Пусть всегда будет солнце!
В интервью с Александром Прохоровым выясняем, что такое солнечная активность, чем она вредна для летательных аппаратов и космонавтов, а также как способна помочь в покорении дальних планет и развитии научного туризма.
Что такое солнечная активность?
Это очень интересное и не до конца изученное явление: периодически в верхних слоях Солнца возникают и исчезают сильные магнитные поля. Когда они подавляют конвекцию солнечной плазмы, вызывая ее локальное остывание, то мы можем наблюдать на «поверхности» Солнца темные пятна. Чем выше уровень солнечной активности, тем больше пятен. Если магнитные поля быстро изменяют свою структуру, то может произойти взрыв — вспышка. Вспышки случаются регулярно, в периоды максимума солнечной активности — до нескольких в день, причем довольно мощных. При этом выделяются большие количества энергии, а мы фиксируем излучения широкого диапазона: рентгеновское, гамма, ультрафиолетовое.
Насколько они для нас опасны?
На поверхности Земли мы защищены как атмосферой, так и магнитным полем планеты. Однако с высотой воздух становится все более разреженным, на орбите остаточная атмосфера почти не ощущается, потому высотные летательные аппараты и космонавты все же могут пострадать. Иногда — не напрямую от излучения.
С одной стороны, в периоды значительной солнечной активности из-за облучения наша атмосфера нагревается, что приводит к ее расширению, и на больших высотах она становится более плотной. В результате искусственные спутники и станции тормозятся и могут сойти с изначальной орбиты. Приходится корректировать их полет с учетом активности Солнца. С другой стороны, во время вспышек к Земле летит не только электромагнитное излучение, но и очень быстрые высокоэнергичные частицы солнечного вещества. Они очень опасны и для аппаратуры геостационарных спутников (ее приходится даже временно отключать), и для космонавтов, которым нужно укрываться от них в особо защищенных отсеках станции. Вообще космонавты часто видят высокоэнергичные частицы даже с закрытыми глазами — как яркие вспышки света различной формы.
Какая-то доля прилетающих из космоса высокоэнергичных частиц все же проникает в атмосферу, рождая в ней так называемые широкие атмосферные ливни. Частицы взаимодействуют с молекулами воздуха, передают им энергию и порождают каскад новых частиц, с уже гораздо меньшей энергией, чем была изначально. И этот процесс многократно повторяется. Потому долетевшие до уровня моря вторичные частицы гораздо безопаснее. За миллионы лет эволюции все живое на поверхности Земли приспособились к их воздействию, однако пилоты самолетов и тем более космонавты все равно облучаются заметно сильнее. В том числе и по этой причине стараются не пускать регулярные авиаперевозки через Антарктиду или Арктику: из-за входящих в Землю магнитных линий на высотах довольно большой фон, который повышается еще больше во время магнитных бурь, сопровождаемых северными сияниями. Они, кстати, есть ни что иное как высокоэнергичные частицы, ранее пойманные магнитным полем планеты, которые во время магнитной бури сбрасываются в атмосферу.
Можно ли защититься от излучений и частиц?
От солнечной радиации помогает даже тонкий слой алюминия, та же обшивка космического корабля. От энергичных частиц защиты лучше очень толстого слоя атмосферы или просто толстого слоя свинца пока не придумали, хотя и исследуются альтернативные подходы. Например, есть идея использовать магнитные системы, но поле в них должно быть очень сильным — иначе отклонить частицы, летящие со скоростью, очень близкой к скорости света, просто не выйдет. Однако само отклоняющее поле из-за своей величины будет опасно и для оборудования, и для космонавтов.
И как же тогда человечеству покорять другие планеты, тот же Марс, если Солнце будет периодически вспыхивать?
Как ни странно, эта активность даже помогает. В космосе помимо радиации, исходящей от Солнца, существует еще огромная доля радиации, порождаемой нашей и соседними галактиками — так называемые галактические космические лучи. Когда солнце активно пышет в окружающее пространство, оно накачивает всю Солнечную систему вокруг своей «испаряющейся» из верхних слоев атмосферы плазмой, которая, как и ранее упомянутая атмосфера Земли, также задерживает галактические космические лучи, немного защищает от них. Для космонавтов и космической аппаратуры они для гораздо вреднее, чем солнечная радиация, так как обладают существенно большей энергией, недостижимой даже на самых современных земных ускорителях, а тонкий слой алюминия от них не спасет.
Будет ли на Марсе опаснее в плане космической радиации?
Да, поскольку на Марсе и атмосфера тоньше, чем на Земле, и магнитное поле существенно слабее. Покорителям красной планеты логичнее строить долговременные станции в пещерах или самостоятельно зарываться вглубь планеты. Кстати, значение атмосферы в защите от негативного влияния космоса вообще очень велико: взять даже Венеру, у которой нет магнитного поля, но есть очень мощная атмосфера — фон на поверхности, должен быть, там даже ниже, чем на Земле.
Возвращаясь на Землю, отслеживают ли в университетах солнечную активность?
Мы занимаемся этим и на физфаке МГУ, и в НИИ ядерной физики. Это вообще очень востребованное направление работ по всему миру. Важно, что получаемая нами информация помогает корректировать работу и экипажей на МКС, и различной космической аппаратуры, и даже планировать будущие космические миссии.
Насколько удается прогнозировать, когда солнечная активность на них повлияет?
Когда происходит вспышка на Солнце, через восемь минут мы фиксируем исходящее от нее рентгеновское излучение. Нам важнее защититься даже не от него, а от частиц: очень малое их количество долетает до нас вместе с излучением, как правило, есть полезная задержка — в полчаса или даже сутки. За это время удается обезопасить людей и технику.