CC BY
27 \
»1 В ■
«Человечество не останется вечно на Земле, но, в погоне за светом и пространством, сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе всё околосолнечное пространство».
К. Э. Циолковский
Валерий Игнатьевич Козлов,
доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории теории
космической плазмы Института космофизических исследований и аэрономии им. Ю. Г. Шафера СО РАН.
Назаре космической эры
Каждый по-своему воспринимает начало космической эры, однако, точки отсчета известны всем - это сигналы первого спутника и имя первого космонавта планеты - Юрия Гагарина.
Первый спутник вызвал у меня, тогда ещё мальчишки, ощущение внезапно ожившей и движущейся звёздочки. Такое же ощущение испытал и мой отец, убелённый сединами фронтовик, много повидавший и переживший в жизни. Завороженные, мы, задрав головы, с удивлением следили за этим рукотворным созданием, стремительно вспарывающим тёмно-синюю высь, называвшуюся уже тогда новым, ещё непривычным для слуха словом - Космос. Кто знает, может быть, эта первая встреча с незнакомым космосом и определила в дальнейшем мою тягу к нему, таин-
В. И.Козлов
ственному и загадочному. Но окончательный выбор был сделан лишь в удивительно солнечный апрельский день 1961 г., когда я, курсант Одесского морского училища, сквозь раскрытые окна учебного корпуса услышал ликующе-торжественный голос диктора, возвестившего о первом выходе человека в Космос и о первом космонавте планеты - Юрии Гагарине. С того момента я, очевидно, и стал одним из многих членов тогда ещё незримого клуба космофизиков «гага-ринского призыва».
Черезтернии-кзвёздам
Чтобы осуществить первый полет человека в космос, нужно было создать пилотируемые космические корабли, способные обеспечить необходимые для жизнедеятельности человека условия, отработать надёжные системы ориентации, управле-
На фото вверху - Международная космическая станция.
ilhc ffuntsmlle Штсо
Man Enters Space
'Sc Close. Yet So Far. S ig hü Cope
U * Had H ' Г«Ои
Soviet Officer Orbits Globe In 5-Ton Ship
ЖГ
Rtds Win Running Land Jn Hotn? To Control Space
Мировая сенсация свершилась 12 апреля 1961 г.
(http://apod.nasa.gov/apod/image/0104/ gagarin_msfc_full.gif).
Первый космонавт планеты Ю. А. Гагарин
(http://visualrian.ru/storage/PreviewWM/1632/50/ 163250.jpg?1296542817).
ния и связи. Большой круг сложных научных и технических проблем был связан с необходимостью решения задачи возвращения первых пилотируемых космических аппаратов на Землю. Для решения всех этих вопросов с весны 1960 г. в Советском Союзе стали проводить экспериментальные запуски космических аппаратов. Основной их целью являлись отработка надёжности пилотируемых систем, а также проведение необходимых медико-биологических исследований. В августе 1960 г. впервые из полёта по околоземной орбите с первой космической скоростью был благополучно возвращён на поверхность Земли корабль-спутник. Серия дальнейших запусков позволила накопить достаточный опыт и подготовиться к осуществлению полёта человека в космическое пространство. И, наконец, 12 апреля 1961 г. в 9 часов 07 минут по московскому времени в Советском Союзе был дан старт космическому кораблю «Восток», пилотируемому лётчиком-космонавтом Ю. А. Гагариным.
Космос... на «якутском меридиане»
С каждым годом усложнялись задачи космонавтики, решаемые с помощью автоматических аппаратов и пилотируемых кораблей. Все эти успехи, а также достижения предыдущих лет планомерно подвели космонавтику к новому этапу - созданию на околоземных орбитах долговременных обитаемых научных станций и лабораторий. Дело в том, что Космос - гигантская, неисчерпаемая, бесконечно разнообразная лаборатория. Многие разделы науки нуждаются в результатах космических исследований: физика, химия, астрономия и т.д. Не остался в стороне от магистрального направления науки и наш Институт космофизических исследований и аэрономии (ИКФИА) СО РАН, 50-летие которого будет отмечаться в 2012 г. В этом же году мировая общественность будет праздновать 100-летие открытия космических
лучей австрийским физиком В. Ф. Гессом. На важность этого открытия указывает хотя бы тот факт, что плотность энергии космических лучей в нашей Галактике оказалась сравнима с плотностью энергии межзвёздного газа и галактического магнитного поля. Основателем нашего института и его первым директором Юрием Георгиевичем Шафером была организована лаборатория космических исследований, в которой создавались приборы для измерения уровня радиации на запускаемых космических аппаратах. Этим, прежде всего, объясняет-
Директор Института космофизических исследований и аэрономии СО АН СССР Ю. Г. Шафер демонстрирует членам правительственной делегации приборы для измерения радиации в космосе (г. Якутск, 1983 г.).
Визит космонавта № 2 Гэрмана Титова в Институт космофизических исследований и аэрономии СО АН СССР (г. Якутск, 1983 г.).
ся интерес известных космонавтов к нашему институту, в том числе и визит космонавта № 2 Германа Титова. Это новое тогда направление исследований значительно расширило спектр измеряемых энергий космических лучей в ИКФИА. Практически одновременно в институте шло расширение диапазона изучаемого спектра энергий космических лучей в сторону более высоких значений, что позднее оформилось в новое направление - «широкие атмосферные ливни» - ШАЛ. В настоящее время в теоретическом отделе института под руководством его директора, чл.-кор. РАН Е. Г. Бе-режко развивается теория ускорения космических лучей сверхвысоких энергий на ударных волнах от взрывов сверхновых звёзд.
Принцип «теле-видения» космических лучей
Следует заметить, что изучение космических лучей есть совершенно логичное освоение крайнего, ультравысокочастотного диапазона обычного спектра электромагнитных волн (в этой же области спектра находится диапазон рентгеновской и гамма-астрономии). Таким образом, речь идет о бурном развитии астрономии космических лучей (данное направление более известно, как «астрофизика космических лучей»). Очевидность названия -астрономия космических лучей -следует из факта доминирования в них заряжённой компоненты. Как и
все заряженные частицы, они подвержены воздействию магнитного поля. Искажения магнитного поля, вызванные, например, взрывами на Солнце, практически мгновенно передаются космическим лучам. В этом заключаются возможности «те-ле-видения» космических лучей, определяющего суть термина «астрономия космических лучей».
Космическая погода. Начало
Именно эти, казалось бы, совершенно очевидные диагностические возможности космических лучей и подвигли нас на создание в 1981 г. в Полярной геокосмофизической обсерватории Тикси автоматизированной системы наземного мониторинга космических лучей (в то время ещё не получил широкого распространения термин «Космическая Погода»). Результаты этих многолетних исследований и заложили основы для обеспечения лидирующей позиции нашего института в области мониторинга космических лучей в режиме реального времени. Это было отражено в итогах трёхлетнего международного проекта в рамках гранта ^ТАБ 2000-2003 гг. «Ключевые параметры Космической Погоды». По результатам этого проекта
Схема образования широких атмосферных ливней (ШАЛ) в атмосфере Земли
(httpMmg11.nnm.ru/f/d/Vc/6/8b58e5c0210744334e1123d0c74_prev.jpg).
Остаток Сверхновой звезды 1054 г. в Крабовидной туманности
(http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2005/37/ image/b/).
был создан сайт «Арктический центр Космической Погоды» (см. http://www.forshock.ru).
Полный «гухор»... в Арктике
Впервые эффективность предложенного нами наземного мониторинга космических лучей была апробирована в натурном эксперименте, проведенном в июле 1982 г. в Полярной геокосмофизической обсерватории (пос. Тикси). Дата проведения была определена просто: в июле 1982 г. отмечался 25-летний юбилей организации в пос. Тикси полярной станции «МГГ», созданной в рамках Международного геофизического года. Старожилы пос. Тикси, возможно, помнят, что весь арктический регион тогда в течение двух недель (9 - 20 июля) остался полностью без связи: «полный гухор», как в сердцах выражались тогда связисты всех родов войск (и гражданские - тоже). Это был, без сомнения, первый и, что удивительно, успешный эксперимент по прогнозу экстремальных проявлений Космической Погоды в Арктике. Доподлинно известно, что во время знаменитого «гухора - 82» наша информация о мощнейшей магнитной буре «спасла погоны» многим военным начальникам связи, коих в Арктике тогда было множество.
Космическая погода. В реальном времени
На автоматизированный режим мы вышли уже через год, в апреле 1984 г., когда была проведена полная модернизация системы сбора, регистрации и анализа данных. Тогда же, в третьей декаде апреля 1984 г, система прошла апробацию во время десятидневного натурного эксперимента. Впервые стратосферные измерения космических лучей на шарах-зондах и оптические наблюдения полярных сияний были проведены не по графику, а в режиме прогноза.
Эффективность проведения измерений космических лучей на шарах-зондах в стратосфере «под прогноз», да и других видов наблюдений, стала очевидной сразу. На всесоюзной конференции 1985 г. создание в Тик-синской полярной обсерватории автоматизированной системы научных исследований было отмечено как важное достижение отечественной науки, наряду с экспериментами на космических аппаратах серии «Венера». Представляется, что это и есть те самые «ре-перные» точки, когда можно говорить о рождении нового и очень важного направления, которое именуется в последнее время термином «космическая погода» (кстати, есть сведения, что подобный термин впервые упоминается у А. Л. Чижевского).
Непостижимая эффективность математики
Можно кратко перечислить ряд практически важных приложений, связанных с проблемой прогноза космической погоды: обеспечение надежности систем управления и жизнеобеспечения экипажей и пассажиров самолетов и космических аппаратов, сохранности линий ЛЭП, нефте- и газопроводов, устойчивости сотовой и спутниковой связи, систем навигации GPS, ГЛОНАСС и т.д. Но есть еще один интересный аспект. Речь идет о таком явлении, как полярные сияния, которые по классификации ЮНЕСКО отнесены к наиболее удивительному и зрелищному явлению природы. Мой коллега по работе, системный инженер-программист
Схема реакции в космических лучах на ударный фронт в межпланетном магнитном поле.
^н
Полярное сияние (http://spaceweather.com/aurora/images/24nov01/Turner1.jpg).
цикла) с заблаговременностью порядка ~1 солнечного оборота (см. http://www.forshock.ru/ predlong.html). В отличие от известных геомагнитных бурь, они существенно больше по пространственным и временным масштабам. Очевидно, что необходимо также решать и задачу долгосрочного прогноза солнечной активности. Это важно при планировании долгосрочных экспериментов в космосе и осуществлении длительных полётов человека к Луне и планетам Солнечной системы, которые уже запланированы на ближайшее десятилетие. Без возможности обеспечения долгосрочных прогнозов большинство экспериментов в околоземном космическом пространстве и, прежде всего, дальние перелёты будут обречены.
Николай Туголуков всё поражался: сижу за компьютером сутками, набиваю «единички-нолики», т.е. перевожу на понятный ЭВМ язык формулы алгоритма прогноза, компьютер что-то урчит и подмигивает мне зелёными огоньками, чтобы я ненароком не заснул и вдруг... сигнал о прогнозе, а проще - предвестник. Тут мы все окончательно просыпаемся и выскакиваем наружу, а в полуночном небе начинает разворачиваться настоящее «светопреставление» - сполохи света причудливых форм и движений, огненные занавеси и вихри всех цветов радуги мечутся от одного конца спектра к другому и обратно. Нет слов, вся эта феерия огня и цвета - удивительное зрелище. «Но ведь не менее удивительно другое, - задает свой вопрос Николай, - каким образом, всё, что я тут проделывал с единичками и ноликами на компьютере за сутки до этого, может быть связано с этим седьмым чудом света?». Признаюсь, я не сразу смог достаточно внятно ответить на этот далеко не риторический вопрос коллеги-математика, впрочем, и по прошествии времени - тоже. Ответ на него не так уж и прост, как кому-то может показаться. Возможно, это связано каким-то образом и с непостижимой эффективностью математики.
Наедине с Космосом
Продуктивность выбранного нами подхода уже начинает оправдываться. Получены обнадеживающие результаты по практической реализации среднесрочного прогноза так называемых гелиосферных бурь (геоэффективных периодов 11-летнего
Возможны ли «окна» в солнечной активности?
В принципе, на Солнце могут реализоваться своеобразные «пробелы» или «окна» в солнечной активности. На возможность подобного сценария я указывал 5 лет назад [3]. Следует заметить, что подобные «сбои» регистрируются, грубо говоря, не чаще одного раза в столетие. Наиболее же длительный сбой наблюдался лишь во времена Галилея (вторая половина XVII - начало XVIII веков), которому и принадлежит честь открытия пятен на Солнце с помощью им же изобретённого телес-
Юбилейная выставка-экспозиция Института космических исследований РАН (г. Москва, февраль 2011 г.).
копа. Важно заметить, что прогноз текущего сбоя 11-летней цикличности не обошёлся без космических лучей. В итоге, удалось выявить закономерность, общую для большинства солнечных циклов. Речь идёт об обнаружении инварианта «амплитуда - длительность» [4].
Сбылась мечта К. Э. Циолковского - человек вышел в открытый космос!
Во-первых, это указывает на автоколебательную природу механизма 11-летней цикличности, регулирующего температуру Солнца, сохраняя её постоянной путём «стравливания» избытка энергии дискретными (за цикл) «порциями». Во-вторых, обнаруженный нами низкочастотный «дрейф» периода 11-летнего цикла № 23 (начавшийся ещё в предыдущем цикле № 22), указывал на ожидаемый сбой 11-летней цикличности [5].
Сейчас, по прошествии пяти лет, этот факт «сбоя» солнечных «часов», случившийся в современной истории Солнца, не может оспариваться. В настоящее время мы находимся, как минимум, на стадии неординарного спада солнечной активности и, как максимум, в начальной стадии затяжного сбоя 11-летней цикличности [6]. Это и может быть тот самый «пробел» или «окно» в активности Солнца, когда риск попасть на экстремальные проявления солнечной активности может быть сведен к минимуму. О возможности появления подобного «окна» в солнечной активности в течение ближайших
10 лет мною сообщалось на Всероссийской конференции «Плазменные процессы в системе „Солнце - Земля"», проходившей 14-18 февраля 2011 г. в Институте космических исследований РАН (г. Москва).
Но есть и обратная сторона эффекта «пробела» или «окна» в солнечной активности. Суть - в повышении радиационного фона галактических космических лучей, увеличенного за счёт снижения защитных свойств внешней гелиосферы в период низкой активности Солнца. Подобное увеличение радиационного фона может сопровождаться длительным снижением температуры в планетарном масштабе, например, посредством механизма, описанного в работе Г. Ф. Крымского [2]. С другой стороны, увеличение интенсивности галактических космических лучей будет означать долговременное увеличение доз радиации, обусловленной вкладом космических лучей высоких энергий, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Всё это является весомым аргументом в пользу освоения планет Солнечной системы космическими аппаратами без участия человека, т.е. необходимости пересмотра или даже отмены уже существующих проектов межпланетных перелётов с экипажами на борту.
Список литературы
1. Бережко, Е. Г. Происхождение космических лучей: современное состояние проблемы/Е. Г. Бережко// Наука и техника в Якутии. -2007.- №2 (13). -С. 3-7.
2. Крымский, Г. Ф. Космические лучи и погода / Г. Ф. Крымский // Наука и техника в Якутии. - 2005. -№1 (8).-С. 3-6.
3. Козлов, В. И. Гэядет ли сбой 11-летнего солнечного цикла /В. И. Козлов//Наука и техника в Якутии. -2006.-№1 (10). -С. 11-14.
4. Козлов, В. И. «Аномальная» активность Солнца в «слабых» циклах 20 и 23 как проявления инвариантности 11-летнего цикла/В. И. Козлов//Солнечно-Земная физика. - Иркутск:, ИСЗФ. - 2008. - Т. 1, вып. № 12. -С. 32-33.
5. Козлов, В. И. Вейвлет-образ тонкой структуры 11-летнего цикла по исследованию флуктуаций космических лучей в 20-23 циклах/В. И. Козлов, В. В. Марков // Геомагнетизм и аэрономия. - 2007. - Т. 47, № 1. -С. 47-55.
6. Козлов, В. И. Низкочастотный дрейф периода 11-летнего цикла № 23 - как предвестник «фазовой катастрофы» / В. И. Козлов, В. В. Козлов // Труды Всероссийской конференции «Физика плазмы в Солнечной системе» : пленарные доклады. - М.: ИКИ РАН, 2011. -С. 20. http://solarwind.cosmos.ru/txt/2011/ conf2011thesis.pdf
АФХИ&: ть. МЫСЛЕЙ
Только тот учитель и будет действовать плодотворно на всю массу учеников, который сам силён в науке, ею обладает и её любит.
Д. Менделеев
Наиболее верным мерилом цивилизации служит не количество народонаселения, не величина городов, неурожай, но качество людей, которых производит страна.
Р. Эмерсон
