Ошибка

Продолжение рассказа Льва Зеленого о Солнечной системе.

Академик РАН, доктор физико-математических наук, профессор, директор Института космических исследований РАН Лев Зеленый продолжает рассказ об образовании Солнца и планет Солнечной системы; о других ее "обитателях" – астероидах, кометах, космической пыли, заряженных частицах плазмы и космических лучей; о том, как важно понимать многообразие связей, приведших к образованию уникальной планетной системы вокруг Солнца и возникновению жизни на Земле.

Первая лекция>>

Стенограмма 2-й лекции Льва Матвеевича Зеленого, вышедшей в эфир на телеканале "Культура" в рамках проекта "ACADEMIA"

Мы сейчас уже перейдем, может быт,ь к более близким всем нам областям космоса, к нашему Солнцу и к нашей Земле. И я, в основном, в этой лекции буду рассказывать вам о связях Солнца с Землей и как они влияют на нас, на нашу погоду, даже на наше настроение. На этом слайде показан рисунок Солнца, газовый шар. Размер у него 700 тыс. км, в 100 раз больше, чем размер нашей Земли. Т.е. все планеты – какие-то маленькие шарики на фоне Солнца. И это действительно, если говорить об империи, то действительно оно правит всем, помимо того, что поставляет энергию и основная масса Солнечной системы находится внутри Солнца.
Почему вообще работает Солнце и как это образовалось? Внутри Солнца реализуется термоядерная реакция и идет процесс превращения водорода в гелий. По формуле Эйнштейна, которая висит в этой аудитории, при таком слиянии, слиянии атома, выделяется энергия и это та самая энергия, которая питает все и в том числе и жизнь на Земле. Реакцию эту пытаются осуществить на Земле, эта реакция называется реакция термоядерного синтеза. Пока не получается у нас работать так, как Солнце, в лаборатории не удается. Проблема в том, что Солнце реализует эту реакцию очень медленно, очень плавно и постепенно. Если сравнить, взять и посмотреть, то как вы думаете, какой… Вот если из Солнца вырезать такой кубический метр, какая мощность выделяется? Всего полтора киловатта, это мощность примерно электрического чайника. Сама реакция идет медленно, поэтому запаса водорода хватает на миллиарды лет. Солнце не выгорает так долго и потому что реакция идет постепенно. Такая громадная светимость Солнца, такая большая энергия, которую оно выделяет, просто связана с его большим размером. На Земле такую реакцию пытаются тоже осуществить, по-видимому, она во второй половине 21 века станет, будем все надеяться, основным источником энергии, который заменит нам газ и нефть. Но пока вот так повторить то, что делает Солнце так медленно и постепенно, не удается. Удалось человечеству только сделать это в водородной бомбе. А держать эту реакцию под управлением пока не получилось. Я уже сравнивал Солнце с империей. Империи живут, рождаются, живут и умирают, то же самое происходит с Солнцем. Солнце родилось 4,5 миллиарда лет назад и вместе, немножко позже родились планеты, в том числе и наша Земля. И сейчас мы находимся где-то на середине пути. Вот траектория Солнца: из протопланетной туманности родилась наша Звезда, светимость ее постепенно возрастала, сейчас мы находимся где-то на середине нашего пути. Т.е. Солнце – это такая звезда средних лет. Т.е. прошел у нее такой бурный период рождения, еще очень далеко ее закат. Еще через 7 – 8 миллиардов лет ядерное это топливо, термоядерное топливо выгорит, весь водород выгорит в Солнце, Солнце схлопнется, превратится в итоге в такую звезду, называемую Белым карлик. Таких звезд очень много во Вселенной. Это остатки, может быть, каких-то других более ярких, более мощных Звезд. Т.е. мы находимся на середине пути и еще у нас хорошие перспективы, по крайней мере, на следующий миллиард лет, так что здесь расстраиваться не надо. Ну, вот с этой звездой, она не самая мощная, не самая большая, но это наша звезда, другой у нас нет, нам надо научиться жить, надо научиться понимать ее характер, чего от нее ожидать, а это тоже оказалось непросто.
Вот я уже показывал эту картинку, это Солнце в разных диапазонах длин волн. Вот то, что мы видим, Солнце в оптике, если мы посмотрим, оно характеризуется пятнами. Иногда этих пятен совсем нет, иногда их много. И даже такая шутка «и на Солнце есть пятна», она очень важная, потому что когда на Солнце есть пятна, Солнце становиться особо активным и опасным. И это особенно хорошо видно, когда мы переходим в другие диапазоны длин волн, в невидимом свете, когда мы наблюдаем Солнце, наблюдаем Солнце в ультрафиолетовом излучении более жестком и в рентгене. Мы видим, вот особенно на этом рисунке, те яркие точки на Солнце, где выделяется энергия. Картинка здесь меняется буквально в течении нескольких часов. И сейчас мы научились со спутников, которые летают достаточно далеко от Земли наблюдать Солнце, строить карты его и наблюдать даже иногда такие картинки, если само Солнце закрыть таким диском, чтобы оно не засвечивало объектив. Мы видим, мы видим такие мощные арочные структуры вещества, которые выбрасываются из Солнца. Такие образования называются магнитными облаками, они летят к Земле и во многом определяют то, что на Земле называется погодой, но не обычной погодой, а космической, мы о ней еще будем говорить.
Вот я начал говорить о пятнах. Вот про пятна на Солнце. Их легко наблюдать, их наблюдали еще с начала 16 века и обнаружили такую замечательную особенность. Период, когда Солнце имеет много пятен и период, когда Солнце вообще не имеет пятен. Ну, можно каким-то образом меру «запятненности» Солнца посчитать и окажется, что она имеет очень четкий 11-летний период. Вы видите, если посмотреть, эти наблюдения уже ведутся несколько сотен. Число это называется «числом Вольфа» и оказалось, что это число пятен, оно очень много определяет в околоземном космическом пространстве. И почему, было совершенно непонятно. Потому что сама светимость Солнца от того, что на его лике появляется несколько пятен, излучение, тепловое излучение, оно меняется очень мало – на доли процента. А на Земле меняется очень много. Это более тонкие эффекты, которые не всегда мы понимали, но стали понимать, опять-таки, с запуском спутников и с началом космических измерений. Вот я нарисовал цикл и видите, этот цикл не равномерный, бывают периоды, когда пятна как по часам, каждые 11 лет – много-мало, много-мало. А вот последний цикл, последний цикл, в котором мы сейчас находимся, 23-й цикл, он должен был закончиться в 2007 году, вот он показан. И оказалось, что Солнце тут показало свой характер, причем создало это много проблем. Потому что в зависимости от солнечного цикла планируются космические полеты, потому что когда Солнце активное, довольно большая радиация и нежелательно какие-то межпланетные экспедиции затевать. Планировалось, что к 2007 году активность Солнца упадет, а потом к 2010 году начнется пик солнечной активности. Оказалось, вы видите, на этих графиках видно, что прогнозы оказались неправильными. Солнце показало свой характер и вот начало следующего цикла откладывалось, откладывалось и только вот, пожалуй, с задержкой практически на полтора, даже два года, только в январе этого года на Солнце начали появляться группы пятен и как бы оно вступило в более или менее нормальную такую периодическую процедуру. И это немножко опасно, потому что такая задержка цикла может привести к тому, что он будет очень бурным, будет очень большое солнечное возмущение, но это вот все еще впереди и ближайшие несколько лет покажут, чего ожидать. Для тех, кто готовит космические эксперименты, это очень важно. Вот тот эксперимент, о котором я вам в первой лекции рассказывал, «Фобос», полет к Фобосу, он запланирован на 2011 год и нам очень важно знать, не будут ли солнечные вспышки мешать этому нашему полету, не будут ли они влиять на функционирование космического аппарата. Поэтому от Солнца много зависит и на Земле, и особенно для техники, которая сейчас летает около Земли, и космических аппаратов, которые летают другим планетам, они уже не защищены магнитным полем Земли.
Вот здесь показано, как рождается магнитное поле Солнца, я в начале назвал свою лекцию «Империя Солнца», но в империи очень важно, чтобы были дороги, такие четкие проложенные дороги, как в Ацтекской империи, как в других, в Римской империи, потому что они связывают части империи воедино. То же самое на Солнце: магнитное поле является теми дорогами, по которым происходит в Солнечной системе движение вещества. Но откуда оно берется? Вот на этом рисуночке показано, Солнце вращается неравномерно, эти слои его вращаются быстрее, чем центральные. Магнитное поле как бы запутывается этими движениями, оно «вморожено»…Солнечная плазма очень высокопроводящая. И видите, происходит как бы рождение нового поля за счет такого дифференциального вращения. А другая компонента поля, такая вертикальная, рождается по-другому. Видите, в эти моменты из Солнца выдвигаются петли, это как раз те петли, которые могут идти к Земле и дать выброс масс. Т.е. на Солнце постоянно происходит рождение поля, этот рисуночек показан даже еще более подробно. Солнечные петли как бы высовываются из поверхности Солнца, выносят солнечное вещество, наполняются им, могут выброситься и достичь Земли. Вот на следующем слайде, если этот фильм пойдет, вы это очень хорошо увидите. Поехал, да? Загрузился. Вот видите, как петля, которую я показывал, она прорезает Солнце, смотрите, внимательно что сейчас произойдет. Выходит на поверхность, эти все трубки заполнены солнечной плазмой, сейчас они пересоединятся, вот-вот возникнет красная точка. Вот-вот, в этот момент петля отрывается и вот это облако летит к Земле. Что с ним происходит, я покажу в другом фильме, а здесь важно, что возникает плазма и очень важный процесс, фактически, два процесса идут. Магнитное поле – это энергия, ее надо сначала накопить. Я показал, как. И надо ее уничтожить. Вот показывается, как она уничтожилась. Силовые линии рвутся и потоки плазмы выбрасываются в разные стороны. Один из этих потоков, который выделен на этой картинке летит к Земле. Одним из таких ключевых явлений здесь является динамо. Механизм и рождение поля, и второй процесс – это пересоединение поля. Т.е. поле является такой валютой, энергетической валютой в солнечной плазме. Но от Солнца происходят не только выбросы таких магнитных облаков. Оказалось, совершенно удивительная вещь. Ее открыли на первых спутниках, советских спутниках еще, которые летели к Луне. Это то, что Солнце постоянно испускает потоки вещества, они называются очень красиво, романтично – солнечный ветер. Он так может надувать паруса, думаю, что по нему можно в космических кораблях таких путешествовать. Но впервые это заметили не так. Впервые это заметили еще до начала космической эры астрономы, просто по наблюдению кометных хвостов. Видите, когда комета подлетает к Солнцу, ее хвост разделяется на два, у нее появляется два хвоста. Это очень хорошо видно, когда комета летит, это можно видеть даже невооруженным взглядом. Один хвост пылевой, один хвост плазменный. Один хвост выстроен просто по направлению линии на Солнце. Этот хвост имеет совсем другие спектроскопические свойства, он оказался очень похож на вещество, которое выходит из Солнца и вот это называется солнечным ветром. Его предсказал такой замечательный американский ученый Юджин Паркер и экспериментально обнаружил уже наш советский ученый Константин Грингауз на одном из первых аппаратов, которые полетели к Луне. Там аппарат, сам полет к Луне оказался неуспешным, но, выйдя в межпланетное пространство, увидели то, что от Солнца постоянно «дует» ветер, такое удивительно дело было, потому что ни кто этого не представлял. Оказалось, что солнечная корона не находится в равновесии, а постоянно, постоянно расширяется. Солнце постоянно теряет вещество, но не беспокойтесь, эта плазма очень разрежена, которая течет от Солнца и вещества хватит. Т.е. оно погибнет не от того, что все вещество от него уйдет и перестанет подпитываться его энергетическая топка. И этот ветер так же вытягивает магнитное поле. Каждый поток вещества. Магнитное поле, которое я рисовал оно вытягивается из Солнца, получается такая спираль, за счет того, что Солнце вращается, и оно идет к Земле. Т.е. с Землей взаимодействует не всегда, взаимодействует поток плазмы, который течет от Солнца, погруженного в магнитное поле, и это оказывается важно. До каких пределов распространяется солнечный ветер, т.е. где еще можно увидеть солнечное вещество? Ведь Солнце, как я говорил не единственная сказать звезда, есть вещество от других звезд, есть межпланетная плазма.
Оказывается, граница Империи Солнца четко определена. Она находится примерно на расстоянии в 100 раз большем, чем расстояние от Земли до Солнца. Туда долетели космические аппараты и увидели вот эту границу. На этой границе солнечное вещество взаимодействует с межзвездным веществом, получается такая граница, за которую уже солнечная плазма не вытекает. Вот это и есть империя, границы Империи Солнца, дальше солнечное вещество уже не попадает. Аппараты «Вояджер» и «Пионер», это американские космические аппараты, запущенные еще в 60-е годы, вот за 40 лет долетели до этой границы и увидели ее первые следы. Т.е. впервые аппараты, сделанные руками человека, вышли уже в межзвездное пространство. Это очень далеко от нас, это далеко за орбитами Сатурна и даже Плутона, поэтому эта граница от нас далека.
Мы живем довольно близко от Солнца, в довольно такой опасной близости к нему и вот эти плазменные облака, которые я показывал, которые выбрасываются от Солнца, они представляют довольно большую опасность для Земли. И вот вы видите, здесь это особенно хорошо показано. Солнце постоянно дышит, выбрасывает постоянно вот такие сгустки вещества. Что с ними дальше происходит? Вот на этом рисунке, на этом фильме это хорошо должно быть видно. Вот Солнечное облако вылетело, летит к Земле. Не пугайтесь, мы защищены, магнитное поле Земли защищает нас. Вы видите, оно отклоняет почти весь поток этой плазмы. Она обтекает, обтекает нашу Землю и только потом, придя с другой стороны, как бы попадает в эту полость через хвост, она попадает к Земле, высыпается и дает полярное сияние. Может быть, я еще раз этот фильм, пожалуй, покажу, он такой довольно поучительный. Смотрите, смотрите внимательно. Вот магнитное поле останавливает этот поток. Земля имеет магнитный щит, это очень важно, иначе бы вся эта солнечная плазма попала, попала бы к Земле и вызвало бы это много неприятностей. Сейчас оно попадает только переработанное, только в полярные области. Если кто-то из вас бывал на Севере, где-то на широтах уже Архангельской, Мурманской областей это явление уже очень хорошо видно, полярное сияние. Это просто высыпание частиц Солнца, которые не проникли в нашу систему с парадного входа, а вошли с черного, как бы попав через хвост. Земля – это магнит и этот магнит защищает Землю. Вы видели очень важный процесс, который происходит, здесь он тоже связан с пересоединением. Силовые линии Солнца, как межпланетные, которые приходят от Солнца, они нагреваются. Границы Земли рвутся, вот здесь хорошо показано на рисунке. Они рвутся, пересоединяются, как бы уходят как на ночную сторону, возвращаются и в окрестностях Земли. В этой полости, которая здесь показана, она называется магнитосферой Земли, постоянно происходит циркуляция, циркуляция плазмы.
Все, что я вам рассказываю, было не известно еще 30– 40,45 лет назад, все это стало известно… Эпоха графических открытий здесь совершилась и первые спутники позволили подробно исследовать эту карту, обследовать эти области и сейчас мы понимаем, как это взаимодействие происходит. И очень важную роль опять играет пересоединение, здесь для Солнца, для магнитных полей важна не просто скорость, не поток энергии, а именно магнитное поле, потому что магнитные поля имеют возможность пересоединяться. Вот на этом рисунке это очень хорошо показано, вот это моделирование магнитосферы. Здесь стрелочка показывает направление межпланетного поля и направление скорости солнечного ветра. Вы видите, что магнитное поле, скорость меняется, это практически ничего не изменяет, а магнитное поле, даже маленькие его изменения, полностью дают изменения того, что происходит у нас внутри магнитосферы. Это кажется далеко, но это все доходит до Земли, создает магнитную бурю, создает полярное сияние, особенно этот нрав Солнца и влияние вот этих маленьких полей чувствуем находясь в северных областях Земли. Вообще для России это очень важно. Всего 2% энергии Солнечного ветра составляет магнитное поле, а контролирует оно примерно 90-95 % всего того, что происходит внутри, вот это хорошая эффективность. Вот здесь показана картинка полярных сияний, сейчас они должны включиться, как их видят, как их видят со спутника. Вы видите, постепенно, когда начинается сильная магнитная буря, начинает пылать все небо. В спокойные времена мы видим такие всполохи полярных сияний очень красивые, но в активные времена сияние заполняет как бы все небо, все над головой в полярных областях Земли. И это, в общем-то, опасно, потому что частицы, дающие эти свечения, они приносят… они втекают, в общем-то, почти над нашими головам, переносят сильные токи и эти токи могут создавать многие неприятности, о которых я немножко ниже скажу. Вот интересно, вы видели фотографии полярных сияний, но они всегда получаются такие немножко размазанные, потому что их форма очень быстро меняется и такой даже такой хорошей фототехникой их трудно определить. А оказалось, что основатель многих наук в России Михаил Ломоносов, он оказался еще одним из первых и очень глубоких исследователей полярных сияний. Вот вы видите гравюры, которые он нарисовал и здесь очень хорошо видны лучистые структуры, которые возникают в полярном сиянии, потому что потоки вещества, которые втекают, они как бы филаментируются ( от лат. filamentum - нить; образование нитей, нитевидных структур, прим. ред.) возникает не такая сплошная занавеска, она разбивается на струйки, которые очень хорошо видны глазом, но трудно зарегистрировать фотоаппаратом. И не надо думать, что полярное сияние это что-то такое, что происходит далеко на Севере и к нам здесь в Москве не имеет отношения. Часто во время сильных выбросов вещества на Солнце, сильных магнитных бурь, полярное сияние происходит и в Москве. Вот здесь заснято, вот есть эта картинка, их плохо видно просто из-за засветки неба, но наши студенты в Долгопрудном, в Московском Физико-техническом институте очень хорошо уже в пригороде Москвы сняли эти сияния. А это средневековая гравюра из Мюнхена, здесь показано полярное сияние над Мюнхеном, тоже видите, это явление вселяет страх. Пылает все небо и особенно, когда не понимаешь, что это такое. Само по себе сияние опасности не представляет, но представляют опасность те токи, которые связаны с ним. И здесь мы приходим к этому понятию «космическая погода», о котором я начинал говорить. Это некое такое практическое воплощение тех знаний, тех результатов, которые фундаментальные науки, о которых я говорил... Ну, давайте начнем с простой вещи. Еще много лет назад, замечательный российский ученый Александр Леонидович Чижевский заметил такую вещь. Я вам рассказывал о годичном 11-летнем цикле солнечной активности, он заметил, что, измеряя толщины годовых колец на деревьях, он сравнил число солнечных пятен с толщиной годовых колец и видите, получилась очень хорошая корреляция. Почему? Можно было только догадываться, потому что, что такое солнечный ветер, тогда не знали, само Солнце так вот по излучению, по тепловому излучению, оно светит примерно одинаково и, конечно, разницы в несколько раз дать не может. Причины были непонятные, он опубликовал об этом несколько статей, стал основателем таких двух наук – гелиобиологии, гелиоистории и он связывал с солнечной активностью очень много. С периодами активности солнечной он связывал периодичность психических расстройств, с 11-летним циклом связывал численность саранчи, численность эпидемических заболеваний. Конечно, многие результаты были часто статистические, он не понимал их причины и в общем-то он приобрел большие неприятности. У меня с собой здесь ротапринтовые книжки, он написал такую книгу «Физический фактор исторического процесса», где объяснил и революции, и народные восстания тоже, не так, как тогда учила философия марксистская, что созданием классовой борьбой, созданием условий… а процессами на Солнце. Он тут же был арестован и только уже в начале 50-х годов мог заняться, вернуться к науке, но он очень много угадал в отсутствие знаний о Солнечном ветре. Сейчас мы понимаем, что есть солнечный ветер, есть тот агент, который обеспечивает влияние Солнца на Землю. Если знать это, то не вызовет удивлений и вот этот рисунок, который я сейчас хочу показать. Это число магнитных бурь на Земле.
Магнитные бури – это сильное возмущение магнитного поля Земли. Когда у магнитного поля Земли текут сильные токи и число солнечных пятен, вот вы видите, здесь тоже появляется зависимость. Чем сильнее, чем больше пятен, тем больше выброс солнечного вещества происходит, тем чаще сжимается наш магнитный щит и тем более сильно возмущается магнитное поле Земли и тем чаще магнитные бури. А дальше понять это можно в рамках этой картинки, что именно солнечный ветер и вмороженное в него магнитное поле переносит вот эту информацию от Солнца, от Солнца к Земле. Т.е. между Солнцем и Землей не вакуум, а область, заполненная разреженной, но очень важной плазмой. Есть еще одно интересное наблюдение, я хотел… их очень много, я, естественно, не успею обо всех рассказать. Но этим я хотел поделиться.
Космические лучи. Я рассказывал о них в первой лекции, это очень ускоренные частицы, которые ускоряются, может быть, и на Солнце, и в других галактиках, которые приходят к Земле. Их интенсивность тоже оказалось сильно зависящей, практически обратно пропорциональной… В годы большого числа солнечных пятен, когда Солнце наиболее активное, число комических лучей, попадающих к нам из других Галактик, галактических космических лучей, оно падает. Вы видите, точная антикорреляция между ними. С чем это связанно? Солнечный ветер здесь действует как такой веник: приходят чужие частицы и сильный поток солнечного ветра в эти годы активного Солнца как бы выметает эти частицы наружу, они как бы не дают космическим лучам, галактическим космическим лучам попадать к Земле. Есть другое интересное наблюдение, космические лучи, они важны, их взаимодействие с атмосферой, я показывал это в самом начале первой лекции. Они могут явиться центрами образования капель дождя, т.е. центрами образования облаков. На этом рисунке показано, что зависимость облачности, меряется такой параметр, характеризующий облачность, как много облаков на небе. Он связывается с интенсивностью потока космических лучей, вы видите, здесь прямая корреляция. Чем больше облаков, тем больше осадков и, казалось, мы должны ожидать в такие годы наиболее хороших урожаев. Чем больше урожаев, тем меньше… урожай хлеба, например, тем меньше цена должна быть хлеба. Т.е. вот видите, прослеживается такая очень интересная цепочка, от каких-то частиц, которые приходят из других галактик, из нашей Галактики, с процессами на Солнце и с теми самыми простыми бытовыми вещами на Земле. Один мой хороший коллега Лев Пустильник, это ученый, раньше он работал в Новосибирске, сейчас он работает в Израиле. Он провел такой анализ: он стал исследовать сохранившиеся данные о ценах на хлеб. Самые хорошие данные он нашел в Англии. И он увидел тоже очень хорошую корреляция. Надеялся увидеть хорошую какую-то корреляцию числа Солнечных пятен с ценами на хлеб. И оказалось, совсем далеки вещи, а ему это почти удалось, но данные оказались очень шумными и ему трудно было выделить тенденцию, и тогда он подумал и сделал один очень интересный ход. Он рассмотрел не вообще все данные, где производился хлеб, а только данные монастырей. И там оказалась потрясающая, очень сильная корреляция. Вот она здесь показана. В других данных она гораздо хуже. Он долго думал, в чем дело. Оказалось очень простое объяснение. Он потом изучил законы английские того времени, оказалось, что монастыри были освобождены от уплаты налогов. Т.е. они в своих этих книгах приходов и расходов показывали точно то, что они произвели и то, что они продали. Все остальные, как это происходит и в наше время, немножко мухлевали, занижали количество произведенного, чтобы меньше платить налогов и тем самым чуть не испортили ему статистику, а вот по монастырским чистым данным он это получил. Т.е. вот видите, какая это удивительная связь между совершенно не связанными между собой событиями.
Вот полярное сияние, действительно красивейшее явление. Если кто-то из вас не видел его, я очень советую или в Норвегии его очень хорошо видно, ну вот не знаю, если доберетесь вы до Мурманска и Архангельска. Во всех северных странах, в Швеции, в Северной Швеции… Это действительно потрясает. Его трудно увидеть на картинке, его можно увидеть на картинке, но по-настоящему его надо увидеть раз в жизни на натуре. Пожалуй, это единственное такое приятное проявление вот этой солнечной активности. Все остальное довольно, в общем-то, сложно и создает много технических проблем. Ну, давайте посмотрим на этот сложный слайд. Какие эффекты солнечные события дают на Земле. Прежде всего они влияют на космонавтов. Когда вы находитесь далеко от Земли и вне влияния атмосферы, радиационные дозы зависят от того, как ведет себя Солнце. Влияет на функционирование спутников. У всех спутников есть солнечные панели. Если спуститься на этаж ниже, это влияет на дозы радиации, которые получают пилоты, особенно трансполярных сообщений. Влияет, как я вам только что сказал, и на грозовую активность, на облакообразование. Если спуститься пониже, то вот токи, которые вызывают частицы полярных сияний, которые текут у нас над головой, ну, не у нас, а в северных районах, в ионосфере бывают токи, которые текут в верхнем слое Земли и все длинные проводящие системы оказываются уязвимы. Вот это одно из таких довольно неприятных, особенно для России, последствий космической погоды: все длинные системы электропередач, нефтепроводы, железные дороги, они оказываются уязвимы, когда происходит сильное солнечное возмущение, через какое-то время происходит магнитная буря. На Земле наводятся сильные токи, и например, в Скандинавии, еще в начале, где в Северных районах сильно железнодорожное сообщение распространено, происходили аварии на стрелках, происходили аварии на нефтепроводах. Все длинные проводники являются таким объектом угрозы от солнечных возмущений. И происходит эта известная авария после мощной солнечной вспышки – Канада, перегорели все трансформаторы на линиях электросистемы, Канада осталась на несколько десятков часов без энергии. Ну, если вы думаете, что это абсолютно никого не касается, все это где-то в Канаде, на Севере, это касается и нас. Если мы возьмем обычный наш ноутбук, то все знают, что он иногда зависает, что-то с ним происходит и иногда это происходит не по причине каких-то ошибок программы, вирусов, а по причине того, что сбои, спонтанные сбои, могут тоже из-за космических лучей в компьютерах происходить. Примерно посчитано, что на нашем уровне, на уровне моря, это где-то раз в месяц, раза два в месяц такой сбой может произойти. Годы, когда Солнце не выметает космические лучи из солнечной системы, а чем выше мы идет, тем это происходит чаще, а на орбитах, где летают космонавты, это уже в принципе довольно серьезная опасность. И все, кто занимается исследованиями на спутниках, знают этот эффект, он называется по-английски «single event upset», очень часто это даже не приводит к выходу прибора в целом, а просто как бы сбивается передача, теряется информация. Все это очень неприятно. Вот здесь как раз показаны эти события, когда космические лучи, в данном случае солнечные, пробивают электронику, здесь с увеличением показано, что может произойти в микросхеме, как она выходит из строя. С этим надо бороться, особенно для тех космических аппаратов, с которыми связана и навигация и спасательные работы, это большая опасность. Т.е. космическую погоду надо предсказывать, научиться предсказывать, так же как мы имеем, умеем, с оговорками, конечно, предсказывать обычную погоду. Большая опасность здесь есть и для космонавтов на этих орбитах. Наши институты и академии наук дают прогнозы в Центр управления полетами, когда такие магнитоопасные дни, мы, конечно, стараемся, передаем эту информацию и какие-то работы за пределами станций, которая все-таки хорошо защищает, стараются не проводить.
И немножко в конце я хочу поговорить о влиянии космической погоды на спутниковые навигации. Я не знаю, у кого из вас, поднимите руки, у кого из вас есть эти навигаторы? Что, ни у кого нет? А кто знает, как они работают? Вы знаете, да? Нет, не пользоваться уметь, а принцип работы. Большинство не знает, полезно будет знать. Есть две навигационные системы. Это очень важное практическое применение космических аппаратов. Это действительно великая вещь, вы можете теперь в любом городе не заблудиться, но иногда эти навигаторы дают ошибку. Есть американские системы GPS и сейчас в России создается, кконцу этого года будет запущенна. Будет Российская система «Глонасс» и мы надеемся, к концу года будут все 24 аппарата этой системы фигурировать. Почему нужно так много аппаратов? Вот на этом слайде показано, но я не буду подробно объяснять, как работает такая система. Нам нужно понять, мы находимся здесь, вот в этой точке, мы должны точно определить ее координаты, ну и время, в которое мы производим наблюдение. Летают спутники, мы получаем с них сигналы. Они сами ничего не вычисляют. Все вычисляет маленький приемник у вас в руках. Они все передают, мы знаем точно их координаты, точное время и по времени распространения сигнала… Скорость света, скорость света мы знаем. Мы можем вычислить, написать такие уравнения для того, чтобы определить. Четыре уравнения с четырьмя неизвестными, для того, чтобы определить координаты и время нашего наблюдения, нужны четыре точки. Но проблема в том, что сигнал здесь распространяется не в вакууме, где скорость света точно известна, если бы это был вакуум, мы бы эту задачу решили, решили очень точно. Сигнал распространяется через атмосферу и ионосферу, они вносят довольно большое возмущение, особенно во время магнитных бурь. Они вносят большое возмущение в скорость распространение сигнала и все расчеты, которые были показаны на предыдущем слайде, они все могут дать ошибки. Вот на этом рисунке показано, сейчас я его запущу, как меняется плотность, он должен здесь двигаться, как меняется плотность ионосферы, вот здесь широта, а здесь долгота. Во время магнитной бури она меняется несколько раз и фазовые задержки сигнала от спутников, попадающие на Землю, тоже очень сильно, очень сильно меняются. Поэтому для понимания, для того, чтобы точно определить координаты, нам нужно хорошо понимать, как космическая погода на них влияет. Вот видно, что сравнить те приемники, которые используются сейчас, то погрешность, которую дает ионосфера во время магнитных бурь, даже может достигать несколько десятков метров. Сами понимаете, как это, если ваш навигатор метров на 50 вас уведет в сторону и ничего хорошего здесь не будет. А это может вполне быть и не потому, что он плохо работает, а, опять-таки, потому что произошла магнитная буря.
В своей лекции я, во-первых, хотел поблагодарить, мне помогали в разные годы многие мои коллеги из нашего института, из других институтов. Я хотел последние, может быть, такие соображения высказать. Вот главное, что я хотел вам показать в своей лекции, что космос – это не где-то далеко, это что-то чужое, враждебное. Он рядом и многие далекие звезды влияют на движение комет, которые могут попасть на Землю. Вспышки звезд нашей Галактики, иногда даже других, вспышки звезд дают космические лучи, которые могут определять, идет над нами дождь или нет. Т.е, действительно, была такая песня «Мы дети Галактики», я уж не помню, как она дальше поется, это действительно такое вот космическое сознание, чтобы понимать… Хотя мы живем на Земле, на удобной планете, как я в первой лекции вам говорил, она, в общем-то, не изолирована от влияния, особенно Солнца, от влияния еще более дальних космических объектов. И мне хочется в конце лекции вспомнить вот это понимание такого единства Земли и космоса, я сейчас говорю, его не я его придумал. Оно зародилось в нашей стране в начале 20 века. Возникла философия русского космизма, эти философы сейчас не публикуются, их можно прочитать, они довольно тяжело пишут, но вот эта идея, что Земля и космос неразделим, что действительно мы живем в какой-то большой системе, где Солнце и другие звезды как-то опосредованно влияют на нас, она казалась тогда общими словами, а сейчас мы начинаем понимать их механизм. И здесь мне хочется вспомнить и замечательного ученого Николая Федорова, и Александра Леонидовича Чижевского, о котором я сегодня много говорил, и академика Вернадского, он уже работал в советской эпохе, и, конечно, Циолковского, который говорил, что без космического сознания, осознания себя жителями Вселенной, нам не обойтись. Вот, наверное, это главное, что я хотел до вас в своей лекции донести, большое – уже окончательное – вам спасибо за внимание.
Вопрос: У меня вопрос следующий. Мы все пользуемся, точнее многие пользуются системой GPS и «Глонасс», как скоро «Глонасс» будет конкурировать с GPS системой? Спасибо.
Ответ: Вопрос хороший, действительно, многие, кто занимается космическими исследованиями так или иначе связанны с «Глонасс», с работами по системе «Глонасс». Академия наук отвечает за фундаментальное обеспечение работ по «Глонасс». Это довольно сложная, сложная система, она включает, прежде всего, вот я показывал вам уравнения, что в эти уравнения должны очень точные параметры войти, например, время на спутнике. Каждый спутник должен иметь свое точное локальное время, чтобы передача на Землю, чтобы все они были связанны. Для этого нужны очень точные часы, атомные часы, более точные часы сейчас готовятся на так называемых холодных атомах, и чем точнее мы определим время, тем точнее будет результат. Система «Глонасс» готовится, как я сказал, к концу 2010 года она должна полностью вступить в строй и будет 24 космических аппарата на орбите. Часть из них находится в резерве для того, чтобы одномоментно измерить ваши координаты нужно как минимум 4 спутника, но поскольку они движутся, нужно иметь запас. Будущее, мне кажется, не за одной системой «Глонасс» и вряд ли кто-то будет специально покупать чисто глонассовские приемники. Оказывается, что очень перспективно, чтобы бороться со всеми теми паразитными явлениями, влияниями излучений, приходящих от Солнца, выгодно иметь двухчастотные приемники, которые одновременно принимают и сигналы GPS, и «Глонасса». Если вы посмотрите на эту табличку, здесь возмущение от ионосферы, которое приходит, вот это показано при одночастотном приемнике, оно может достигать несколько десятков метров, а при двухчастотном приемнике, когда вы сравниваете результаты, пришедшие на разных частотах, как бы устраняете эти ошибки, оно в несколько раз падает. Т.е. будущее, мне кажется, вот за такими комбинированными системами. Проблема с «Глонассом» будет, конечно, в России упираться в производство таких двухчастотных приемников. Они должны быть достаточно дешевыми, достаточно конкурентноспособными – это вопрос уже производства. Но я думаю, что через несколько лет, особенно для практических применений, может быть, не для бытовых приемников, где очень важен вес, а для служб, для спасательных служб, для различных ведомств, будут использоваться приемники двухчастотные, которые одновременно принимают сигнал спутника GPS, «Глонасс» и, может быть, спутника «Галилео». Сейчас третий «Галилео» строится – третья система строится Европейским космическим агентством. Еще одна навигационная система для европейских стран. Почему каждая страна строит свою навигационную систему? Почему нельзя всем остаться только на GPS? Ну, наверно, тут не надо объяснять, всем здесь понятно. Здесь вопрос национального суверенитета и очень многие важные приложения для жизни государства связаны с навигацией, мы всегда должны иметь возможность быть... иметь такую автономную, чисто российскую систему. И так же наверно рассуждаю и европейские, и даже китайские коллеги, но в таких обычных условиях, так сказать, мирного времени, конечно, оптимально использованием многочастотного – сразу получать сигнал от нескольких, от всей группировки космических аппаратов, это очень сильно повышает точность.

Вопрос: Вы говорили, что Солнце может потухнуть, точнее, оно потухнет через много-много лет. Были какие-то проекты или идеи, как можно добавлять этот азот, кислород и там… я не знаю точно. Т.е. были ли какие либо проекты?
Ответ: Нет, пока у человечества другие задачи, вряд ли масштабы энергетики человеческой… Конечно, хочется спасти Солнце, я Вас понимаю. Как в сказке Чуковского, там чтобы крокодил его не съел, я разделяю Вашу позицию. Но, боюсь, что это не получится. Тут даже переселение на Марс не поможет, потому что Марс точно так же близко от Солнца, как Земля, на какое-то время это, конечно, будет удобней, но не спасет. Это освоение каких-то других, тех самых других планетных систем, о которых я говорил. Нам придется себе, человечеству, искать наверно какой-то другой дом через миллиард лет, но миллиард лет – это много. Человечество, человеческая цивилизация существует всего несколько сотен тысяч лет. Поэтому вы представляете, сколько у нас впереди времени, чтобы решить эту проблему. А сейчас для нас, я тогда уж отвечу, гораздо важнее другая проблема, это проблема климата на Земле. Потому что если сравнивать Землю с другими планетами, с Марсом и с Венерой, то интересное очень сравнение получается. Марс свою атмосферу потерял, магнитное поле потерял и на нем просто холодно и космическая радиация попадает на него. Венера, произошел другой эффект, у нее возник парниковый эффект очень сильный, испарились ее океаны и температура на поверхности Венеры достигает нескольких сотен градусов, т.е. почти давление под сотню, давление в 100 раз больше, чем на Земле, под сотню атмосфер. Все считали раньше фантасты, что Венера – сестра Земли, нам с такой сестрой горячей, в общем-то, тяжело. И важно, чтобы на Земле этого не произошло, потому что сейчас парниковый эффект есть на Земле. Но если он разгонится, начнет происходить то, что происходит на Венере и нам не поздоровится. И эта опасность, в общем-то, гораздо ближе и опаснее, чем потухание Солнца.

Вопрос: А это виновато Солнце или это из-за того, как мы относимся к нашей планете?
Ответ: Здесь ест много, много ответов на этот вопрос и пока ученые не договорились. Ясно, что повышение температуры очень сильно начало происходить в последние 20 – 30 лет. Видно, что изменениями на Солнце это не объяснишь. Значит, действительно повышается температура, здесь достаточно всего нескольких градусов: начинают таять ледники, повышается уровень мирового океана, а чем больше паров в атмосфере, тем больше парниковый эффект. Т.е. это такая неустойчивая картина. И одно из объяснений – это деятельность человека, другое объяснение – это такие естественные факторы. Вот как раз чтобы с этим разобраться, сейчас готовится новый космический эксперимент, чтобы действительно понять природу, откуда парниковые газы. Есть такое мнение, что очень много парниковых газов появляется, например, при гниении в болотах, очень большие болота в Сибири, так что это не обязательно какие-то выбросы заводов и фабрик. Нету пока конечного ответа на этот вопрос. Ну, человек как-то влияет, это естественно, он выбрасывает, но является ли это главным, пока не ясно.

Вопрос: У меня такой вопрос, а возможно ли переселение на спутник Юпитера, где нашли лед?
Ответ: К сожалению, вода там есть, но там есть другая проблема. Вот у Земли есть радиационные пояса, космические частицы, которые попадают к Земле, они как бы аккумулируются вокруг нее и создают радиационные пояса, куда стараются не попадать космонавты, потому что там большая доза радиации. У Юпитера гораздо более сильное магнитное поле и гораздо более мощные радиационные пояса у него. И как раз тот Спутник Юпитера – Европа, - о котором я говорил, он находится почти в самой гуще радиационных поясов Юпитера. Т.е. там очень большие дозы радиации. Нас это очень сильно беспокоит, вот я рассказывал о космическом эксперименте, полете туда, как наша электроника будет функционировать при такой сильной радиации, это большая проблема. Поэтому человеку, несмотря на то, что там, казалось бы, есть вода и можно было бы думать о том, как использовать эти спутники, будет очень-очень некомфортно, надо будет закапываться куда-то очень глубоко. Но жизнь там может быть, как мы знаем, какая-то другая жизнь. Какая-то органическая жизнь, т.е. она привыкла, даже вблизи Чернобыльского реактора находят какие-то выживающие там микробы и бактерии. Т.е. жизнь приспосабливается к очень разным факторам, но это не наш путь. Мы, наверно, не захотим приспосабливаться к такой высокой радиации.

Вопрос: Я хотел бы задать такой вопрос. А вот эта полоса, которая пригодна для жизни, можно искусственно создать планету из мусора того же самого, как-то вызвать этот взрыв?
Ответ: Хороший вопрос. Можно создать космическую станцию, можно создать космическую станцию, но что там делать космонавтам? Надо понять. Просто летать в этом поясе не очень интересно, наверно. А обсуждаются такие интересные проекты, но тоже так, с далекой-далекой перспективой. Потому что в некоторых астероидах, где очень много металла, в том числе и редкого металла, например, кобальта, запасы которого на Земле не велики… И обсуждаются такие проекты, пока в очень сослагательном плане, как вот вещество, ресурсы этих астероидов перерабатывать и получать оттуда редкие металлы. Обычное железо, наверно, нам вывозить не надо, но кобальт ванадий, вот такие металлы из астероидов привозить было бы интересно и для этого могут понадобиться такие станции, колонии вблизи астероидов. Поэтому человек должен быть в космосе для чего-то. Космос можно исследовать и лучше это делать с помощью автоматических средств, присутствие человека нужно, конечно, тогда, когда без него не обойтись. Космос очень враждебен к человеку, не надо здесь иллюзий иметь. Никогда мы не будем с космосом на «ТЫ», всегда это большая опасность. Но человек будет ее преодолевать, я думаю, вы еще увидите, когда человек вступит на Марс, но это будет трудная, долгая дорога.

Полный текст

Другие выпуски всего 425 выпусков

Выберите способ отображения список календарь темы
  • пн
  • вт
  • ср
  • чт
  • пт
  • сб
  • вс
  • 31
  • 01
  • 02
  • 03
  • 04
  • 05
  • 06
  • 07
  • 08
  • 09
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28
  • 29
  • 30
  • 01
  • 02
  • 03
  • 04
  • 05
  • 06
  • 07
  • 08
  • 09
  • 10
  • 11
  • пн
  • вт
  • ср
  • чт
  • пт
  • сб
  • вс
  • 28
  • 29
  • 30
  • 01
  • 02
  • 03
  • 04
  • 05
  • 06
  • 07
  • 08
  • 09
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28
  • 29
  • 30
  • 31
  • 01
  • 02
  • 03
  • 04
  • 05
  • 06
  • 07
  • 08

Смотрите также