На прошедшей в ФИАН международной конференции по физике Солнца, Стюарт Бэйл*, профессор Калифорнийского Университета, рассказал об уникальности проекта SPP, научных инструментах измерения электромагнитных полей в атмосфере Солнца и о том, каким образом ученые планируют получить революционные данные о природе нашей звезды.

На фото: Стюарт Бэйл, профессор физики, во время доклада в ФИАН

    Солнце – сердце нашей солнечной системы, источник жизни и одновременно потенциальная угроза для человечества. Понимание сложной физической природы Солнца и процессов, происходящих в нем, давно требует выйти за рамки наблюдений «издалека» и обощенных выводов. Однако до сегодняшнего дня сама идея создания аппарата, который способен был бы войти в атмосферу Солнца, казалась нереальной. Необходимо было разработать космический аппарат, который сможет провести сбор и отправку точных исследовательских данных и при этом «выжить» в экстремальных условиях атмосферы Солнца. Стоит ли говорить, что решение этой задачи требовало как революционных технических идей, так и гигантских финансовых затрат, сопоставимых с годовым оборотом небольшой страны.

На рисунке: Аппарат Solar Probe Plus

    Solar Probe Plus был задуман NASA как проект, объединяющий все сильные стороны прошлого опыта в области космических технологий и является частью глобальной программы НАСА «Living with the Star» («Жизнь со звездой»), цель которой собрать важную информацию о Солнце и его влиянии на Землю и деятельность человека. В рамках проекта создается космический зонд, способный приблизиться к Солнцу на максимально близкое расстояние и при этом оснащенный последними разработками в области специального исследовательского оборудования. Запуск аппарата состоится в период с 30 июля по 19 августа 2018 года, а историческая миссия его путешествия к Солнцу продлится около 7 лет. В ходе миссии Solar Probe Plus совершит 24 оборота вокруг Солнца, постепенно приближаясь к нему. Последние три оборота позволят Solar Probe Plus подойти к Солнцу на расстояние в 8,5 солнечных радиусов (6 миллионов километров), что в 7 раз ближе текущего рекорда, который был установлен еще в 1976 году космическим аппаратом «Гелиос-Б». В наибольшей точке сближения Solar Probe Plus пролетит мимо Солнца со скоростью примерно 200 км/с.

    Для того, чтобы аппарат выдержал условия высочайшей температуры и интенсивности излучения, его корпус будет защищен специальным экраном, разработанными для автоматической межпланетной станции MESSENGER, в 2011 году благополучно вышедшей на орбиту Меркурия. Данный защитный экран рассчитан на температуру до 2500 °F, что составляет 1400 °C. Кроме этого Solar Probe Plus будет оснащен активно охлаждаемыми солнечными батареями, мощными антеннами и комбинацией научных инструментов для достижения поставленных исследовательских целей.

    Инструментарий Solar Probe Plus включает в себя 5 направлений исследований, утвержденных в 2010 году NASA как наиболее приоритетные: Solar Wind Electrons Alphas and Protons (SWEAP) investigation – исследование протонов, электронов и ионов гелия в составе солнечного ветра; Wide-field Imager for Solar Probe Plus (WISPR) – аппарат, который должен будет сделать объемные 3D изображения солнечной короны; the Fields Experiment – прямые измерения электромагнитых полей, радиационных излучений и ударных волн в атмосфере Солнца; the Integrated Science Investigation of the Sun (ISIS) – исследование атмосферы Солнца с помощью масс спектрометра; the Heliospheric Origins with Solar Probe Plus – независимая оценка научной деятельности проекта.

    Стюарт Бэйл: «Solar Probe Plus – это, действительно, самый амбициозный проект NASA в истории изучения гелиофизики».

     А вот как прокомментировал выступление Стюарта Бэйли старший научный сотрудник лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН Шестов С.В.:

    «Solar Probe Plus призван ответить на критические вопросы гелиофизики, которые накапливались в научной среде десятилетиями и не имели решения без проведения практических исследований. Главные научные цели миссии – определить структуру и динамику магнитных полей в источниках солнечного ветра; проследить процессы, которые нагревают корону и влияют на ускорение солнечного ветра; изучить состав солнечной плазмы. Кроме того, ученые надеются приблизиться к пониманию природы солнечных аномалий, таких например, как температурная аномалия короны Солнца. В целом, пока сложно прогнозировать чем может закончится полет Solar Probe Plus к Солнцу, однако, несомненно, что данная миссия станет эпохальным событием в истории астрофизики и важным новым этапом в развитии гелиофизики»

Е. Барчугова, АНИ «ФИАН-информ»

    В своём интервью для АНИ ФИАН-Информ директор Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН) Владимир Дмитриевич  Кузнецов дал свою оценку состояния исследований в области физики Солнца и значения этих исследований для человечества.

============================

Владимир Дмитриевич Кузнецов, д.ф-м.н., лауреат Премии Правительства РФ в области науки и техники, действительный член Международной академии астронавтики (МАА) (International Academy of Astronautics), член Бюро Международного научного совета по солнечно-земной физике (СКОСТЕП) (SCOSTEP — Scientific Committee on Solar-Terrestrial Physics), председатель секции «Геомагнетизм и аэрономия» Национального Геофизического Комитета, член Бюро НГК,  руководитель секции «Физика Солнца» Совета РАН по космосу и «Координационного научно-технического совета» (КНТС) Федерального космического агентства и РАН, автор более 200 научных публикаций.

============================

    Владимир Дмитриевич, какие проблемы являются наиболее актуальными для вашего института сегодня?

    Наш институт занимается исследованиями в области физики Солнца и Земли. Это значит, что нас интересует вся цепочка процессов, идущих от Солнца до Земли. Исследования земного магнетизма - главное направление интересов нашего института. Мы регистрируем магнитные бури, а также формируем прогнозы состояния геомагнитного поля Земли, которые передаются в разные организации, в частности, на телевидение.

    Сейчас появилось понятие «космическая погода» – это то, что одновременно влияет и на Землю и на околоземное пространство, в котором летают космические аппараты. По этой причине наши космические проекты направлены сейчас не только на то, чтобы изучать Солнце, но и исследовать его влияние на Землю.

    Сегодня мы в большой степени зависим от технических систем. Раньше, когда только появился телеграф, человечество очень слабо зависело от космической погоды, разве что наблюдало её в виде полярных сияний. Сегодня, когда появились развитые каналы связи, линии электропередач, космические системы и т.д., наша зависимость от солнечного влияния возросла многократно. Известны случаи, когда солнечные вспышки и связанная с ними повышенная радиация около Земли приводили к выходу из строя некоторых спутников. Поэтому наши интересы в исследованиях космической погоды понятны и Роскосмосу, и другим ведомствам, в том числе занимающимся эксплуатацией наземного оборудования и систем управления.  

    В целом, космическая погода – это междисциплинарная область, в которой очень много взято из других областей науки. Здесь и ядерная физика, и физика плазмы, и радиофизика, и гидродинамика, и спектроскопия. То, что мы изучаем, не является моно-наукой, а является очень широкой областью знания, в исследовании которой задействовано много других отечественных и международных организаций. Но в основе нашей деятельности лежит, конечно, физика Солнца. Мы пытаемся понять, как работает Солнце, как оно устроено.

    Широкая аудитория мало знает о Солнце, ей известно, например, что на Солнце – пятна, протуберанцы, в остальном, образно говоря, это – terra incognita…

На фото: Космический  портрет Солнца Источник: Российский центр данных обсерватории SDO – sdo.lebedev.ru

    Основной особенностью Солнца является солнечный цикл, который имеет и разный период, и разную амплитуду. Сейчас идёт 24-й цикл активности, уровень активности в котором можно охарактеризовать как очень низкий. Среднее число Вольфа (показатель, отражающий число пятен и групп пятен на Солнце) в максимуме этого цикла был около 65. Это в 2 раза меньше максимума предыдущего, 23-го цикла. Число Вольфа тогда было около 125.

    В целом, столь низкая активность необычна для Солнца, но она не является рекордной. Исторически зафиксированы и более глубокие спады, например, маундеровский минимум (1645 – 1710 гг.), когда на Солнце, практически, вообще не было пятен. На Земле он совпал с планетарным похолоданием. Ретроспективный анализ, с глубиной 1000 лет, показывает, что подобных минимумов за этот период было пять. В эти периоды солнечная активность либо совсем исчезала, либо была крайне мала, но важно лишь то, что во все эти периоды наблюдалось планетарное похолодание – ледниковый период.

    Естественно задать вопрос, может ли это повториться. Есть подозрения, что да, и что мы находимся на пороге великого минимума солнечной активности – очередного ледникового периода.

    Мы имели длительный минимум активности при переходе от 23-го к 24-му циклу. Кстати, никто не угадал, что это будет длиться три года. Сегодня есть некоторые соображения, что и 25-й цикл будет очень низкий. Это всё должно сказываться на климате Земли. Сейчас мы уже наблюдаем очень много снега, дождей - три года подряд. Вопрос, а что дальше, если будет такой минимум?

     Тогда можно ли утверждать, что наблюдаемые нами погодные аномалии связаны именно с влиянием Солнца?

    Прямой связи нет, но есть косвенные механизмы. Например, космические лучи. Известно, что Солнце «выметает» галактические космические лучи, которые, вторгаясь в атмосферу, влияют на облачность и на альбедо нашей планеты. (От лат. albus — белый, — характеристика отражательной способности поверхности). А чем выше альбедо, чем больше солнечного света отражается от атмосферы обратно, тем ниже средняя температура. Если на Солнце сильна активность, космические лучи выметаются из солнечной системы, а если слабая, то проходят внутрь. Таким способом солнечная активность может влиять на облакообразование.

    Сегодняшняя задача – научиться предсказывать поведение Солнца, изучить и научиться прогнозировать то, что нас ждёт. Этого пока сделать не удаётся. Много делается прогнозов относительно солнечных циклов. Все они совершенно разные, и кто-то обязательно угадывает, но это свидетельствует лишь о том, что однозначного ответа пока быть не может. И потом ведь на Солнце иногда происходят некие экстремальные события. За всё время наблюдений было несколько таких событий, самое известное из которых – каррингтоновская вспышка (1859 г.), после которой полярные сияния, фактически перестали быть полярными - они наблюдались по всей Земле. Если бы на Земле тогда существовала развитая техносфера, то последствия были бы весьма тяжелыми.

    Есть такая книжка, из фантастики, – «Вспышка». В ней описан случай, когда в период низкой солнечной активности земляне построили огромную аппаратную инфраструктуру, но потом Солнце активизировалось и всё оборудование начало перегорать. Сейчас это приближается к нашей реальности. Например, в Квебеке 13-14 марта 1989 г. уже была техногенная катастрофа, когда на 9 часов была отключена электроэнергия, а на атомном предприятии  перегорел трансформатор.

    Можно сравнить условия таких грандиозных событий как в Квебеке в 1989 г., с мощнейшей электромагнитной бурей 1921 года, когда магнитное поле по скорости нарастания в 10 раз превышало то, которое было в Квебеке. Оба эти события произошли во время относительно слабых солнечных циклов, ниже среднего по амплитуде. Но результат события 1921 г. не идёт ни в какое сравнение с событием 1989 г., т.к. тогда на планете не было такой инфраструктуры как в 1989 г.

    Вообще, складывается впечатление, что у солнечных циклов есть какая-то своя энергетика. Когда образуется мало активных зон, солнечных пятен, энергетика цикла остаётся как бы не реализованной. Но может наступить момент, когда  эта энергия выплёскивается в виде отдельного грандиозного события. Сейчас мы имеем именно такой низкий цикл - ниже среднего - и не исключено, что аналогичное событие может произойти и сейчас.

    У американцев в настоящее время вся территория картографирована, составлены карты риска электростанций по отношению к геомагнитным возмущениям. Всего, по их оценкам, этим рискам у них подвержены 365 станций. Есть отдельные карты с указанием различной вероятности аварий. В США даже внесён проект закона о защите электросетей от геомагнитных возмущений. У них это уже рассматривается как стратегическая проблема, связанная с национальной безопасностью.

    Недавние события с российскими спутниками вызвали новый интерес к этой отрасли…

   Проблема работы спутников во всех странах стоит достаточно остро. Бывают такие периоды, когда магнитосфера Земли сжимается до 5 радиусов планеты (обычно на солнечной стороне она составляет 10 радиусов). В этот момент все спутники на геостационарных орбитах оказываются в открытом, незащищённом, пространстве, и это создаёт глобальную угрозу выхода из строя всех группировок. Когда было квебекское событие, американская группировка – прообраз GPS – была дезорганизована вся. Часть спутников была просто утеряна, почти все спутники изменили орбиты, и их потом находили и переустанавливали.

    Когда от солнечного облучения атмосфера Земли «разбухает», низколетящие спутники начинают тормозиться и  менять орбиты. Именно поэтому когда-то упала американская станция Skylab, - из-за того, что не рассчитали солнечную активность, не учли эффект "разбухания"  атмосферы. Станция начала быстрее сваливаться с орбиты, и, поскольку за оставшееся время не успевали забросить для неё топливо, она упала. Это, кстати,  - не единичный случай. Поэтому у нас в ИЗМИРАНе есть центр, который делает прогнозы для Роскосмоса и Центра управления полётами (ЦУП). Кроме того, я являюсь экспертом от РАН в рабочих органах ООН, где есть специальная группа по долгосрочному прогнозу устойчивости космической деятельности. Группа занимается, в том числе, космической погодой.

    Конечно, со временем положение с защитой земных систем будет усложняться, т.к.  техника развивается, становится более сложной и мощной. Солнце ещё 5 млрд. лет будет демонстрировать такую же активность, стабильно меняющуюся от цикла к циклу, с периодом около 200 лет будут происходить аномальные понижения активности. Нам лишь остаётся научиться предсказывать поведение Солнца, чтобы знать, что нас ждёт в будущем.

       Как в этом контексте выглядит наш ГЛОНАСС?

    ГЛОНАСС выглядит как и GPS. Возмущенная во время магнитных бурь ионосфера рассеивает навигационный сигнал, ухудшая точность позиционирования, что в ряде случаев может быть критичным. В отдельных регионах земного шара ошибка в позиционировании может достигать ста метров. У нас нет статистики выхода из строя спутников из-за космической погоды, но и экстремальных событий давно не было. Последнее экстремальное событие было в 2003 году, когда магнитная буря продолжалась почти неделю. Это бывает очень редко, обычно буря длится несколько часов, или максимум сутки. Американцы тогда сообщали о сбоях и нарушениях по своим спутникам

    Что вы можете сказать о программах, где ваш институт участвует совместно ФИАН?

    Я бы назвал проект Интергелиозонд. Это – проект, который предложил ИЗМИРАН, и сейчас мы его делаем совместно с Институтом космических исследований РАН (ИКИ РАН), который является головным. Это очень большой проект, и кооперация у нас идёт ещё со времён программы КОРОНАС, когда было три аппарата – КОРОНАС-И, КОРОНАС-Ф и КОРОНАС-ФОТОН. Буквы обозначали следующее: «И» – ИЗМИРАН, «Ф» – ФИАН. Но потом ФИАН передал руководство по КОРОНАС-Ф ИЗМИРАНу.

    Это была кооперация, где участвовало много институтов – ИЗМИРАН, ФИАН, Физтех, Институт космических исследований РАН (ИКИ РАН), Институт прикладной геофизики (ФГБУ ИПГ), МИФИ, МГУ в лице НИИЯФ. Многие приборы делались на условиях международной кооперации с Польшей, Францией, США, Великобританией, Бельгией.

    Все подобные большие проекты делаются сейчас в условиях международной кооперации, чтобы использовать новые, передовые технологии, иначе новых результатов не будет.

    В нескольких словах - о проблеме переполюсовки Земли…

    Переполюсовок было много, кто-то называет 14, кто-то – больше. Это, по крайней мере, то, что  зарегистрировано наукой. Последняя переполюсовка была 780 тыс. лет назад. Переполюсовки Земли происходят совершенно случайным образом. Были такие, которые происходили с интервалами в десятки тыс. лет, последняя происходила через интервал в 780 тыс. лет. То есть у переполюсовок Земли нет никакой закономерности, в отличие от смены полюсов на Солнце, которые происходят каждые 11 лет.

    Процесс переполюсовки занимает от 3 до 10 тыс. лет. Если на Земле сейчас началась переполюсовка, то наше поколение её не заметит. Хотя в настоящий момент наблюдения показывают, что магнитный диполь планеты уменьшается. В нормальном состоянии у планеты два магнитных полюса – северный и южный, и когда такая переполюсовка возникает, в магнитном поле Земли появляются дополнительные полюса. При переполюсовке магнитное поле Земли не исчезает до нуля, потому что есть определённые неоднородности, есть аномальные зоны, не связанные с глубинным механизмом, определяющим общую конфигурацию магнитного диполя Земли. Эти неоднородности в коре и создают условия, при которых магнитное поле никогда не исчезает. То есть, при переполюсовке магнитный щит Земли никогда не исчезает полностью. Если через несколько сот тысяч лет количество полюсов начнёт увеличиваться, это и будет признаком, что смена полюсов уже идёт.

    Каких сюрпризов с климатом нам следует ожидать в будущем?

    Климат, конечно же, зависит от солнечной активности, потому что в долгосрочной перспективе само Солнце изменяется, и, соответственно, изменяется климат на Земле. Климат не может не зависеть от Солнца. Надо расшифровать эту зависимость, тем более что идёт спор, что сильнее влияет на климат – антропогенные загрязнения или солнечная активность. Работали группы учёных, были огромные доклады, но все точки зрения подвергаются сомнению, и всё это пока не имеет конца, т.к. слишком много факторов влияет на климат, и многого во всей этой цепочке мы пока ещё не знаем.

    Сейчас есть реконструкции с использованием проб льда, извлечённого в Антарктиде. На льду оседало всё, что циркулировало в атмосфере разных эпох, по нему можно оценить и состояние атмосферы, и активность Солнца в прошлом. Но на эти образцы сильно влияли состояния магнитного поля, которые менее известны. Поэтому в моделях, создаваемых по пробам льда следует учитывать модели магнитных полей, существовавших и тысячи, и десятки тысяч, и миллионы лет назад.

    Как можно было бы сформулировать сегодняшнюю стратегию исследований Солнца концептуально?

    Солнце – типичная звезда, и то, что мы можем детально наблюдать на Солнце, мы пока не можем наблюдать на звёздах, а это – огромное многообразие явлений: конвекция, динамо, вспышки, выбросы энергии. Солнце - это кусочек Вселенной, находящийся рядом с нами, и всё, что мы наблюдаем на нём, мы можем экстраполировать на то, что происходит на других звёздах. Это – стратегический аспект наших исследований.

В.А. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»

Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН (ФИАН) является одним из ведущих мировых центров в области физики Солнца. В институте ведутся как теоретические, так и экспериментальные исследования, а также реализуется ряд космических проектов – российских и международных. С 1957 года (запуск Спутника-2) по настоящее время в ФИАН было создано около 30 отдельных приборов и комплексов солнечных инструментов, которые работали за пределами атмосферы Земли на борту искусственных спутников Земли и геофизических ракет. Последним заметным успехом института стал проект ТЕСИС (TESIS) – комплекс космических телескопов для исследования Солнца, который около года успешно работал на борту российского спутника Коронас-Фотон (Coronas-Photon). Ответить на вопросы ФИАН-Информ дал любезное согласие главный научный сотрудник Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН, доктор физ.-мат. наук Сергей Александрович Богачев.

    Сергей Александрович, кратко, – о наиболее актуальных задачах в работе солнечной лаборатории ФИАНа…

   Около 8 лет назад Роскосмосом и Российской академией наук была утверждена программа по запуску научных приборов на малых космических аппаратах (всего было предусмотрено 5 таких спутников), один из которых «отдали» ФИАНу. Это, действительно, небольшой спутник, размером примерно с письменный стол, на котором может быть размещено оборудование с весом до 50-100 кг. Подобная программа давно существует в НАСА и называется SMEX (Small Explorer). Кто работает по физике Солнца, знают, по крайней мере, 3 очень известные солнечные космические обсерватории этого проекта – TRACE (Transition Region and Coronal Explorer), RHESSI (Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager) и IRIS (Interface Region Imaging Spectrograph). Последний был запущен менее года назад. Это спутники очень известные, и кто-то, возможно, подумает, что это большие космические аппараты, однако, это маленькие спутники, которые дают весьма успешные результаты – сотни статей по каждому прибору.

    Вот и у нас в стране появилась такая программа и, как я сказал, на одном из её спутников аппаратуру разместит ФИАН.

    Какие новинки будут использованы в этом проекте?

    Для этой программы мы в ФИАНе предложили уникальный для нашей страны прибор – так называемый телескоп-лупа. Обычно, при работе солнечной обсерватории наблюдается полный солнечный диск, который фотографируется с помощью так называемой ПЗС матрицы. Поскольку число ячеек на ПЗС матрице ограничено, то, поделив размер Солнца на число ячеек, можно получить максимальное пространственное разрешение, которое может быть достигнуто таким способом.  Сейчас, в частности, на Солнце наблюдают детали размером около 500 километров – такую точность, например, дает новейшая солнечная обсерватория НАСА СДО. Наш телескоп будет наблюдать не всё Солнце, а, примерно, 1/4 часть солнечного диска. А кроме этого, в конструкции телескопа мы планируем использовать ПЗС матрицу размером более 6000 х 6000 пикселей (такого размера матрицы для работы с Солнцем в космосе ещё не летали). Все это в совокупности позволит нам наблюдать на Солнце детали размерами порядка 100 км.

    Эта идея не является фантастической, что, в частности, демонстрируется следующим фактом. Год назад ФИАН участвовал в проекте НАСА Hi-C Rocket, где запускался не спутник, а геофизическая ракета с научным прибором. Так вот, данный научный прибор был построен по такой же концепции, хотя и имел ПЗС меньшего размера, и он дал около 100 фотографий Солнца с разрешением около 150 км. По этим данным уже вышла статья в «Nature», а в течение года уже вышло 6 статей в «Astrophysics Journal» – ведущем журнале по астрофизике. То есть видно, что современная оптика и электроника позволяют добиваться таких точностей, а также видно, что интерес к таким наблюдениям – колоссальный. Хочу отметить особо, что мы делаем не ракету – мы делаем спутник, который сможет получить до миллиона фотографий.

    Какие проблемы приходится решать в связи с внедрением этих разработок?

    Сложностей с финансированием в настоящее время нет. Проект сейчас, за два года до окончания договора, профинансирован приблизительно на 78 % от полной стоимости прибора. В целом эта сумма позволяет произвести закупки, заключить контракты с соисполнителями, а также профинансировать собственные работы. Единственное, над чем приходится думать, это как организовать работы после 2015 года. Дело в том, что в 2015 году заканчивается текущая Федеральная космическая программа (ФКП), и принимается новая. Соответственно, приходится уже сейчас озадачиваться вопросом о правильной организации работ по проекту после 2015 года. Дело в том, что особенностью данной разработки является то, что прибор делается опережающими темпами по отношению к изготовлению космической платформы. Соответственно, для нас очень важно, чтобы наш контрагент, НПО им. С.А. Лавочкина, в рамках новой ФКП сделал для нас платформу, либо чтобы Роскосмос нашел для нашей аппаратуры иную возможность для запуска. В целом, я не думаю, чтобы прибор стоимостью около 150 миллионов с уникальными характеристиками, позволили положить на полку. Но некоторое беспокойство по поводу того, как будет решен вопрос с его запуском, естественно присутствует.

    Частично это волнение связано не только с прибором, но и с физикой Солнца вообще. Дело в том, что в Федеральной космической программе других солнечных обсерваторий со сроком запуска до 2020 года просто нет. Поэтому давит некоторая ответственность за то, чтобы сохранить это направление для страны и суметь все эти вопросы по запуску своевременно решить.

    В случае успеха, как будет выглядеть план реализации проекта?

   Планы у нас следующие. В этом году мы должны будем выпустить технологические образцы научной аппаратуры для космической обсерватории. Это – образцы, аналогичные лётному экземпляру в части электроники и управления, но некоторых критических узлов в них нет: например, зеркал, тонких фильтров и т.п. Они там просто не нужны, но по электронике это довольно точная копия лётного прибора.

    В 2015 году мы должны поставить лётную аппаратуру. Соответственно, мы надеемся, что к 2017 году будет готова платформа, и состоится запуск. С ним мы связываем большие надежды. 

    Какие ещё проекты с вашим участием сегодня можно считать актуальными?

   Мы работаем по многим направлениям, например, есть предложение по участию в проектах Международной космической станции (МКС). Очень важный для нас проект – Интергелиозонд, единственным недостатком которого я бы отметил очень удаленный срок запуска – ждать его придется не менее 10 лет. Но вот этот проект – АРКА – я считаю революционным. Если мы преодолеем технические и политические сложности и запустим обсерваторию, то это будет очень большим движением вперед – для нас, для института, для физики Солнца, да и для репутации науки в России, в целом.

    Почему в науке о Солнце сегодня стремятся добиться высокого разрешения и  почему тот проект, который вы делали с американцами, столь важен? 

   Многие процессы на Солнце, такие как нагрев солнечной короны, ускорение солнечного ветра и прочее, пока не имеют объяснения. Считается, что это оттого, что мы просто не способны разглядеть их причины – они лежат не в крупномасштабной физике Солнца, а в неких микропроцессах. Согласно этому представлению, на Солнце помимо крупной активности – главным образом, вспышек, – есть непрерывно работающие механизмы мелкомасштабной активности. Как полагают, они происходят на масштабе 100 – 150 км. Если наблюдать Солнце с таким разрешением, то можно получить возможность не просто теоретизировать, а прямо видеть эти микрособытия. Если это удастся, то тот миллион изображений, который мы получим и предоставим научной общественности, позволит очень сильно расширить границы наших знаний. Пусть это громко звучит, но мы хотим заложить экспериментальные основы новой физики Солнца.

    Есть мнение, что при достаточно мощных вспышках на Солнце могут выйти из строя до 80 % спутников на орбите Земли, что грозит коллапсом наземным системам управления…

    Научное наблюдение вспышек ведётся всего лет 20, т.е., когда говорят о самой большой вспышке в истории, то эта история – всего 20 лет. Существуют исторические сведения о более мощных событиях, в частности много говорят о вспышке Керрингтона в 1859 году, но надо понимать, что это событие не было калибровано, т.е. нельзя сказать, насколько оно было мощнее современных событий. За последние 20 лет на Солнце супервспышек, которые привели бы к техногенной катастрофе планетарного масштаба, не происходило. Про прошлое же мы знаем очень мало. Надо понимать, что и история электричества и спутников очень короткая, поэтому достоверных исторических сведений в этой области просто не может быть. Единственным источником знаний сейчас, пожалуй, является геология.

    В целом же здесь нет консенсуса, каждый учёный занимает свою позицию. Можно сказать, что Солнце – звезда карлик и супервспышки производить не может, а можно сказать, что нам просто пока везет.

     Но пока у нас нет программ, учитывающих подобные катастрофы?

   Дело в том, что от этого нельзя защититься. Сейчас многие говорят об астероидной опасности. Но за метеоритами можно наблюдать, а дальше что? От метеорита защититься невозможно, если он летит, – от него не спасёшься. Все высказывания насчёт подрыва метеоритов ядерными зарядами красивы на бумаге, но очень сильно оторваны от реальных технических возможностей.

   Одна крупная солнечная вспышка – это энергия, равная той, которую человечество потребляет за миллион лет. Конечно, не вся она доходит до Земли, но все равно энергетика космической погоды огромна. И чтобы этому противостоять, нужна энергия сравнимая с этим количеством. А такой энергии мы выработать единовременно не можем. Сейчас задачи ставятся более скромные – научиться давать прогноз с хорошей точностью Это задача очень важная и для систем связи и для пилотируемой космонавтики. Решим ее – можно будет двигаться дальше.

    Вероятно, здесь речь может идти лишь о каких-то программах восстановления после таких катастроф…

   Единственное реальное, что можно сделать, – это отключать земные системы на период вспышки. Уверяю, что если у вас мобильный телефон лежит на столе, то никакая магнитная буря ему не страшна. А вот компьютер, включенный в сеть, может быть, теоретически, поврежден. Другими словами воздействие идет не на приборы, а на сети. Поэтому, если сети на время вспышки обесточивать, то они не пострадают. Труднее со спутниками, – их отключить невозможно.

    А прямое воздействие солнечной радиации на приборы спутников?

   Солнце, помимо тепла и света, является источником жестких излучений и тяжелых частиц, которые по своему воздействию на технику и живые организмы сравнимы с воздействием атомных взрывов. От излучений Солнца биологические объекты на Земле не страдают, потому что эти излучения поглощаются атмосферой. Часто говорят, что щитом является магнитное поле Земли. Это так, но этот щит отклоняет только частицы (они потом высыпаются у полюсов), а жесткое излучение блокируется именно атмосферой на высоте около 30 км. Тем не менее, можно вообразить всплески такой силы, что они полностью ионизуют атмосферу Земли, либо будут иметь такой жесткий спектр, что он проникнет до поверхности. Я, тем не менее, не верю, что звезды солнечного типа способны на такие события, но есть и другие точки зрения на этот счет.

В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»

    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.

На фото: активная область, спустя несколько минут после вспышки. Источник: http://www.uksolphys.org/uksp-nugget/35-decayless-coronal-loop-oscillations-seen-by-sdoaia/

    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}

    В рамках прошедшей на базе ФИАНа международной конференции по физике Солнца «Солнце активное и спокойное – 2013» был представлен доклад Сержа Кучми: «Спикулы, джеты и полярные перья: происхождение и динамика» (Spicules, jets and polar plumes: origin and dynamics). В эксклюзивном интервью для ФИАН-Информ проф. Кучми ответил на ряд вопросов, некоторые из которых приводятся ниже.

    Серж Кучми – доктор наук, почетный директор по науке Парижского института астрофизики (CNRS). Участвовал в наблюдениях 20 солнечных затмений, автор более 460 работ по физике Солнца, в том числе 7 книг. Награждён медалью Главкосмоса СССР (1982), медалью Французского центра космических исследований (CNES, 1983), медалью им. Ж.Жансена Французской академии наук (1993), премии им. Жансена Французского астрономического общества (1998). Поддерживает постоянные научные связи с Россией, США, Японией, Китаем.

     Что нового прозвучало в вашем докладе для аудитории конференции?

    Перед физикой Солнца уже давно стоит ряд проблем, которые все еще не имеют решения. Это, в частности, проблема происхождения солнечного ветра, а также механизма нагрева солнечной короны, почему вообще она существует? Механизм нагрева пока точно не определен, хотя есть намёки на то, что это связано с диссипацией электрических токов, что здесь участвуют различные типы магнитных волн. Раньше эти вопросы рассматривались в рамках МГД (магнитогидродинамики), а такой подход сильно ограничивает понимание физики плазмы, которая существует в солнечной короне. Сейчас имеются хорошие наблюдения на аппаратуре с высоким разрешением, не только пространственным, спектральным, но и временным. И, поскольку мы рассматриваем динамическую картину, то оценивать её с позиции только МГД становится трудновато, нужно вернуться к физике плазмы. Вот я сегодня и показывал, что есть динамические явления, которые теоретики не ввели ещё в область рассмотрения. Например, в солнечных вспышках можно наблюдать явление кручения,  напоминающее торнадо. Торнадо в атмосфере Землисвязаны с образованием смеси пыли и воздуха, которая закручивается, образуя смерчи. При этом происходят электрические разряды статического электричества облаков на поверхность земли. В плазме роль такой смеси выполняют лёгкие и тяжёлые частицы, - электроны и атомы. Однако плазма – электрически нейтральна.

    Иными словами, законы развития вихревых процессов в солнечной короне совпадают с законами развития земных торнадо?

    Да, хотя о земных торнадо тоже не всё известно. Я знаю, что в этих исследованиях очень трудно проводить какие-либо эксперименты. Кажется, были попытки проводить измерения потенциалов между землёй и облачными образованиями. Для случая же солнечной короны теоретики ещё не вывели даже законодательной базы; все это пока – новое. Причём с этими процессами мы встречаемсяне только во вспышках, но и в мелкомасштабных явлениях, таких как солнечные спикулы. Особенно хорошо эти процессы видны при использовании видеосъёмки.

      Ваши исследования – это часть какой-то большой программы во Франции?

    Эти исследования нельзя проводить силами только одной Франции, это возможно только в рамках международного сотрудничества. Это одна из причин, почему я приехал в Москву. Мы сотрудничаем с ФИАН давно, ещё со времени Игоря Житника, поскольку у вас в институте проводятся интересные исследования по рентгеновской спектроскопии и по ряду других направлений. В области спектроскопии Солнца ФИАНовская группа всегда была особенно сильна. Но и теперь проводятся успешные эксперименты, например, КОРОНАС и ещё ряд проектов.

    В последние 25 лет в Европе запустили очень серьёзные космические эксперименты, например, миссию СОХО. В дело включились японцы, а также, особенно в последнее десятилетие, и США. У них была начата громадная программа, которая называлась  Life with a Star – Жизнь со звездой. Имеется ввиду, конечно, Солнце. В последнее время в США очень бурно развивается гелиофизика. Был запущен проект, который называется Space Wheather - Космическая погода. Лет 15 назад, я хорошо помню, они оценивали эту программу в 10 млрд. долл. Благодаря этому проекту было реализовано 4 или 5 миссий, которые включают не только Солнце, но и геофизические исследования. Однако эти программы уже заканчиваются, и задача новой миссии – приблизиться к Солнцу. На расстояниях от Земли до Солнца уже практически всё получено, накоплено, теперь надо к Солнцу подходить поближе.

    Назовите наиболее актуальный французский или европейский проект, от которого можно ожидать новых важных результатов.

    Разумеется, миссия Solar Orbiter. Планируется приблизиться к Солнцу, используя гравитацию Венеры. Сроки реализации достаточно большие, ведь нужно около 5 лет, чтобы приблизиться к Солнцу на расстояние, примерно в 40-60 его радиусов. В этом эксперименте придётся решать множество не только научных, но и технических задач, связанных с  необходимостью защиты аппаратуры от солнечной радиации. Кстати, у нас на юге Франции есть т. наз. Большая солнечная печь – испытательный комплекс, на котором проводятся эксперименты с термическим ударом под вакуумом. Здесь имитируют условия солнечного воздействия на аппаратуру и материалы.

    Сейчас мы имеем очень много экспериментов с получением видеоизображений процессов на Солнце, но результатов спектроскопии недостаточно. В ближайшее время будет большая потребность в прогнозах по спектроскопии. Есть проблема коронографов, мало коронографов белого цвета. Единственный коронограф, который работает – на миссии СОХО, правда, ему уже лет 20. Поэтому нужно думать о новых инструментах с использованием современных технологий, которые позволят получать более интересные результаты.

В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»

    Мало какое из небесных тел может похвастаться столь пристальным вниманием человечества, как Солнце. И все-таки, ученые до сих пор так и не смогли до конца разгадать причины появления одного из наиболее загадочных явлений – вспышек на Солнце.. Разгадать – значит не только понять физику исследуемого явления, но и уметь предсказывать появление вспышек и их мощность, а, следовательно, и последствия для Земли. В работах по моделированию солнечных вспышек ученые ФИАН совместно с коллегами из Института астрономии РАН (ИНАСАН) приблизились к решению одной из важнейших для человечества проблем.

    Пожалуй, Солнце является одним из самых притягательных для исследования объектов. Столь пристальное внимание естественно, ведь влияние солнечной активности на Землю очень велико.

    Поясняет ведущий научный сотрудник лаборатории физики Солнца и космических лучей ФИАН А.И. Подгорный: «Солнечная вспышка представляет собой сложное физическое явление. Энергия вспышки высвобождается сразу несколькими путями: это и нагрев плазмы до высоких температур и формирование рентгеновского излучения, и образование так называемых солнечных космических лучей – релятивистских протонов с энергией до 20 ГэВ. Важным проявлением вспышки являются также выбросы вещества, масса которых достигает 10¹⁶ грамм, а скорость – 1000 км /c. Корональный выброс, достигая орбиты Земли, вызывает возмущение магнитосферы нашей планеты – возникают магнитные бури и полярные сияния, нарушается радиосвязь, происходят аварии в системах энергоснабжения. Долговременный прогноз этих явлений требует понимания процессов, происходящих на Солнце.»

Наибольший интерес для исследования представляют наиболее мощные вспышки класса Х, при которых мощность излучения, приходящегося на 1 см² Земли, достигает 0,1 эрг/с и выше. Ученые, однако, так до сих пор и не могут сказать, какие же условия необходимы для возникновения крупных вспышек, не говоря уже о возможности их предсказания.

    А.И. Подгорный: «Наша цель – понять механизм солнечной вспышки, понять, что ей предшествует и что происходит на Солнце непосредственно во время вспышки.

    В основном, в настоящее время ученые решают эту задачу «от обратного», т.е. на основании той или иной теории строится модель вспышечного процесса, а затем путем наблюдений оценивается ее соответствие реальной ситуации. Мы же пытаемся моделировать механизм солнечной вспышки, не делая никаких предварительных предположений, только исходя из наблюдений. Это позволяет нам изучать реальный механизм вспышки»

    Необходимо понять каким образом происходит накопление энергии для вспышки. В настоящее время обсуждается несколько основных возможных механизмов вспышек:

– рассмотренная советским ученым С. И. Сыроватским возможность накопления энергии в магнитном поле так называемого токового слоя;

– образование и выброс магнитного жгута;

– мощный импульсный разряд – пинч;

– аннигиляция сильно скрученных линий магнитного поля.

    Совместная группа ученых ФИАН и ИНАСАН предложила свою модель, в основе которой лежит механизм пересоединения магнитных линий, а также идеи С.И. Сыроватского о медленном накоплении энергии в токовом слое до некоего критического значения с последующим взрывным высвобождением. Численное моделирование показало, что вспышка происходит не на поверхности Солнца, а в токовом слое, расположенном в короне. В ходе наблюдений, а также моделирования предвспышечных и вспышечных процессов, удалось выявить закономерность между величиной магнитного поля активной области и возможностью возникновения вспышки класса Х: величина магнитного потока активной области должна перейти пороговое значение в 10²² Мкс. Однако, анализ магнитных потоков в мощных активных областях показывает, что это условие является необходимым, но не достаточным. Магнитный поток активной области может превзойти 10²² Мкс, но большая вспышка так и не произойдет.

    В результате дальнейшего моделирования было показано, что еще одним необходимым условием возникновения больших вспышек является сложное распределение магнитного поля в активной области. Локальные источники магнитных полей разной направленности должны быть расположены хаотично. Только в этом случае в короне Солнца может образоваться токовый слой, в магнитном поле которого запасается энергия для будущей вспышки. Благоприятным фактором для вспышки является также сильный градиент магнитного поля поперек линии инверсии полярности магнитного поля. На последнее условие еще в 1982 г. указывал советский исследователь В.Е. Степанов.

    Однако, самый неожиданный результат наблюдения солнечной активности был получен при анализе магнитного поля активной области во время вспышки.

    Профессор И.М. Подгорный, ведущий научный сотрудник ИНАСАН: «Благодаря запуску космической обсерватории НАСА (SDO) в 2010 году, мы получили прекрасную возможность анализа изменений магнитных потоков и конфигурации магнитного поля активных областей на протяжении всего вспышечного процесса – от зарождения до самой вспышки – с 45-секундным интервалом регистрации данных. Попытки обнаружить изменения магнитного поля привели к потрясающим результатам: вспышка происходит, при этом выделяется колоссальная энергия, а на солнечной поверхности – тишина, поле остается без изменений!»

    По мнению, исследовательской группы ФИАН-ИНАСАН, обнаруженное явление еще раз подтверждает, что энерговыделение вспышки происходит высоко в короне, т. е. нет никаких оснований считать вспышку хромосферным событием. При этом во вспышке реализуется энергия, накопленная в короне на стадии, предшествующей вспышке.

    Впереди еще предстоит серия экспериментов по численному моделированию солнечных вспышек с учетом различных начальных параметров. Эти эксперименты должны  подтвердить уже полученные на сегодняшний день результаты, а также могут выявить новые закономерности и еще больше приблизить ученых к пониманию механизма возникновения солнечных вспышек. А это, в свою очередь, даст человечеству возможность предсказания вспышек и возможности по предотвращению последствий от их нежелательного воздействия.

    А.И. Подгорный: «Наши сегодняшние исследования направлены на детальное изучение механизма солнечной вспышки, что даст возможность с достаточно хорошей вероятностью предсказать, будет ли вспышка в течение нескольких суток или нет, а также оценить какова ее предполагаемая мощность. Конечно, это весьма ценно для науки, но не только.

    Для чего еще это нужно? Во-первых, в результате возникающего выброса, если, конечно, он идет к Земле, возникает магнитная суббуря. При этом меняются магнитные поля, в том числе и на поверхности Земли. Для человека они большого вреда не приносят, но могут привести к выводу из строя технику. Сильное радиоизлучение в дециметровом диапазоне, которое также сопровождает вспышку, оказывает большое влияние на навигационные приборы. Поэтому, важно заранее предсказать возможность такого события, чтобы избежать катастроф. Еще одно немаловажное проявление вспышки – рентгеновское облучение и его воздействие на состояние атмосферы Земли. Возможность прогноза потоков жесткого излучения в первую очередь важна для космонавтов, а также для тех, кто работает в полярных условиях, где защита озонового слоя намного ниже.

    Уметь предсказывать космическую угрозу, которая хотя и не столь разрушительна как падение больших метеоритов, но носит повседневный характер, позволит разработать эффективные меры противодействия ей. А это одно из важнейших условий продолжения нормальной жизни на Земле.»

Е. Любченко, АНИ «ФИАН-Информ»

Недавно появилось сообщение о запуске американской солнечной обсерватории IRIS. О значении и особенностях этого проекта, о российских «солнечных» перспективах корреспонденту ФИАН-Информ рассказал ведущий научный сотрудник лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН, д.ф.-м.н. Сергей Александрович Богачев.

Космический аппарат IRIS

    История исследований Солнца имеет довольно-таки длительную и насыщенную историю. Каждый новый виток развития науки и техники неизменно ознаменовывался новым всплеском интереса к нашему светилу, рождением новых теорий и исследований. Однако, это не особенно приблизило человечество к пониманию процессов, происходящих на Солнце, законов его жизни. На сегодняшний день постоянному, можно сказать, неусыпному наблюдению за Солнцем посвящена значительная доля всех космических программ и аппаратов. В научном, да и не только, мире хорошо известны такие крупные солнечные обсерватории, как SDO, STEREO, TRACE (все принадлежат НАСА), SOHO (Европа), Хинодо (Япония)… И вот теперь запущена еще одна специализированная солнечная лаборатория IRIS. Зачем так много?

    С.А. Богачев: «Каждый из известных аппаратов отличается от предыдущих по своим задачам, оснащению. Например, SOHO обладает уникальным прибором – коронографом, – которого больше нет ни на одной станции. Так и IRIS отличается от всех известных на сегодняшний день обсерваторий. Чем интересен этот проект?

    Во-первых, это так называемый малый космический аппарат (МКА). Есть большие обсерватории, крупные, в т.ч. и у НАСА, которые у всех на слуху, их разработка, функционирование и исследования на них – результат коллективного творчества международных групп ученых, в т.ч. и российских. А есть малые аппараты, размером, условно скажем, с письменный стол, на которые помещается только один прибор. Такой подход значительно удешевляет и облегчает процесс вывода аппарата на орбиту, его контроль.

    Во-вторых, этот аппарат, в отличие от уже имеющихся обсерваторий, не строит изображения Солнца, а измеряет его спектр. Причем этот спектр строится с очень хорошим угловым разрешением, примерно 0,3 угловых секунды. Чтобы было понятно, что скрывается за этим значением, представьте, что Вы можете рассмотреть во всех деталях, с надписями и эмблемами, копеечную монету с расстояния около километра. И это примерно в 2 раза выше, чем существующие рекордные значения.»

    Недаром сами авторы IRIS сравнивают исследования, запланированные для проведения на нем, с исследованиями под микроскопом.

    Когда ученые проводят исследования Солнца посредством телескопов, например, SDO, они могут наблюдать структуру и ее изменения, какую-то временнýю динамику на поверхности. Но, используя те же самые изображения, нельзя ответить на вопросы «Какова плотность плазмы в этом месте?» или «Какая температура плазмы в этой точке на Солнце?». Запущенный аппарат как раз и призван закрыть этот пробел.

    С.А. Богачев: «Что такое спектр? Это когда поток излучения из одной и той же области измеряется сразу в нескольких спектральных линиях. Каждая спектральная линия по-разному откликается на температуру. Некоторые линии, скажем, ярче при температуре в миллион градусов, другие – при 100 тыс. градусов. И когда Вы смотрите спектр, анализируете интенсивность излучения разных линий, то делаете вывод, что в этом месте температура плазмы составляет, например, миллион градусов. Точно также есть линии, чувствительные к плотности вещества и позволяющие определять эту характеристику. Таким образом, спектры, в отличие от изображений, дают возможность производить диагностику плазмы, т.е. определять ее физические параметры – плотность, температуру и другие»

    Важность новой обсерватории состоит не столько в способности исследовать спектральные характеристики Солнца, спектрографы выводились для исследований на орбиту и раньше, а в его рекордной по нынешним оценкам чувствительности, в высоких значениях углового разрешения.

    Значимость подобных высокоточных исследований в исследовании Солнца очень велика. В настоящее время доминирующей в солнечной физике является теория, согласно которой основная вспышечная энергия Солнца содержится не в крупных событиях, которые привлекают всеобщее внимание, а в огромном количестве мелких вспышек. Каждая из них настолько слаба, что мы ее просто не видим, но из суммарная энергия в сотни и тысячи раз превышает энергию крупномасштабной вспышечной активности. Поэтому сейчас и стремятся выводить на орбиту очень точные инструменты, чтобы проникнуть в этот солнечный микромир.

Научная аппаратура Арка – эскизный облик

    Не отстает от зарубежных коллег и российская наука. В России также существует программа МКА. Интересное совпадение, но в то самое время, когда НАСА выводило на орбиту IRIS, ученые ФИАН представили к защите эскизный проект на научную аппаратуру «Арка» для отечественного малого космического аппарата.

    С.А. Богачев: «Малый аппарат с прибором ФИАН «Арка» включен в федеральную космическую программу. Во второй половине этого года, после того как результаты эскизного проектирования будут утверждены Роскосмосом, мы переходим в стадию разработки конструкторской документации, а уже с будущего года начнем делать первые макеты. К 2015 году космический аппарат с нашим прибором должен выйти на орбиту.

    Хотелось бы отметить, что если IRIS имеет угловое разрешение в 10 раз лучше, чем SOHO, то телескопы, разрабатываемые нами, будут еще в 3 раза лучше, чем IRIS. И еще, что очень важно, IRIS, хотя и имеет рекордное угловое разрешение, но не строит изображение Солнца, а «видит» лишь очень маленький фрагмент его поверхности, который попадает в щель спектрометра. Прибор же, который создает ФИАН, это полноценный телескоп, способный проводить обзор всего солнечного диска.»

    Исследования Солнца чрезвычайно важны не только для развития физики Солнца, но и для науки в целом. Солнце не зря называют естественной научной лабораторией. Понимание процессов, протекающих здесь, поможет ученым глубже проникнуть во многие тайны нашего мира.

Солнце глазами космической обсерватории SDO. Аппаратура Арка позволят получить в 6 раз более детальное изображение

    С.А. Богачев: «Очень долго считалось, что ответы на все ключевые вопросы солнечной физики – механизм нагрева короны, источники энергии солнечных вспышек и прочее – хранятся в макромире Солнца. А вот сейчас оказалось, что – нет. Мы просто не могли ответить на многие вопросы, потому, что ключи к ним спрятаны на каком-то более мелком масштабе, в микромире. Поэтому сейчас пошел второй виток физики Солнца, когда пытаются глубже проникнуть во все более тонкие процессы, пытаются увидеть все более быстрые процессы на Солнце. И наш аппарат Арка будет очень сильным подспорьем в этих исследованиях.

    Солнце – самая близкая к нам звезда, объект, который рядом, объект, от которого мы очень зависим. Конечно, чем больше мы о нем знаем, тем лучше…»

Е.Любченко, АНИ «ФИАН-Информ»