Сегодня разные специалисты сходятся во мнении: климат нашей планеты из года в год меняется*, а в будущем грозит существенное потепление**. Объясняют и причины: одни связывают их с антропогенным воздействием на окружающую среду, другие - с космосом, прежде всего с поведением Солнца. Естественно возникает вопрос: следует ли человечеству принимать какие-либо решения типа Киотского протокола (1997 г.)? О позиции РАН в этом отношении в газете "Индустрия" рассказал директор Института космических исследований (ИКИ) РАН, член-корреспондент РАН Лев Зеленый. По мнению автора, необходимо тщательно исследовать все факторы и получить более-менее однозначные результаты.

Опасность потепления климата, подчеркнул ученый, действительно существует. Причем процесс -нелинейный: чем выше средняя земная температура, тем больше образуется парниковых газов и водяного пара. Как далеко это может зайти, можно судить по Венере***, во всех отношениях похожей на Землю. Ведь на поверхности Утренней звезды температура порядка 500°С сохраняется в основном за счет парникового эффекта. Она расположена к Солнцу несколько ближе, чем наша планета, но из-за более высокой отражательной способности облаков получает количество тепловой энергии, сравнимое с поступающим на Землю. Так обстоит дело сегодня. Но когда-то у Венеры не было облачного слоя. Вероятно, тогда ее и разогрело Солнце. А затем возник парниковый эффект. Может быть, и за потепление земного климата ответственность несет наше светило?

Существуют два канала передачи энергии от Солнца к Земле: электромагнитное и корпускулярное излучения. Основная доля - около 1,37 кВт на 1 м² земной поверхности - поступает по электромагнитному каналу. Поток данной энергии лежит главным образом в видимом и инфракрасном диапазонах спектра. Его величина сохраняется с высокой точностью (изменения не превышают долей процента) и называется "солнечной постоянной". Этот поток достигает Земли за 8 мин, большей частью поглощается атмосферой и поверхностью. Он-то и играет определяющую роль в формировании климата.

Излучение в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах длин волн сильно изменяется при развитии активных процессов на Солнце. Однако его доля в общем потоке лучистой энергии крайне мала. Даже во время вспышек на светиле, когда поток рентгеновского излучения возрастает на три порядка, он остается на шесть порядков меньше солнечной постоянной.

Корпускулярное излучение, будучи гораздо слабее по величине переносимой энергии, оказывается ключевым при формировании "космической погоды" - вариаций параметров межпланетной среды в зависимости от солнечной активности. До недавнего времени считалось, что между земной погодой и космической нет никакой связи. Однако это не так. Корпускулярное излучение, падающее на Землю, состоит из космических лучей и солнечного ветра. Су-

* См.: Ю. Израэль. Грозит ли нам климатическая катастрофа? - Наука в России, 2004, N 4 (прим. ред.).

** См.: И. Мохов. Глобальное потепление: наблюдения и модельные расчеты. - Наука в России, 2006, N 1 (прим. ред.).

*** См.: О. Кораблев. Очередная экспедиция к Венере. - Наука в России, 2006, N 2 (прим. ред.).

стр. 63

шествование последнего было предсказано еще до начала освоения Вселенной по наблюдениям хвостов комет и на основе теоретических выводов. Плазма солнечной короны полностью не удерживается гравитационным полем светила и со сверхзвуковой скоростью "убегает" в межпланетное пространство, заполняя собой гелиосферу.

Что же касается солнечного ветра, то его наличие было доказано экспериментально еще в 1959 г. группой отечественных ученых во главе со ставшим затем сотрудником ИКИ РАН Константином Грингаузом с помощью приборов, установленных на автоматической станции "Луна-2" (1959 г.), а позже подтверждено в ходе полета "Луны-3" (1960 г.).

Ныне космические лучи называют энергичными частицами, что точнее отражает их физическую сущность, поскольку представляют собой заряженные электроны, протоны и ионы, разогнанные до огромных скоростей. Они бывают галактического и солнечного происхождения. Первые рождаются за пределами Солнечной системы, и их поток на орбите Земли в среднем ниже вторых.

Солнечный же ветер, интенсивность которого усиливается в моменты активности светила, как веником выметает галактические космические лучи из Солнечной системы. Это, в свою очередь, сказывается на образовании облаков, охлаждающих и атмосферу, и саму Землю. Так, из исторических хроник известно: 1350 - 1380 годы были на ней весьма холодными. И это совпадает с периодом очень высокой активности Солнца. Оно, являясь основным источником энергии геомагнитных явлений, передает ее потоками солнечного ветра земной магнитосфере. Если скорость поступления энергии оказывается выше ее диссипации*, она накапливается в магнитосфере. При превышении определенного уровня накопления любое возмущение вне или внутри магнитосферы может привести к выделению этой энергии в виде небольших возмущений в полярных областях магнитосферы (суббури) и сильных - в ее приэкваториальной части (магнитные бури). Из статистических данных за 25 лет (1976 - 2000 гг.) в среднем наблюдалось 25 бурь в год. Причем в годы минимума солнечной активности они отсутствовали по несколько месяцев, а в годы максимума наблюдались практически каждую неделю.

Одним из первых внеземных катаклизмов, выявленных с помощью космических аппаратов, были вспышки на светиле и межпланетные возмущения в августе 1972 г. Тогда на спаде 20-го цикла такой активности (за нулевой принят цикл с максимумом в 1750 г.) со 2 по 7 августа наблюдались четыре очень сильные солнечные вспышки, и к Земле пришли три мощные межпланетные ударные волны. Это удалось достаточно подробно документировать, поскольку на орбите тогда работали отечественные спутники "Прогноз-1 и -2", а также американские HEOS-2 и Pioneer-9. После первой же вспышки пришла ударная волна, за которой скорость солнечного ветра составила около 2000 км/с (при средней 400 км/с).

К счастью для Земли, столь сильные возмущения привели лишь к серии хотя и серьезных, но не катастрофических магнитных бурь. А вот если бы в это время на Луне, не защищенной ни атмосферой, ни магнитным полем, находились американские астронавты (кстати, тогда выполнялась программа "Апол-

* Диссипация - переход энергии упорядоченного движения в хаотическое (прим. ред.).

стр. 64

лон"), то они получили бы очень большую дозу облучения и даже могли погибнуть.

Экстремальные условия на Солнце наблюдались также на спаде 23-го цикла его активности в октябре-ноябре 2003 г., когда за 16 дней произошло 16 вспышек, причем 11 из них имели значительный рентгеновский балл.

Впрочем, статистический анализ солнечных и геомагнитных данных показывает очень низкую корреляцию между ними. Как выяснилось, большинство вспышек на светиле к появлению магнитных бурь не приводит. Почему же низка эта корреляция и насколько вообще возможен достоверный прогноз магнитной бури?

Сопоставление солнечных явлений с возникновением магнитных бурь показывает, что, скажем, двухсуточный их прогноз на основе наблюдений выбросов корональной массы достоверен на 30 - 40%. Значит, всего три-четыре случая из десяти реализуются в действительности, а шесть-семь - ложные.

А между тем точный прогноз космической погоды нужен самым разным специалистам - тем, кто контролирует состояние радиосвязи или обеспечивает радиационную безопасность полетов космонавтов, особенно при длительных экспедициях, к примеру, предполагаемой миссии на Марс*. Тогда заранее выданное предупреждение позволит экипажу вовремя укрыться в убежище на корабле, принять лекарственные препараты и т.п. Прогнозы космической погоды необходимы и для слежения за состоянием протянувшихся на сотни и тысячи километров магистральных нефтяных и газовых трубопроводов. Доказано, когда в атмосфере меняется магнитное поле, в "трубе" возникает индукционный ток, приводящий к электрическим разрядам и последующим серьезным авариям. В свою очередь, в линиях электропередачи генерируются экстратоки, выводящие из строя трансформаторы и подстанции. Ведь известен случай, когда во время особенно сильной магнитной бури несколько крупных провинций Канады остались без электроэнергии.

Проблема, однако, в том, что о предполагаемой магнитной буре информацию мы получаем несвоевременно. Прежде всего из-за близости места измерений к Земле. Поэтому спутник нужно поднять как можно выше. Наиболее же эффективным для прогноза космической погоды представляется постоянный мониторинг солнечного ветра на всем его пути к нашей планете. Если разместить космический аппарат в точке либрации**, где силы притяжения Земли и Солнца уравновешиваются, и он будет постоянно "висеть" на расстоянии около 1,5 млн. км от планеты, то может быть обеспечен высоконадежный прогноз магнитных бурь за 1 - 2 ч до их начала.

Для более заблаговременного их прогноза, причем без снижения надежности, необходимо "отодвинуть" спутник еще дальше от Земли. Для чего ИКИ РАН и НПО им. С. А. Лавочкина разрабатывают проект, предусматривающий запуск нескольких микроаппаратов, оснащенных солнечным парусом. За счет давления на него фотонов света, "ослабляющих" действие солнечной гравитации, они смогут отойти от на-

Магнитосфера Земли.

* См.: И. Митрофанов. Разгадывая марсианские тайны. - Наука в России, 2002, N 6; М. Литвак, И. Митрофанов. Времена года на Марсе. - Наука в России, 2004, N 4 (прим. ред.).

** Точка, в которой небесное тело, движущееся под влиянием притяжения двух других тел значительной массы, может находиться в состоянии относительного равновесия по отношению к этим двум телам (прим. ред.).

стр. 65

шей планеты на расстояние 3 - 4 млн. км. Космический аппарат попадет как бы в либрационную точку для Солнца с меньшей силой тяготения и застабилизируется там. В этом случае мы получим прогноз уже за 3 - 4 ч при точности и надежности не ниже 90%.

В ходе наблюдения за магнитными бурями неплохо иметь космический аппарат, который пересекал бы различные области магнитосферы и зондировал их состояние. Такие работы уже проводились во время полета спутников "Интербол" (1995 - 1996 гг.). Для их углубления ИКИ РАН с НПО им. С. А. Лавочкина предлагают создать малый космический аппарат (ему дали предварительное название "Странник"), снабженный полным комплектом современных научных приборов. И вывести его на высокоапогейную эллиптическую орбиту.

Конечно, изучение солнечно-земных связей неотделимо от исследований самого светила с близкого расстояния. В 2008 г. предполагается начать реализацию проекта "Коронас-Фотон", подготавливаемого ИКИ и Институтом земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН. Одна из его задач - изучение механизмов ускорений, распространения и взаимодействия энергичных частиц в Солнце и корреляции его активности с физико-химическими процессами в верхней атмосфере Земли.

Словом, геомагнитные возмущения, связанные с процессами на светиле, - достаточно обыденные и прогнозируемые явления на нашей планете. Конечно, они влияют на биологические объекты, на человека и в какой-то степени - на окружающую среду, приводя к вариациям атмосферного давления и температуры. Однако маловероятно, что это достаточно значимый фактор в изменении земного климата. Данный процесс имеет глобальный характер и причины его развития соответствующие, но мы, к сожалению, пока еще очень далеки от их полного понимания.

Существуют и другие опасности, о которых сегодня говорят намного меньше, - это, в частности, инверсия земного магнитного поля, которое постепенно меняет полярность, его полюса "ползут" к экватору все быстрее. Кстати, в истории Земли уже были эпохи, когда магнитное поле почти вовсе пропадало. Палеомагнитные данные свидетельствуют: последний раз подобное происходило несколько сотен тысяч лет назад. И не исключено, что ожидает нас в XXI-XXII вв. Тогда магнитный "зонтик", прикрывающий сегодня все живое от космического излучения, исчезнет. И человечество окажется под сильным "дождем" солнечных частиц и космических лучей. Какие защитные средства понадобятся нашим потомкам и как ослабление магнитного поля повлияет на земной климат, еще только предстоит понять.

Зеленый Л. Если Земля потеряет магнитное поле. - "Индустрия", 2007, N 31 - 32

Материал подготовил Ярослав РЕНЬКАС

Publisher:

Permanent link for scientific papers (for citations):

Comments: