возрастает. Как ее посчитать? Это тоже искусство, да?

Ну, согласимся. И конечно, антропогенный фактор не учитывать, тоже нельзя. Мы же видим, как деградирует наша окружающая среда? Поэтому, когда принимаются решения, что нужно сократить количество выборов, я считаю, что правильно в любом случае, для человечества это будет полезно. Во-первых, это переход на новые технологии более совершенны. Ну, а во-вторых, уж точно , не знаю как там с климатом, но наша окружающая среда обитания, они будет , конечно, лучше. Это вот то, что я хотел сказать об изменении климатической системы Земли в зависимости от солнечной деятельности.

И, наконец, ну, некоторые случаи мы пропустим, еще один аспект, о котором я хотел бы сказать. Вот с древних времен люди всегда связывали свое состояние, и вы точно это тоже знаете, ну, во-первых, с погодой. Это метеопараметры. Но уже было известно и раньше, это вот есть в книжке Чижевского Александра Леонидовича, который очень большой собрал статистический материал, конечно, это было сделано на том уровне знаний, на уровне тех представлений, когда он писал, но ведь эти вещи все и сегодня находят отражение. Это действительно подтверждаются. Но есть и другие факторы. Когда поднимаются сейчас записи различных медицинских клиник, которые …(неразборчиво), тоже очень хорошие совпадения. Но всегда относились к этому как-то так осторожно. Больше здесь спекуляций.

И вот три года назад за Заседании научно-технического Комитета по мирному использованию космоса в Вене, при ЮНЕСКО проходило это заседание, где я участвовал, там еще было несколько коллег моих, было принято, я считаю, что историческое решение, где гелиобиологии, то есть, влияние солнечных факторов на живые организмы принято считать как одной из основных научных направлений. Это, конечно, прогресс. Это случилось благодаря тому, что результаты научных исследований все больше и больше свидетельствовали о том, что влияние солнечной активности, влияние геофизических факторов на живые организмы, в том числе и на человека очевидно.

Вопрос опять в другом – как это происходит, на каком уровне оказывается это влияние? Вот над этим много сейчас работают за рубежом.

Было и второе решение тоже принято в связи с этим. Это с большим трудом прошло, но все-таки влияние солнечной деятельности, влияние Солнца на изменения глобальной климатической системы Земли тоже признано уже теперь не как, может быть есть, а, может быть, нет. Нет, это теперь доказано и это теперь является одним из основных тоже направлений в солнечной земной физике. Помимо исследования солнечного ветра, физических процессов на Солнце, межпланетной среды, магнитосферы, ионосферы и атмосфер, сегодня гелиобиология и влияние солнечной активности на климатическую систему Земли являются тоже одними вот основными направлениями в исследовании вот той системы, о которой я здесь говорил.

Я приведу несколько примеров, которые, на мой взгляд, очень интересны. Простые сопоставления вариаций геомагнитных индексов, которые говорят о солнечной активности, с какими-либо явлениями со здоровьем человека ни к чему не приводят. Нет, хороших, то совпадают, то не совпадают.

Наши ученые сделали другое. Взяли и получили спектр вот этих магнитных колебаний и получили вот эти пики. То есть, из чего вот эти геомагнитные колебания состоят. И увидели, что там есть колебания 27-ми - суточные, есть 14 суток, есть 9 суток, 7 суток есть, ну, еще так далее вот по убывающей. А теперь посмотрите, что получается со старыми данными, данными, которые подняты по архивам, вот там данные, по Гиппократу, …Авиценне вы видите дни после начала заболеваний. Смотрите, какой хороший пик 7-дневный, 14-ти, 20-ти, как раз совпадает с теми пиками. И на самом деле убедили, что вот эти колебания являются так называемыми биотропными, то есть, они влияют не вообще какие это колебания, а та составляющая, которая находится в этом колебании, оказывается, очень достаточно влияет на здоровье организма.

Ну, и вот очень интересные, на мой взгляд, пока это, я, во всяком случае, не нашел объяснения, смотрите, делается. В нашем полушарии, Париж, Милан, все хорошо совпадает, опять значимый 7-дневный период, и так далее. И вдруг на американском континенте все с точностью наоборот, значимым оказывается от 28 суток, то есть, суточный оборот Солнца. Как это объяснить? Ну, это, наверное, сегодня невозможно.

Но ясно, что вот тот путь, который намечен, он уже действительно значим. И просто за неимением времени, я мог бы, конечно, здесь очень много говорить, у нас в стране этим много занимаются, и я слежу, но могу сказать, что вот эти исследования проводятся, начиная от клеток и кончая, то есть. популяциями, то есть, целым человечеством. Очень интересные результаты. Очень обнадеживающие. Но понятно, что вот этой дисциплиной, вот этим самостоятельным направлением должны заниматься, конечно, физики, те, которые разбираются хорошо в геофизических процессах. Но они совершенно не смогут, если к этому не привлекать медиков. Но и медиков тоже ведь не каждого врача, это надо найти тех, кто уже .. тех людей, которые занимаются исследованием живых клеток, живых организмов на клеточном уровне, на молекулярном уровне. Вот тогда, наверное, будет результат.

Но, мне представляется, что это очень перспективное очень важное направление. И еще для примера я приведу. Вот тоже очень хорошая известная картинка. На верхней кривой, значит, вот это годы по горизонтали, а здесь - количество случаев. Вот верхняя – вызовы «скорой помощи» в Москве по поводу инфарктов, вот видим, некая кривая. Вторая кривая – это смертность от инфаркта миокарда в Болгарии, там работали наши ученые с болгарскими учеными. Кривые очень хорошо совпадают и хотя это разные города, и разные, наверное, способы исследований, но, тем не менее, хорошее совпадение.

А вот дальше, дальше внизу просто геомагнитный импульс, коэффициент, который характеризует геомагнитную активность. Ну, он ничего не дает. Но вот есть в этих колебаниях, в магнитных колебаниях, так называемые короткопериодические колебания. Это колебания 2-5 герц. Это очень важные колебания, потому что эти колебания находятся в живом организме, в нас с вами, так называемый биологический ритм. Они уже очень хорошо вот здесь довольно прилично вижу.

Значит, это не механизм сам, но это путь, по которому надо проводить исследования. Что же сегодня можно сформулировать в части влияния солнечной активности на живой организм? Вопрос, можно сказать, сегодня его можно отнести к такому к философскому. Жизнь на земле родилась вот в солнечных ритмах. Формировалась жизнь, развивалась, эволюционировала в этих солнечных ритмах. То есть, всегда живой организм попадал в периоды экстремальные, и минимум солнечной активности, и он адаптировался.

И вот сегодня медики, биологи говорят о том, что вот эти электрические изменения, а это, прежде всего, электрические, когда мы говорим о геомагнитных измерениях, геомагнитное поле, электрическое поле, они синхронизируют, и оказывается, и на самом деле, показывают опыты, что новорожденный человек вот он родился, у него еще эти ритмы, вот этой синхронизации нет. Ну, и до какого-то возраста их нет, а потом вот эти электрические колебания, вот эти изменения магнитного поля, электрических полей они его синхронизируют, живой организм начинает работать вот с этими ритмами, которые связаны с солнечной деятельностью.

Вообще, конечно, когда думаешь в целом об этой системе Солнце-Земля, удивительная вещь, поражаешься, чем больше работаешь, поражаешься той гармонии, здесь нет ничего случайного, здесь все зависит, здесь все связано, все красиво. Просто, когда ты начинаешь до конца осознавать вот работу этого механизма, удивляешься вот той красоте природы, которая вот создала эту систему. Особенно, вот нашу систему. Земля, эти солнечные явления проявляются на других планетах, но нас интересует Земля, потому что это вообще уникальное явление. Здесь находимся мы, люди. И все вот, оказывается, все это пронизывает от начала, от вспышки и. кончая здесь явлениями на Земле, все связано с солнечной деятельностью.

Сегодня нашу солнечную земную систему нужно рассматривать как единую экологическую, экосистему в космосе, уникальную систему. И, несмотря на то, что проделаны большой объем исследовательских работ, работы здесь предстоит еще очень много. И я думаю, что вот те направления, которые сегодня уже поставлены и широко развиваются, нас ждет еще очень много интересных открытий, связанных и с жизнью, и с самой системой Солнце-Земля.

Вот на этом я хотел бы закончить свою лекцию. Благодарю вас за внимание!

ВОПРОС: Скажите, пожалуйста, с какой достоверностью сейчас удается прогнозировать возникновение солнечной вспышки?

Г.А. ЖЕРЕБЦОВ: Такой я оценки не могу сказать. Все дело в том, что, где мы ее и сколько времени наблюдаем. Вот, есть так называемая рекуррентность. Вот мы ее на Земле наблюдаем, вот она есть вспышка, пятна или группа пятен. Вот они проходят оборот, совершают, выходят снова. И вот здесь уже большая вероятность, что, если произойдет вспышка, если произойдет это в центральном меридиане, то это будет геоэффективная вспышка, то есть, тот выброс массы, которые произойдет там, он точно, мы знаем, вот магнитно-силовой линией связан так, что это солнечная масса, вот этот выброс солнечного вещества, он в точности будет соприкасаться, он пройдет во взаимодействии с Землей.

Если это произойдет где-то на линии того или другого края, то эта масса промчится или после того… пересечет орбиту Земли после того, кода Земля там будет или раньше. Поэтому все зависит оттого, как мы долго наблюдаем, и как долго существует это вот уже явление, которое произойдет вспышка. Это все определяется конкретными условиями зарождения. Это один из важнейших вопросов.

Но ведь мы не можем ответить на главный вопрос, - почему появляются пятна? Мы знаем, что они есть, мы знаем, что они повторяются с определенной периодичностью 11 лет цикличность, но мы не знаем, почему они появляются и где они могут появиться? Хотя, область она известна, это недалеко от экватора, практически на севере не бывает их на высоких широтах. Почему они здесь группируются? Мы не знаем.

Есть много сейчас теорий интересные довольно теории, связанных с расположением планет. Вот, если планет несколько расположатся на магнитно-силовой линии, и эта магнитно-силовая линия выходит на Солнце, вот там произойдет вроде бы вспышка. Ну, вот посчитать с тем, чтобы на магнитно-силовой линии находились все там определенные планеты очень сложно. Потому что конфигурация магнитного поля сложная, она меняется.

Вы затронули очень это принципиальный вопрос, прогноз солнечной активности краткосрочный, долго срочный очень важно. Вот краткосрочные, как и все, в общем-то, идут более или менее ничего, а долгосрочные трудно. Пока ну очень много работ ведется, да, и если сравнить уже тот промежуток времени, когда использовались инструменты для … конечно, много сделано. Но для того, чтобы давать достоверный хороший прогноз, сложно. И говорить сейчас рано.

Еще, пожалуйста.

ВОПРОС: Добрый день! Насколько я знаю, ваш исследовательский центр находится в Сибири?

Г.А. ЖЕРЕБЦОВ: Да.

ВОПРОС: В связи с этим у меня вопрос, как обстоит ситуация с кадрами, потому что очень интересно этот вопрос, который поднимается и насколько обеспечены…

Г.А. ЖЕРЕБЦОВ: Ну, скажем так, вопрос не по теме, но он принципиально важный вообще для всего. Конечно, наука испытывает очень непростое время, сейчас мы живем. Действительно вопрос с кадрами – это очень актуально. Это нехватка, большая потеря людей, просто целое поколение провалилось, потому что не приходили, были просто невыносимые условия.

Сейчас вопрос, я бы не сказал, что он… да, зарплату стали платить приличную, однако купить квартиру молодому сотруднику невозможно. Поэтому, чем больше, чем лучше мы готовим студентов, у меня кафедра есть, мы отбираем наиболее подготовленных, читаем специальные курсы, вот делаем, учим, тем больше вероятность, что этот подготовленный, хорошо эрудированный с широким таким взглядом, он уйдет куда-то туда, где заплатят те деньги, на которые можем там в течение 3-4 лет купить квартиру. Наука сегодня не в состоянии это обеспечить. Поэтому это проблема.

Но, тем не менее, в общем, благодаря усилиям наших сотрудников, просто энтузиазму этих людей, мы все–таки привлекаем людей. Люди приходят, молодые люди, те, кто приходит в науку, очень талантливые. Я просто иногда восхищаюсь вот тем уровнем. Но все-таки это те студенты, которые действительно много занимаются, и они хотят заниматься наукой.

Недавно проходила защита, молодой человек защищался, 26 лет. Я себя сравнил, где-то защищался ну, чуть-чуть постарше, и я посмотрел, что знает он, и я хорошо помню, что знал я и что я умел – это большая разница. Конечно, знают много, все-таки Интернет, средства вычислительной техники, уже и объем знаний, все-таки преподаватели появились, уже которые много… несравненно уровень высок! Но говорить о том, что мы проблему решим кадров, нет. Все-таки угроза того, что мы можем потерять ряд перспективных научных исследований, существуют.

Наши исследования требуют больших комплексов инструментов различных, крупных инструментов, радиотелескопов, специальных радаров, оптических средств, их разместить нельзя в городе, они как раз расположены в очень в непригодных для жилья, в горах, в тайге, где нет … света, подсветки нет, то есть, для жилья, для быта это не очень подходящие условия, там нужно все создавать. Это дорого. По-другому нельзя. Вот институт, которым я руковожу уже в течение многих лет, он, действительно, уникальный с точки зрения оснащения аппаратуры: уникальные инструменты, радиотелескоп, оптические телескопы, радар некогерентного рассеивания, большой вакуумный телескоп, который детально рассматривает вот эти пятна. Это все есть.

Но ведь идет время, нужна модернизация, нужна замена, нужна не только замена, нужны люди нового поколения, которые должны работать – это проблема передо мной, как директором, перед как ученым эта задача очень серьезная. Мы пытаемся решать, но без помощи государства, без существенных вливаний финансовых в разработки специальной программы сделать это очень трудно. А задача, как вы все понимаете, ну, наверное, я постарался убедить, насколько это важно для нашей цивилизации, для развития человеческого общества, просто это принципиально важно. Как дальше будет?

Космос, он уже сегодня густо заселен. Тот, кто там себя ведет свободно, кто там много имеет своих средств, тот и будет хозяином. Так же, как в свое время осваивали мировой океан, воздушный океан. Вначале робкие, экзотические какие-то путешествия, открытия, но сегодня разве можем мы воздушное пространство, морские просторы, океан представить, что мы там не ходим и не работаем? Это просто немыслимо! Это неотъемлема сфера нашей человеческой деятельности определенной. Точно также и космическое пространство. Вот это нужно понимать!!! И недооценить сейчас фундаментальные исследования, направленные на решения конкретных практических задач – это непростительная ошибка!

ВОПРОС: На графике, на котором вы сравнивали зависимость сокращения периода солнечной активности с изменением температуры, также прослеживается общая тенденция к сокращению периода ….

Г.А. ЖЕРЕБЦОВ: Солнечного цикла.

ВОПРОС: … солнечного цикла.

Г.А. ЖЕРЕБЦОВ: Да, вот вы действительно правильно отметили, что общая тенденция за этот рассматриваемый период, она, да, действительно, сокращается. Но, чем объяснить, и как объяснить, и что будет дальше, никто не возьмется. Я хотел бы вспомнить рисунок, который я показывал, где рассмотрены вот изменения 11-летнего цикла за большой промежуток времени, вот я вначале сейчас я, это, может быть, не пойдет в запись, но все-таки… вот это вот интересно. Вот. Посмотрите, как возрастает магнитная активность за столетия. Кто ее раньше ожидал, что она так будет? И самое главное, что будет дальше?

Я могу сказать, что вот по поводу солнечного цикла. Недавно у нас конференция прошла здесь.. в Москве, в Институте космических исследований очень интересная были есть такие вот мнения.. я допускаю такое, что вот сейчас после этого большого максимума, который последнее столетие, ожидается вот такой период солнечной активности, вот как примерно вот здесь вот в начале 1795-й -1815-й год, вот эти вот два маленьких горбика.

Прогнозы такие, в 2015 году будет максимум солнечной активности, но количество от индекса чисел Вольф, он будет не больше 50-ти. То есть, похоже, что, действительно, мы попадем в зону, в период такой, когда солнечная активность будет низкая. Что это значит? Это значит, если следовать ретроспективному анализу, то в этот период всегда наблюдалось похолодание, Земля попадало в холодный период. Вот как теперь, с одной стороны, мы вроде говорим потепление глобальное, а, с другой стороны, если прогнозы оправдаются, и если делать выводы ретроспективного анализа, то есть, возвращаясь в прошлое, вообще, должно быть похолодание следующее десятилетие. Ну, поживем, увидим.

ВОПРОС: Вот Вы сейчас говорили о проблемах, о применении солнечной энергии в быту, то есть, солнечные батареи и насколько это применяется на спутниках в космосе, вопрос такой, какова перспектива дальнейшего развития этого направления и перспектива развития использования Солнца в мирных целях и в жизни. Спасибо.

Г.А. ЖЕРЕБЦОВ: Ну, я постарался показать значение знания солнечной деятельности в нашей повседневной жизни. Что касается использования солнечных батарей. Да, действительно, на спутнике уже установлена солнечная батарея, причем занимает большие площади. Это действительно так. Я думаю, что это будет по мере развития и изготовлениях этих солнечных батарей, это, конечно, не относится к нашей теме, просто я знаю эту проблему, по мере изготовления, применения новых технологий солнечных батарей это, конечно, очень важны аспект, и это надо будет широко применять. И уже примется.

Все дело в том, что от экономики никуда не уйдешь. Можно всегда считать, во что обходится у тебя ватт энергии при изготовлении этих солнечных батарей. Ну, вот несколько лет назад 10-15 назад, я разговаривал в Японии со специалистами. Они бьются, очень много сделано уже, но пока это еще все-таки экономически невыгодно. Однако, с развитием технологий, получения солнечного кремния, само изготовление, повышение коэффициента полезного действия, конечно, это очень важно.

Ну, а в космосе, мне кажется, без этого просто не обойтись. Другое дело, что там нужно делать, конечно, чтобы были поменьше площади, поменьше вот этой громоздкости, больший эффект. Кстати, я не упомянул вот при использовании солнечных батарей, это же там покрыто стеклом, а не так, для защиты, вот при длительном использовании происходит эрозия этих солнечных батарей, то есть, частицы, заряженные частицы бомбардируют и просто оно становится непрозрачным, становится как бы матовым таким вкраплением. Вот. Так что солнечный ветер, это тот еще ветер. Он не просто там может надувать паруса, который, кстати, тоже готовятся использоваться именно в перелетах, используя плотность и давление солнечного ветра.

Ну, вот такие вот вещи. Доставлялись эти образцы, я сам смотрел их. Да, действительно, этот эффект есть, и солнечные батареи уже не работают в том режиме, они дают меньше энергии.

Я не знаю, насколько я ответил вам на этот вопрос.