Артем Анатольевич Абунин руководитель Центра прогнозов космической погоды ИЗМИРАН, старший научный сотрудник отдела космических лучей, к. ф.-м. н.Как рождаются магнитные бури?
Космическая погода определяется активностью Солнца. На этой большой звезде периодически возникают различные процессы: выбросы солнечной плазмы, потоки солнечного ветра из корональных дыр и др. Влияние этих источников возмущения могут достигать Земли, а скорости таких возмущений могут превышать 3000 км/с. Плазма — замагниченное вещество, а Земля имеет магнитное поле, которое является естественным щитом по отражению различного воздействия извне. И когда плазма от Солнца приходит к Земле, то, конечно, она начинает деформировать магнитное поле Земли, а также оказывать влияние на атмосферу, ионосферу и т. д. Происходит затекание вещества в околоземное космическое пространство, и возникают различные токи частиц в радиационных поясах Земли. Эти изменения могут проходить достаточно резко, создавая различные эффекты как в околоземном космическом пространстве, так и на поверхности Земли. К таким эффектам можно отнести всем известные полярные сияния.
Сейчас мы как раз идем к максимуму цикла солнечной активности. А значит, в ближайшие годы мы будем регистрировать все больше мощных солнечных вспышек, а также интенсивных геомагнитных бурь. Ближайшие периоды возмущения магнитного поля Земли придутся на 11–13 и на 17–21 марта.
Как космическая погода влияет на жизнь землян?Особое влияние космическая погода оказывает на околоземное космическое пространство, где располагаются различные космические объекты: магнитосферу, верхнюю атмосферу и ионосферу. Высокоэнергичные частицы способны выводить из строя космические аппараты путем «сжигания» элементной базы наведенными токами. В основном это касается космических аппаратов, которые располагаются на геостационарной орбите (~36 000 км). Если это спутники, отвечающие за связь или телевидение, мы можем их потерять, будет нарушена связь, и какая-то важная информация не дойдет до точки назначения. То есть самое сильное влияние происходит на объекты, которые находятся в околоземном космическом пространстве. Это грозит отключением связи и денежными потерями из-за повреждения спутников и пр.
Следующий момент, который тоже хорошо изучен, — это влияние солнечной активности на верхнюю атмосферу, вплоть до 1000–1200 км. Когда регистрируются геомагнитные бури и мощные вспышки на Солнце, то происходит разогрев нашей атмосферы. Она начинает увеличиваться, и все спутники на этих высотах, включая МКС, оказываются в более плотных слоях атмосферы, а значит, испытывают более сильное аэродинамическое торможение. Есть огромное количество примеров схода со своих орбит различных космических объектов и, как следствие, их выход из строя. Такие космические объекты превращаются в космический мусор и чаще всего сгорают в атмосфере. Но есть примеры, когда космические объекты не полностью сгорали — например, орбитальная станция «Мир». Когда была кампания по ее затоплению, станция весила около 140 тонн, а в итоге не сгорело 40 тонн. Она была затоплена в океане, а могла бы упасть на любую территорию, включая города.
Актуальное В космосе обнаружили планету-ад Археологи нашли пещеру, в которую первобытные люди приходили в течение 50 000 лет Новый материал позволит сделать предметы невидимыми
Фото: NASAПриведу еще один яркий пример, о котором написано много книг и диссертаций. Это Skylab — первая и единственная национальная орбитальная станция США. Она была запущена в 1973 году, но, к сожалению, погибла в 1979 году. Из-за высокой солнечной активности станция испытала сильнейшее аэродинамическое торможение, но у нее не было двигателей, внутренней тяги, которой сейчас оснащены большинство космических аппаратов, — только так можно изменить траекторию и поднять спутник выше. А она запускалась иначе. Коррекция высоты орбитальной станции осуществлялась за счет пристыкованных космических кораблей «Аполлон». Из-за аэродинамического торможения она постепенно спускалась, и ее опять поднимали с помощью тех же «Аполлонов». Но в 1979 году не успели запустить «Аполлон», чтобы поднять ее выше, и станция просто сгорела в атмосфере. Это самые яркие моменты косвенного влияния космической погоды на человека.
Если магнитное поле меняется достаточно сильно, то могут возникнуть индуцированные токи в различных протяженных объектах инфраструктуры, которые находятся на Земле. Это прежде всего железнодорожные линии — они хорошие проводники. Бывает, что в рельсах возникают токи, которые причиняют людям много проблем. Это доказано, и есть соответствующие научные статьи, включая исследования группы ученых из ИЗМИРАН, которые проводились с 2000 по 2005 год на Горьковской (Северной) железной дороге. В течение пяти лет во время сильных геомагнитных бурь там самопроизвольно включались и отключались семафоры. То есть машинист едет по рельсам, видит, что горит зеленый свет, думает, что путь свободен, а на самом деле это не так. Были и обратные ситуации, когда на путях горел семафор красным цветом, а на самом деле там была пустая железная дорога. Семафоры за счет наведенных токов выходили из строя и иногда давали ложную информацию. Это очень опасно: поезда могут столкнуться. Сотрудниками нашего центра была проведена большая работа, в которой эти эффекты были отмечены и объяснены.
Расскажу еще один случай. 13 марта 1989 года была зарегистрирована сильнейшая геомагнитная буря. Это привело к разрушению обмоток трансформаторов на Квебекской электростанции. Электростанция вышла из строя, и вся провинция Квебек в Канаде оказалась без электричества. На девять часов люди остались без света и воды, встало производство, пострадали промышленный и гражданский секторы. Ущерб для Канады составил несколько миллиардов долларов. Такой пример негативного воздействия космической погоды подтверждает важность уметь ее прогнозировать и парировать ее влияние.
Наше здоровье во власти СолнцаЧеловек также подвержен вредному воздействию в космосе. Во время солнечных вспышек могут генерироваться высокоэнергичные частицы — солнечные космические лучи. При попадании в этот поток частиц можно получить относительно приличную дозу радиации. Это возможно и на Земле — например, во время частых трансполярных перелетов, где заметно слабее магнитные поля. К примеру, из Москвы в Нью-Йорк. Одной из причин раннего выхода пилотов самолетов на пенсию является угроза здоровью из-за влияния космических факторов. Потоки солнечных и галактических космических лучей несут в себе колоссальную энергию.
Еще пару слов о том, как космическая погода может влиять на здоровье людей. Центр прогнозов космической погоды ИЗМИРАН совместно с Московской медицинской академией имени И. М. Сеченова и Щелковской районной больницей №1 проводил исследование о том, как влияет космическая погода на пациентов, которые страдают ишемической болезнью сердца. Был получен патент и полностью прописана методика, как нужно себя вести, чтобы избежать осложнений по время геомагнитных бурь. Космическая погода влияет на кровь, ведь в ней есть железо, а значит, мы чувствительны к изменениям магнитного поля. Встречается даже такая медицинская практика: очень сложные операции некоторые хирурги стараются не проводить во время сильных геомагнитных возмущений.
Подробнее о том, как именно космическая погода влияет на здоровье людей, мы расскажем в следующем материале.
Солнце — космический убийца ЗемлиВспышки на Солнце продолжаются без остановки с начала февраля, и ученые ожидают новых
Свежие комментарии