Валерий Накаряков: Мы на пороге глобальной революции в физике Солнца
На проходившей в ФИАНе международной конференции по физике Солнца «Солнце активное и спокойное» с докладом «Незатухающие низкоамплитудные изгибные колебания корональных петель»*) выступил прибывший в Москву проф. В.М.Накаряков (Ворвикский Университет, Великобритания) – Президент Отделения Физики Солнца Европейского Физического Общества (European Solar Physics Division). В перерыве работы конференции Валерий Михайлович любезно согласился ответить на вопросы АНИ «ФИАН-Информ».
Какую основную идею вы выделили бы в теме вашего доклада на конференции?
Доклад был посвящён МГД (магнито-гидро-динамической) сейсмологии солнечной короны, развитию новых методов диагностики космической плазмы посредством наблюдений МГД-волн, которые стали возможными в последние 10-15 лет. Благодаря использованию изображающих телескопов высокой точности, удалось, наконец, разрешить эти колебательные процессы, как в пространстве, так и во времени.
В своём докладе я рассказывал об изгибных волнах, – пожалуй, наиболее изученном виде колебаний в солнечной короне, которые впервые были зарегистрированы еще в 1998 г. с помощью американского телескопа TRACE. С тех пор вышло уже несколько сотен публикаций по наблюдениям таких волн и их теоретическому моделированию.
Изгибные колебания – это смещения магнитной трубки как целого относительно ее оси, подобные колебаниям струны на гитаре. Разрешая эти колебания во времени и пространстве, мы измеряем длину волны, период колебаний, и достаточно часто можем определить распределение амплитуды вдоль осциллирующей петли. Эти колебания изучаются в основном в интересах МГД сейсмологии – нового метода диагностики плазмы посредством МГД волн. Например, по наблюдениям волн была осуществлена оценка магнитного поля в короне, что явилось результатом принципиальной важности для понимания эволюции плазмы в этой области атмосферы Солнца.
В этот же период велась довольно интенсивная международная дискуссия по проблеме наблюдаемого быстрого затухания изгибных колебаний, которые только называются колебаниями, на самом же деле это некие волновые пакеты, в которых амплитуды колебаний резко увеличиваются и спадают за 3-4-5 периодов колебаний.
В последние несколько лет образовался некий консенсус: затухание этих колебаний стали ассоциировать с резонансным поглощением, т.е. с трансформацией этих колебаний в ненаблюдаемые альвеновские движения внутри магнитных петель. Однако, оставался некоторый дискомфорт, потому что мы видели только половину истории – то, как энергия уходит из этих колебаний. Но не видели вторую половину, – как эти альвеновские колебания возбуждаются.
Сейчас ситуация стала ещё сложнее, а, стало быть, ещё интереснее, потому что в 2013 г. были открыты незатухающие колебания петель, иными словами, – новый режим. Незатухающие колебания, как правило, имеют совсем маленькую амплитуду – на пределе разрешения. Речь идёт о смещении петли максимум на радиус, т.е. – на пределе разрешения телескопа. Поскольку это наблюдается в разных местах вдоль петли, то статистическое усреднение даёт нам полную уверенность в физической природе этих колебаний. Разные петли с разными длинами, с разными характерными частотами, осциллируют с разными периодами и разными фазами. Всё это позволяет исключить инструментальную, искусственную природу этих колебаний.
Эти наблюдения создали массу вопросов. Прежде всего, абсолютно непонятно, что возбуждает эти колебания. То ли это хаотические движения на поверхности Солнца, – грануляция, то ли отрыв альвеновских вихрей в корону. Какого-то единого мнения по этим вопросам пока нет и в ближайшее время не предвидится, по крайней мере, до тех пор, пока у нас нет инструмента с более высоким пространственным разрешением. Речь может идти о проекте АРКА ФИАНовской группы С. Кузина.
В вашем докладе демонстрировались очень эффектные фотографии явлений на Солнце. Каким образом они были получены?
Это – инструмент AIA (Atmospheric Imaging Assembly) обсерватории SDO (Solar Dynamics Observatory). Это телескоп, который работает на геостационарной точке (над Мексикой) и ведет наблюдения в крайнем ультрафиолетовом диапазоне. Этот инструмент по параметрам примерно в 2-3 раза превосходит ФИАНовский ТЕСИС, который стоял на спутнике КОРОНАС-ФОТОН. И эта разница в пространственном разрешении является определяющей.
Для широкой аудитории хотелось бы узнать, в какой степени наблюдаемые сегодня климатические аномалии на Земле зависят от процессов на Солнце?
Этот вопрос для меня в большей степени политический, чем научный. Хотя собственного сформулированного мнения по этому вопросу нет, т.к. мой научный интерес связан с короткопериодическими процессами, но радикальное политизирование этого вопроса, заметное по прессе, и Нобелевская премия, выданная по этой проблеме несколько лет назад, заставляют подозревать, что не всё там столь однозначно. Я не отношу себя к тем, кого на Западе называют «денайеры» - те, кто отрицает антропогенную природу изменений климата Земли. Я, прежде всего, считаю, что климат на Земле меняется постоянно. Но какую роль играет антропогенный фактор в этом процессе, сегодняшние исследования однозначного ответа, скорее всего, дать не могут. Нужно продолжать исследования, нужно больше данных, особенно – в свете известных скандалов, связанных с фальсификациями данных (- то, что на Западе получило название Climategate). Однако, если данные и были сфальсифицированы, это ещё не доказывает, что утверждения неверны. Это говорит лишь о том, что нужны более тщательные наблюдения. Особенно, если учесть, какие гигантские ресурсы были вложены в доказательство антропогенной природы изменения климата. Очевидно, если столь же большие ресурсы вложить в доказательство того, что влияет именно Солнце, можно получить не менее убедительные результаты.
На данный момент я не могу сказать, что стою на той или иной позиции. Но мне ужасно не нравится ситуация с политизированием этой проблемы.
Можем ли мы сегодня говорить, что любые деньги, которые вкладываются в эти исследования, могут окупиться за счёт полученного экономического эффекта?
Физика Солнца – это уникальное направление, ведь Солнце определяет всё то, что происходит на Земле. Рассуждая философски, можно сказать, что понимая Солнце, мы можем понять всё, что происходит на Земле. Это – ближайшая звезда.
Несмотря на то, что Солнце – достаточно скучная для астрономов звезда, её роль слишком важна, она слишком близко от нас находится. Не только с точки зрения изменений климата, но и с практической точки зрения, исследование процессов на Солнце имеет прямой экономический выход. Когда-то называлась цифра – около 20 млрд. долл. – сумма прямых ежегодных коммерческих потерь от экстремальных явлений космической погоды. За этим стоят проблемы космической связи, систем и спутников навигации GPS, ГЛОНАСС и т.п. Можно упомянуть пример, когда во время Олимпиады в Лондоне, организаторы очень опасались того, что может быть солнечная вспышка, из-за которой прервётся трансляция эстафеты 4 по 100, которую будут смотреть несколько миллиардов зрителей на планете. То есть, если смотреть на эти вещи с точки зрения науки, то события на Солнце выглядят достаточно буднично, а вот с точки зрения социально-экономической, всё это достаточно важно.
Можно сказать, что деньги, вкладываемые в физику Солнца, – ничтожны на фоне тех гигантских последствий на Земле и в ближнем космосе, которые порождают события на Солнце. 152 года назад была первая научно зафиксированная солнечная вспышка, открытая Ричардом Каррингтоном («Событие Каррингтона»). Уже тогда ее последствия зафиксировали не только ученые, но и обычные обыватели. С тех пор вспышек такой мощности не было. Если же такая вспышка шарахнет в наше время, то мы – земляне – рискуем потерять до 80% спутникового флота, – то, что сейчас находится в космосе, будет поджарено или уничтожено иным образом. Для нашей цивилизации последствия будут катастрофическими. Чтобы этого избежать, нужно развивать необходимые системы защиты - механические, электронные. В этом смысле финансовые вложения в физику Солнца, безусловно, окупаются как с точки зрения фундаментальных знаний, так и с позиции утилитарной. Это – и климат, и космическая погода, и оборудование, и устойчивость связи в космосе, и наведённое электричество, вызывающее перенапряжения в ЛЭП.
И ещё. Физика Солнца – это физика плазмы, а плазма – это 99 % наблюдаемой Вселенной, поэтому с фундаментальной точки зрения наше понимание того, что во Вселенной происходит, невозможно без понимания плазменных процессов.
Солнце – это природная лаборатория плазмы, где мы можем наблюдать плазму с совершенно фантастическими сочетаниями параметров, - таких, каких в обычных лабораторных условиях получить либо невозможно, либо стоит бешеных денег. Например, одно включение токамака JET в Великобритании стоит около 50 тыс. фунтов. Это только электричество и расходные материалы. А Солнце светит и денег не требует. Для физики Солнца нужны лишь достаточно дешёвые наблюдательные средства – телескопы наземные и космические – мелочи по сравнению с глобальным результатом от их использования. Иными словами, Солнце способно давать нам уникальную фундаментальную информацию о четвёртом состоянии вещества – плазме.
Как Вы оцениваете роль учёных ФИАНа в исследованиях Солнца, ведь они уже давно перешагнули национальные рамки?
Я взаимодействую с группой С. Кузина и С. Богачёва. Они работают на мировом уровне, знают, что делают и делают это очень хорошо. Я надеюсь на продолжение сотрудничества.
Достаточны ли те перспективы, которые связывают с запуском упомянутого на конференции космического аппарата или нужно что-то большее?
Большее нужно всегда. Если учёные хотят получить больше денег, то это всегда оправданно. Телескоп ТЕСИС обладал мировым уровнем. В период его функционирования, к сожалению, сложилось так, что на Солнце не было ничего интересного, был минимум активности. А если бы ТЕСИС функционировал сейчас, то результаты были бы очень серьёзными. И, тем не менее, этот проект был абсолютно успешным, абсолютно на мировом уровне. Сейчас нет никаких сомнений, что те инструменты, которые ФИАН планирует поставить на Интергелиозонд, а также проект АРКА, принесут прорывные результаты.
В каком состоянии находятся мировые, в первую очередь европейские, программы?
Принято считать, что физика Солнца в Европе и Америке, с точки зрения финансирования, чувствует себя великолепно. Это не совсем так. Действительно, у нас была целая серия успешных запусков, и несколько проектов продолжают работать, в частности, SDO и STEREO (оба – США), японский аппарат «Хинодэ». Однако средств не хватает сейчас не на сами проекты, а на обработку их результатов. Это обычная ситуация, когда государство инвестирует только в сам проект, но не вкладывается в использование его данных.
Если говорить о будущем, то сейчас Европа окончательно определилась со своим приоритетным проектом – это Solar Orbiter, представляющий собой некий аналог Интергелиозонда. Solar Orbiter стартует раньше, чем Интергелиозонд, однако будет дольше выходить на рабочую орбиту. Научный инструментарий Solar Orbiter способен дать революционные изменения в понимании того, что происходит в атмосфере Солнца, в короне, в солнечно-земных связях.
Японцы сейчас сосредоточены на Solar-C – перспективном проекте, который как бы повторяет их предыдущий спутник «Хинодэ», но на более высоком уровне. Здесь будет достигнуто принципиально более высокое разрешение, а также будут вестись наблюдения в новом спектральном диапазоне. Из негативных новостей: японцы отключают радиогелиогеограф в Нобеяме, который долгое время был одним из основных наземных источников информации о Солнце. Однако в России идут работы по модификации Сибирского солнечного телескопа около Иркутска, который будет способен возместить эту утрату.
Китайцы получили первое изображение на китайском спектральном радиогелиогеографе.
У нас пару месяцев назад по этим делам проводилась конференция, и было видно, что финансирование проекта очень хорошо обеспечено, благодаря чему работа идёт успешно.
В США строится ATST (Advanced Technology Solar Telescope). Это – солнечный оптический телескоп нового поколения, который позволит получать изображения в видимом диапазоне.
В Чили – международный проект ALMA, это – радиоинтерферометр, который часть своего наблюдательного времени будет тратить на Солнце. Эта работа будет вестись в терагерцовом диапазоне частот, который является новым для физики Солнца.
Сейчас есть европейская научная программа по радиофизике Солнца, в ней задействовано несколько европейских институтов (в России это Пулково и Иркутск), и китайская Национальная астрономическая обсерватория. Это будет 4-летний проект. В рамках этой программы уже прошла первая конференция RadioSun, которую провели во Внутренней Монголии. Следующая конференция будет в Польше, в конце мая 2014 г., а затем, вероятно, в Иркутске, и может быть в Чехии.
В целом, у меня есть ощущение, что мы находимся на пороге революционных изменений в физике Солнца.
В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»
________________________________
*) Decay-less low-amplitude kink oscillations of coronal loops К тексту
