Содержание
Космические потоки. Ветер на других планетах
Цветное изображение сильной бури в северном полушарии Юпитера сделано аппаратом «Юнона» (НАСА) во время облета газового гиганта. Image by Gerald Eichstädt and Sean Doran based on images provided Courtesy of NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS AFP
Ветры в космосе тоже разные: это могут быть ветры на планетах (газообразных и земной группы) или потоки излучения от звезд — звездный или солнечный ветер. Мы поговорим о первых — о ветрах на планетах-гигантах (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) и на атмосферных телах с твердой поверхностью (Венера и Марс). И для твердых, и для газообразных тел ветер — это движение воздуха между областями с различным атмосферным давлением. Все, как и на Земле, с одной лишь разницей — воздух на других планетах может быть совсем не таким, как на нашей. Если у нас это, в основном, смесь азота и кислорода, то на других планетах дуют потоки со свойственными им газами.
Как известно, воздушные течения могут различаться по их периодичности — существуют ветры постоянные, сезонные и дующие в разное время суток. Соответственно, проявление ветров на различных небесных телах зависит от продолжительности оборота вокруг Солнца, климатических времен года и длительности суток.
Как изменилась планета после песчаной бури на юге Марса. Слева – июнь 2001 года, справа – июль. Фото сделаны камерой Mars Orbiter в 2001 г. Фото: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Применительно к другим планетам ветер, как часть метеорологии, начали изучать только в 70-х годах прошлого века с появлением дистанционных (снимки Марса с искусственных спутников) и посадочных исследований, при помощи неподвижных и самоходных аппаратов. Впервые фотографии поверхности Марса с высоким разрешением были получены американским искусственным спутником «Маринер-9» в 1971 году. Тогда аппарат отправился к Марсу, но столкнулся с плотной пылевой бурей на этапе «вот-вот приближусь».
Пришлось немного отвлечься – спутник занялся находящимися недалеко Фобосом и Деймосом. Спустя четыре месяца «Маринер-9» получил снимки с поверхности Марса. На них были видны громадные, величиной в километры, песчаные дюны, образовавшиеся при воздействии ветров с постоянным направлением. Ученые сделали вывод о длительном существовании на Марсе системы периодических сезонных ветров. По расположению дюн можно было определить направление ветров, а по их размерам — продолжительность их формирования.
Песчаная буря несется через марсианский север. Фото: ESA/DLR/FU BERLIN, cosmosmagazine.com
Эоловые (вызванные действием ветра) отложения достаточно широко распространены на Марсе. Их изучение может многое дать для выяснения метеорологических, а значит, и природных условий на Красной планете в прошлом. Это имеет очень большое значение, поскольку на Марсе в геологическом прошлом (3-4 млрд. лет назад) были более благоприятные условия для жизни: плотная атмосфера и высокая температура, при которых вода могла существовать в жидкой фазе.
В дальнейшем приборы, измеряющие направление и силу ветра, размещались на марсианских посадочных аппаратах — первыми были «Викинг-1» и «Викинг-2» в 1976 году. Эти аппараты использовались, чтобы обнаружить жизнь, но и метеорологические наблюдения велись на них несколько лет.
Весьма заметное и важное проявление метеорологической активности на Марсе — регулярные глобальные пылевые бури. Как раз в 1971 году Марс был охвачен такой глобальной пылевой бурей, которая на несколько месяцев скрыла детали поверхности. Подобные явления наблюдаются и во время прохождения Марсом перигелия — самого близкого к Солнцу участка орбиты. В это время поверхность Марса получает в разы больше инсоляции, температура атмосферы увеличивается, что вызывает пылевые бури.
Следы эоловой аккумуляции обнаружены во многих марсианских кратерах — кроме горок ветрового происхождения, часто присутствуют и небольшие комплексы дюн. Как правило, Центр горы смещен относительно центра кратера, а с двух сторон от вершины находятся два ;наличие эоловых отложений может свидетельствовать о крайне молодом возрасте поверхностного комплекса.
Однако бывают случаи, когда это правило нарушается. Например, в кратере Гейл диаметром около 154 км идентифицирована гора Эолида эолового происхождения высотой в 5 км. В ее основании находятся отложения, предположительно, значительного возраста. Геофизики видят причину появления горы в ветрах – они «выдули» ее в центре кратера.
Кратер Гейла на Марсе. Фото: NASA/JPL-Caltech/U.Arizona
Хотя породы ветрового происхождения на Марсе достаточно распространены, в подавляющем большинстве случаев ветровой песок перемешан с обломочным материалом, что мы можем наблюдать на многочисленных панорамах, переданных американскими спускаемыми аппаратами и марсоходами. Кроме измерения силы ветра, ученые также анализируют прозрачность атмосферы — ее снижение считается возможным признаком начала пылевой бури.
Иногда марсианские ветры помогают людям изучать космические объекты. Совсем недавно, в феврале 2019 года, на Марсе прошел пыльный вихрь — об этом говорят данные погодных датчиков станции InSight.
Вихрь «очистил» солнечные панели InSight от скопившейся пыли и улучшил их эффективность. Ученые вообще ждут подобных случаев, чтобы их «детища» проработали как можно дольше. Ранее ветряные порывы на Марсе помогли марсоходам «Спирит» и «Оппортьюнити» прослужить дольше расчетных сроков, увеличив мощность их солнечных панелей примерно на 10 %.
В декабре 2018 года аппарат InSight, исследующий Марс в ходе миссии NASA, впервые записал звук ветра на Марсе. Сейсмометр, установленный на аппарате, зафиксировал шум – он очень тихий, и чем-то напоминает звуки песчаных дюн. Сотрудники NASA назвали это «незапланированным развлечением».
Еще одна планета с ветрами — Венера, объект с ярко выраженным парниковым эффектом, очень высокой плотностью атмосферы и температурой поверхности. Кроме прочего, эта планета обладает аномальной особенностью — крайне медленным суточным вращением, которое, к тому же, направлено в обратную сторону, по часовой стрелке, и составляет 243 земных суток.
Причины такой аномалии весьма загадочны, но часть исследователей считает, что в геологическом прошлом вращение замедлилось из-за действия глобальных систем ветров.
Суперротация атмосферы Венеры в верхних облаках. Фото: AKATSUKI-UVI, Venus Express, VIRTIS; JAXA /ESA / J. Peralta, JAXA /R. Hueso, UPV/EHU, www.sci-news.com
Согласно этому предположению, в начале своей истории Венера имела менее плотную атмосферу с меньшей температурой поверхности, а потом, ввиду парникового эффекта и, возможно, из-за воздействия массивного спутника (не исключено, что им был Меркурий) она стала такой, как есть. На планете испарились океаны, система ветров повлияла на атмосферу, а приливное воздействие Меркурия, возможно, привело к полной синхронизации вращения Венеры, так что появилось видимое (при условном наблюдении с Солнца) и невидимое полушария (т. е. сутки на Венере сравнялись с продолжительностью года).
Затем медленное воздействие продолжилось и раскрутило Венеру в обратную сторону так, что сутки на ней превысили продолжительность года на более чем 19 земных суток.
Вот таким образом плотная атмосфера и постоянные сильные ветры могли затормозить вращение планеты и обратили ее суточное движение вспять.
Южный полярный вихрь Венеры. Он был обнаружен на северном полюсе Венеры космическим аппаратом «Пионер-Венера» в 1979 г. Фото: ESA/VIRTIS/INAFIASF/Obs. de Paris-LESIA, www.astronomy.com
Венера — единственное небесное тело, на котором для наблюдения за высотными ветрами и воздушными течениями проводился экспериментальный полет неуправляемого воздушного судна: аэростата с исследовательской аппаратурой. В 1984 году в СССР стартовали две межпланетные станции по проекту «Вега» (Венера — комета Галлея).
В планах предусматривались пролет Венеры и исследование кометы Галлея, главной цели миссии. При пролете Венеры от «кораблей» отделились спускаемые аппараты и сели на поверхность. В ходе спуска были выпущены аэростаты с аппаратурой, каждый из которых в течение двух суток летел на высоте более 50 км от поверхности планеты.
Эксперимент дал интереснейшие данные о температуре, плотности и составе атмосферы. За аэростатами, оборудованными лишь маломощными радиопередатчиками, следили с помощью специальной сети из мощных радиотелескопов, что позволило достаточно надежно определить скорость, координаты и другие параметры движения зондов. Благодаря наблюдениям выяснилось, что верхние слои атмосферы Венеры охвачены очень быстрым движением, которое с четырехсуточной периодичностью огибает планету в направлении ее вращения. Это явление называется суперротацией атмосферы. Было установлено, что на высоте, где проходили зонды «Вег», скорость ветров постоянна и соответствует значениям в 60-70 м/с. Скорость ветров быстро убывает с высотой.
В 2018 году ученые из Калифорнийского университета Лос-Анджелеса и университета Парижа-Сакле создали компьютерную симуляцию, по их мнению, доказывающую, что атмосфера Венеры такая плотная, а ветры настолько мощные, что влияют на вращение планеты, изменяя его скорость на две минуты в день.
Но все это – лишь догадки и плоды работы на Земле. Чтобы узнать больше о Венере, работать нужно на ней. Осталось лишь запустить на планету новый космический корабль – всего-то.
Также, по-видимому, быстрые постоянные ветры существенно ослаблены над полярными и средними широтами планеты. Как это все согласуется с тепловой и химической истории атмосферы — пока большая загадка, которую должны объяснить будущие исследования. Наблюдения со спускаемых аппаратов показали, что на поверхности, в глубинах атмосферы скорость ветра не превышает метра в секунду, однако по динамическому давлению это значение скорости соответствует более быстрым (быстрее в 7-8 раз) земным ветрам. Очевидно, что на Венере этого недостаточно, чтобы вызвать заметную замутненность — все наблюдения и расчеты показывают, что атмосфера у поверхности довольно прозрачна.
Атмосферный вихрь над северным полюсом Венеры. Фото: ESA — AOES Medialab, www.esa.int
Нечто приближенное к понятию «ветер» присутствует и на других объектах Солнечной системы.
Но исследования в тех далеких местах настолько трудны, затратны и на данный момент маловероятны, что и ученым приходится обходиться скудными данными. Предварительно известно, что на Юпитере ветры в высотных струйных течениях могут дуть со скоростью 100 м/с. На Сатурне восточный ветер «попался в руки» аппарату «Кассини-Гюйгенс» — по данным его датчиков, скорость достигала 375 м/с. Уран может похвастаться ветрами со скоростью 240 м/с, а Нептун — по некоторым данным, 600 м/с. Так это или нет, никто пока не знает, и нам остается оставить раскрытие этой космической загадки нашим потомкам.
Вихрь на севере Сатурна напоминает темно-красную розу гигантских размеров в окружении зеленой листвы. Его масштаб ошеломляет – площадь 2 тыс. км² и скорость 150 м/с. Изображение сделано космическим кораблем «Кассини» NASA, www.jpl.nasa.gov
ВЕТЕР КОСМИЧЕСКИХ СТРАНСТВИЙ | Наука и жизнь
В канун 40-летия первого полета человека в космос в Президиуме Российской академии наук собрались журналисты, пишущие о проблемах науки, и молодая поросль — студенты журфака МГУ и школьники-юнкоры.
Они пришли на встречу с академиком Олегом Георгиевичем Газенко. Неутомимый ученый-исследователь, он один из тех, кто отправлял в космос первых живых существ, готовил полет Юрия Гагарина и экипажи последующих длительных космических экспедиций. Двадцать лет О. Г. Газенко возглавлял Институт медико-биологических проблем (ныне Государственный научный центр РФ — Институт медико-биологических проблем РАН), где разрабатывают средства и системы жизнеобеспечения пилотируемых кораблей и космических станций. Разговор шел об истории воздухоплавания, авиации и космонавтики, о том, как закладывались основы безопасности космических полетов, без которых все наши выдающиеся достижения в пилотируемой космонавтике были бы просто невозможны. Это не первая публикация Олега Георгиевича Газенко в нашем журнале — их более десятка. Он пришел в «Науку и жизнь» ровно 40 лет назад, еще кандидатом медицинских и биологических наук, и с тех пор остается бессменным членом нашей редколлегии, а теперь — редакционного совета.
Академик О. Г. Газенко в минуту отдыха у макета космического корабля ‘Восток’.
О. Г. Газенко в лаборатории, где идет подготовка к запуску космического аппарата с животными на борту.
‘Космонавты’ на прогулке.
Дамка и Козявка в герметичной кабине космического корабля перед полетом. Через несколько минут им предстоит подняться на высоту 212 километров.
Подопытные собачки перед тренировкой.
‘Больше всех было жалко Лайку. Мы знали, что у нее нет шансов вернуться на Землю’, — сказал О. Г. Газенко, вспоминая о подопытных собачках. Он помнит их всех, хотя прошло больше 40 лет.
К полету в космос готовятся обезьянки.
Победитель Первого международного конкурса музыкантов и исполнителей им. П. И. Чайковского американский пианист Ван Клиберн с героями космоса Белкой и Стрелкой. Слева — научный сотрудник Института медико-биологических проблем Л. Радкевич.
Очередное медицинское обследование. Лаборант Таня Короткова берет анализ крови у Стрелки и Белки.
О.Г. Газенко представляет коллегам из Польши вакуумный костюм ‘Чибис’. За счет создаваемого в нем разрежения происходит отток крови от головы космонавта к конечностям, так же как в условиях земной гравитации.
О.Г. Газенко (в центре), космонавты В.И. Севастьянов (слева) и Б.Б. Егоров (сидит справа) отвечают на вопросы коллег и журналистов.
Поздравить Олега Георгиевича с 80-летием пришли друзья, коллеги, космонавты, руководители ракетно-космической отрасли. На фото — О.Г. Газенко со сменившим его на посту директора ГНЦ РФ Институт медико-биологических проблем РАН академиком А.И. Григорьевым.
‹
›
Открыть в полном размере
Издавна люди стремились открыть для себя окружающий мир. Очень образно сказал об этом древнегреческий поэт Овидий: «Человеком движет стремление дотянуться рукой до неба!». В этих словах еще нет конкретной цели, но есть естественное желание познавать, открывать новые горизонты. Чтобы прийти к тем результатам, которые человечество получило полвека назад, потребовалось очень много усилий.
Ни одно сколько-нибудь существенное достижение цивилизации не падало на нас как манна с небес. Каждое техническое достижение требовало накопления знаний и только потом становилось реальностью.
По-видимому, первый опыт человека в освоении воздушного океана относится к 1783 году. Тогда два француза — братья Жозеф Мишель и Жак Этьен Монгольфье — создали первый воздушный шар, наполненный горячим воздухом. Легенда такая: однажды Жозеф Монгольфье увидел, как у проходившей мимо камина супруги вздулся ее шелковый пеньюар, и это навело его на мысль, что наполненный горячим воздухом шар может подняться ввысь. На самом деле не наблюдение у камина привело Монгольфье к идее полета. Дело в том, что к тому времени уже накопились достаточные физические знания, вышли книги (сегодня мы назвали бы их монографиями), которые объясняли свойства воздушного пространства. Более того, на пороге было открытие водорода — газа, которым вскоре начали наполнять воздушные шары.
Поскольку Монгольфье были фабрикантами, а значит, людьми состоятельными, они смогли истратить некоторое количество денег на удовлетворение собственного любопытства.
Братья спроектировали и построили небольшой шар, способный, как они считали, поднять в воздух человека. Нашлись добровольцы, готовые отправиться в полет. Одним из них был врач Пилар де Розье, он держал аптеку под Парижем. Но в те времена, впрочем, как и теперь, все крупные мероприятия контролировались властями, и тогдашний король Франции Людовик ХVI распорядился не рисковать человеческой жизнью, а сначала провести «биологический эксперимент». Наверное, он выражался иными словами, но это суть дела не меняет: перед полетом человека нужно было попробовать поднять в воздух животных. Первыми пассажирами воздушного шара стали баран, утка и петух. Они улетели невысоко, но все-таки продемонстрировали, что полеты на воздушном шаре, столь необычные для того времени, неопасны. Правда, петух немного пострадал — он сломал крыло, но тем не менее все пассажиры благополучно приземлились. Через месяц король дал «добро» на полет Пилара де Розье и маркиза д’Арланда. Так началась эра воздушных шаров.
После того первого полета было много замечательных достижений.
В конце ХIХ века люди поднимались на воздушных шарах на недосягаемую до той поры высоту. Один воздухоплаватель взлетел на высоту Эвереста (8800 метров), и это был поразительный результат. Воздухоплаватели ставили рекорды, но нередко полеты заканчивались трагически. Из-за недостатка кислорода на большой высоте два аэронавта погибли, а один потерял сознание, но обессиленный все-таки вернулся на землю. Ему повезло.
Почему же рядом с триумфами всегда были трагедии? Дело в том, что, когда люди начинают осваивать неизведанный мир, они недостаточно хорошо представляют условия среды, в которой им предстоит жить и работать. Накопленных знаний и выработанных технических условий, обеспечивающих безопасность полетов, еще недостаточно, и это подчас приводит к несчастьям. Я назову одну цифру, она, конечно же, ориентировочная. В начале ХХ века за одно только десятилетие в полетах на воздушных шарах погибли 200 человек.
Авиация, так же как и воздухоплавание, развивалась бурно и стихийно.
В 1903 году братья Райт, велосипедные мастера из американского штата Огайо, сделали первый самолет. Их полет продолжался всего несколько секунд, но с той поры авиация начала стремительно развиваться. Однако техника была несовершенна, и множество пилотов погибало. Это происходило потому, что люди мало представляли, насколько опасен полет. Количество жертв, которыми человечество расплатилось за достижения в аэронавтике и авиации, чрезвычайно велико.
Отправляясь в неизведанное, человек должен иметь представление о том, с чем он встретится, в каких условиях ему предстоит действовать, что нужно сделать для того, чтобы максимально сохранить не только жизнь, но и здоровье.
Освоение космического пространства началось с того, что люди, пожалуй, впервые в истории попытались разумно спланировать программу проникновения в неведомую область. И несмотря на то, что все работы были засекречены, сама по себе логика действий строилась на новой философии: сначала разберись, с чем ты столкнешься, в чем суть возможных опасностей, а затем уже предпринимай дальнейшие шаги.
Можно вспомнить очень многих писателей, изобретателей, исследователей, ученых, которые описывали возможности проникновения человека в космическое пространство. Самые первые рассказы о таких путешествиях принадлежат римскому писателю греческого происхождения Лукиану. Он жил в городе Самосате, на территории нынешней Сирии, во II веке нашей эры. Известны два произведения Лукиана, в которых он описал путешествия в космос. В них есть то, о чем имеет смысл упомянуть. Прежде всего способы передвижения. Их два: первый — с помощью крыла птицы, второй — задействовать силу тайфуна. Люди издавна наблюдали тайфуны, торнадо, поражались их мощи. Лукиан описал, как тайфун вырывает корабль из моря, закручивает его и поднимает в космическое пространство. Это чистая выдумка, но именно с нее и начинается история фантастической литературы.
Нельзя не упомянуть еще одно имя. В конце XVI — начале XVII века жил в Германии астроном Иоганн Кеплер. Он впервые описал движение планет в Солнечной системе.
Но это не принесло ему денег. А поскольку надо было на что-то жить, ученый составлял звездные гороскопы для важных персон. Но была одна идея, над которой он работал много лет, — полет на Луну. Теперь этот труд назвали бы научно-фантастическим произведением. В нем всего 20-25 страниц, но его сопровождают объемные комментарии, на которые ученый потратил целых десять лет. Иоганн Кеплер оказался единственным человеком, достоверно описавшим то, с чем столкнется человек на Луне. К примеру, он дал настолько точные оптические характеристики (длина тени и т. д.), что создается впечатление, будто измерения ученый проводил там. В своем труде Кеплер назвал двенадцать наук, освоение которых может дать человеку возможность подняться в космос и достичь Луны.
К концу ХIХ века ряд инженеров, ученых, мыслителей независимо друг от друга пришли к выводу, что наиболее разумный и эффективный способ полета во внеземное пространство — это использование реактивного принципа движения.
Проблема была очень сложной, многогранной.
Пожалуй, глубже и шире всех ее осветил Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935). Великий русский ученый был простым учителем средней школы в Калуге. Его научные интересы распространялись от натурфилософии до авиации, дирижаблестроения и ракетной техники. Выведенные Циолковским математические зависимости и формулы обосновали реальную возможность использования ракет для преодоления сил земного тяготения и освоения космического пространства. Свои труды Циолковский издавал сам. Широкого распространения они не имели и потому не получили большого общественного резонанса.
И все же Циолковский был не одинок. У нас в стране о космосе думали Н. И. Кибальчич (1853-1881), Ф. А. Цандер (1887-1933), Ю. В. Кондратюк (1897-1942). Они занимались теоретическими исследованиями, работали на будущее. В 20-х годах ХХ столетия в Германии ряд научных трудов, посвященных ракетной технике, выпустил Герман Оберт. Его нужно также причислить к пионерам ракетной техники. В это же время американский исследователь и инженер Роберт Годдард (1882-1945) не только занимался теоретическими изысканиями, но и создавал ракетную технику.
Это был необычайно талантливый изобретатель. В 1926 году он осуществил первый запуск ракеты на жидком топливе.
Создание ракетной техники шло параллельно в двух направлениях: для полетов в космос и в военных целях. В 1930-е годы эти направления сближаются, практически сливаются. Ими вплотную занимаются группы ученых и инженеров в США, Германии и России. У нас создание ракетной и космической техники возглавил Сергей Павлович Королев (1907-1966).
До начала Второй мировой войны усилия по созданию реактивных ракет были незначительными. Ситуация изменилась коренным образом, когда в Германии начал осуществляться проект создания «оружия возмездия». Им руководил физик Вернер фон Браун (1912-1977). У нас мало говорят о роли Брауна в становлении ракетной техники. Главное, что он сделал, — это поставил производство ракет на индустриальную основу. Их выпускали тысячами. По сути дела, родилась ракетная промышленность. И это стало ключевым моментом в дальнейшем развитии ракетной техники.
Два слова о Вернере фон Брауне. Когда создали Фау-2, ему было всего около 30 лет. Браун вырос в аристократической немецкой семье, носил титул барона. Вернер закончил Берлинский университет, учился в Цюрихе. У него был друг — грек Константин Дженералис. Они учились одновременно, но на разных факультетах: Браун — на инженерном, а Дженералис — на медицинском. Еще будучи студентом, Браун написал книгу о полете на Луну. Он пришел к выводу, что самая большая проблема — мощное ускорение, которое появляется при быстром движении ракеты.
Чтобы установить, как действует ускорение на живой организм, и можно ли преодолеть эту преграду, друзья решили провести эксперимент. Они взяли большое велосипедное колесо, установили его горизонтально, по диаметру привязали мешочки, в которые помещали мышей. Экспериментаторы вращали колесо с разной скоростью и замеряли ускорение. По окончании опыта мышей выпускали и наблюдали за ними. Если зверек весело бегал по столу, то соответствующее ускорение он переносил неплохо, но бывало, что мыши передвигались еле-еле и лишь постепенно приходили в нормальное состояние.
Это свидетельствовало о более сильном влиянии ускорения на их организм. Если мыши погибали, Дженералис проводил гистологические исследования. Но однажды один мешочек с мышами оторвался от колеса и ударился о стену, оставив на ней кровавый след. А поскольку все это происходило в комнате, где студенты жили, хозяйка увидела, что случилось, и отказала им в квартире.
Так прекратила свое существование одна из первых центрифуг. На мой взгляд, это был первый опыт, имеющий прямое отношение к космической биологии и медицине. И все же оба студента осуществили свою мечту. Вернер фон Браун стал главным конструктором ракет, которые первыми доставили людей на Луну, а его друг Дженералис работал над медицинскими программами этих экспедиций.
Итак, в 40-х годах ХХ столетия появились все возможности для рывка в космос. После Второй мировой войны часть ракет из Германии попала к нам, а большинство — в США. Начались их запуски на полигонах обеих стран. Это стало толчком к стремительному развитию ракетной техники.
Тут и начала формироваться та область науки, которую я имею честь представлять, — космическая биология и медицина.
Первые опыты по космической медицине поставили в США в 1949 году. И цель их сразу же была определена четко: может ли человек лететь в космос?
В штате Нью-Мексико есть одно пустынное место, которое называется «Белые пески». Там проводили запуски немецких ракет с обезьянками и мышами. К сожалению, с 1949 по 1951 год все опыты оказались неудачными — животных не удавалось вернуть на землю живыми. Ракеты взрывались, не срабатывали парашютные системы… Однако благодаря использованию биотелеметрии ученые смогли получить некоторые данные о том, как животные переносят космический полет. Ракеты достигали высоты около 100 километров, при этом невесомость продолжалась всего минуту-полторы, но тем не менее реакция животных фиксировалась. Это были уникальные данные, так как в условиях земного тяготения создать невесомость на столь длительное время не удается.
В нашей стране аналогичные эксперименты начались в 1951 году на полигоне Капустин Яр.
Я в этих работах участия не принимал. Шла Корейская война, там находились наши авиационные части, и в одной из них я был врачом. Медико-биологическими исследованиями в ракетно-космической отрасли я начал заниматься в 1955 году. Меня включили в программу создания биологических спутников Земли. На одном из них полетела первая собачка — Лайка. Затем были старты кораблей-спутников с животными, которые предшествовали полету Юрия Алексеевича Гагарина.
Ракеты уже достигали высот 450 километров. Невесомость в таких полетах продолжалась до восьми минут. Перед нами стояла задача — выявить все, с чем столкнется человек в космосе, и разработать такую систему жизнеобеспечения, которая гарантировала бы сохранение здоровья космонавта. А для непредвиденных аварийных ситуаций нужны были системы спасения. При вертикальных пусках уже создавались системы покидания ракеты с помощью катапультирования, скафандров и парашютов. Кстати, первые скафандры, так же как и герметичные кабины, были сделаны для животных.
Почти десять лет отрабатывались системы, которые позволили создать космический корабль для полета человека. Мы провели серию самых разных экспериментов на кораблях, позже получивших название «Восток». На них совершили космические полеты несколько собачек и другие животные. Проводились эксперименты и с обезьянками , но у нас не было опыта работы с ними. Мы даже обращались к обезьяньим дрессировщикам. Как сейчас помню (удивительно, ненужные вещи иногда сохраняются в голове!), приезжал в Москву на гастроли итальянский дрессировщик Капеллини. Мы с ним долго беседовали. Он рассказал, что обезьяны очень эмоциональны и даже социальны. Брать обезьяну в эксперимент одну — значит загубить опыт, в одиночестве она будет чувствовать себя плохо.
А опыт работы с собаками у нас был большой. Я начинал как физиолог в 1945 году в Военно-медицинской академии. Естественно, эксперименты велись с собаками. Мы неслучайно использовали дворовых, бесхозных собак. Они очень активны и, как говорят специалисты, устойчивы, умеют приспосабливаться к трудностям — в этом их отличие от породистых псов.
Но что плохо у дворовой собаки? Как мы говорим, она «не линейна», то есть реакция одной собаки сильно отличается от реакции другой. Это оттого, что их жизненный опыт слишком уж разный.
Мы осуществили запуск пяти кораблей-спутников. На них полетели в космос собачки Белка, Стрелка, Чернушка и Звездочка, а также мыши, крысы, мухи и другие живые существа — целый Ноев ковчег. При последнем запуске на стартовой позиции присутствовали будущие космонавты. Им продемонстрировали, как взлетает ракета, в которой находится собачка Звездочка. Кстати, имя ей перед стартом дал Юрий Гагарин. По возвращении Звездочка чувствовала себя превосходно, и космонавты могли сами убедиться в этом.
Одна «космическая» собачка прожила у меня дома двенадцать лет. Звали ее Жулька, но при запусках ей давали разные, более благозвучные имена. В одном полете она звалась Жемчужиной, в другом — Пушинкой. Жулька дважды летала на ракетах и один раз неудачно стартовала на спутнике. Это было в конце декабря 1960 года.
Не отделилась третья ступень носителя, и спутник с собачкой упал в сибирской тайге. К счастью, Жульку удалось спасти, причем по чистой случайности. Дело в том, что на спутники и другие космические аппараты ставили систему самоуничтожения — попросту говоря, они взрывались. Но на этот раз система не сработала, и собачка осталась жива.
Конечно, собачек было жалко. Но, если честно, больше всех было жалко Лайку. Мы знали, что у нее нет шансов вернуться на Землю. У всех остальных такой шанс был, а у нее нет. Скажу по секрету, мы выбрали не лучшую собачку из тех, что у нас были. Но она стала самой знаменитой. Так в жизни случается часто…
Теперь о полете человека. Было проведено множество экспериментов, прежде чем мы смогли гарантировать безопасность полета человека в космос. Впервые в истории ставилась задача не просто минимизировать риск, но и практически исключить его. Конечно, нельзя гарантировать полную безопасность полетов в космос, но принять все разумные меры, чтобы свести риск к минимуму, возможно.
И это было сделано!
Подготовка первого отряда космонавтов проходила очень тяжело. Медики перестраховывались. Будущим космонавтам пришлось испытать на Земле большие трудности, чем в полете. Психологически в космосе им было легче, хотя и не всегда… Юрий Гагарин, например, в отчете о первом полете писал, что во время спуска было тяжелее, чем на тренировках.
Первые впечатления от невесомости весьма своеобразны — возникают иллюзии. Это очень хорошо описал второй космонавт планеты Герман Титов. Его наблюдения дали пищу для исследований сразу в нескольких направлениях. До полета Титова нам многое было неизвестно. Первое его ощущение: приборная доска плывет вверх, а самого космонавта переворачивает головой вниз. У некоторых в полете возникает ощущение падения… На эмоциональных людей все это производит тяжелое впечатление. К сожалению, появляются и неприятные физические ощущения: начинает подташнивать, иногда возникает рвота, любой поворот головы вызывает головокружение, лицо становится бледным, покрывается каплями пота.
На сегодняшний день в космос слетали более 500 человек, так что уже есть статистика. Очень остро переживали встречу с невесомостью не более 10 процентов из них. Причем было замечено, что если ничего не делать, то через несколько часов дискомфорт исчезает. Мы зафиксировали единственный случай, когда связанные с невесомостью неприятные ощущения продолжались у космонавта 10 дней. При возвращении на Землю все эти же симптомы повторяются, но действует уже не невесомость, а земное тяготение.
12 апреля 1961 года человечество совершило гигантский шаг во Вселенную. Первый полет в космос Юрия Гагарина оставил яркий след в судьбе каждого человека, особенно тех, кто имел отношение к этому старту. Но тогда я не мог себе представить, каким путем будет развиваться космонавтика. Задуматься о будущем не хватало времени. Напряженная, каждодневная, без выходных и отпусков работа отнимала все силы, но она была романтичная, увлекательная и очень интересная…
Солнечный ветер: что это такое и как он влияет на Землю?
Солнечный ветер постоянно высвобождается из внешней атмосферы Солнца.
На иллюстрации этого художника изображен солнечный ветер, исходящий от солнца.
(Изображение предоставлено НАСА)
Солнечный ветер — это непрерывный поток протонов и электронов из внешней атмосферы Солнца — короны.
Эти заряженные частицы пролетают через Солнечную систему со скоростью от 250 миль (400 километров) в секунду до 500 миль (800 километров) в секунду в состоянии плазмы, по данным Национального центра прогнозирования космической погоды Национального управления океанических и атмосферных исследований ( открывается в новой вкладке) (SWPC).
Когда солнечный ветер достигает Земли, он посылает поток заряженных частиц в магнитосферу и вдоль силовых линий магнитного поля Земли к полюсам. Взаимодействие этих частиц с атмосферой Земли может привести к появлению светящихся полярных сияний над полярными регионами.
Родственный: Насколько горячо солнце?
Существование солнечного ветра было впервые предложено астрофизиком-первопроходцем Юджином Паркером, имя которого названо в честь миссии NASA Parker Solar Probe.
В 1957 году Паркер работал доцентом в Чикагском университете, когда понял, что перегретая солнечная корона теоретически должна испускать заряженные частицы с высокой скоростью, согласно Чикагскому университету . (Этот перегрев — один из самых загадочных аспектов поведения Солнца, и физики-солнечники до сих пор не до конца понимают, почему атмосфера Солнца горячее, чем его поверхность.)
Теория Паркера описывает, что в солнечной короне плазма постоянно нагревается с помощью температура в этом регионе достигает невероятных 3,5 миллионов градусов по Фаренгейту (2 миллиона градусов по Цельсию). В конце концов, плазма становится настолько горячей, что гравитация Солнца больше не может удерживать ее, поэтому она выбрасывается в космос в виде солнечного ветра, увлекая за собой магнитное поле Солнца, согласно NASA JPL .
Знаете ли вы?
По данным НАСА, солнечный ветер переносит в космос миллион тонн вещества каждую секунду .
В то время его теория подвергалась широкой критике, вспоминал Паркер в 2018 году.
«Первый рецензент статьи сказал: «Ну, я бы посоветовал Паркеру пойти в библиотеку и почитать на эту тему, прежде чем он попытается написать статью о это, потому что это полная чепуха».
Поддержку этой теории, наконец, получил астрофизик Субрахманьян Чандрасекар, который спустя десятилетия стал тезкой рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра». Хотя Чандрасекару не нравилась идея частиц, он принял теорию Паркера, потому что не смог найти никаких проблем с математикой Паркера, сообщили в Чикагском университете.
Затем, в 1962 году, космический корабль НАСА «Маринер-2» обнаружил присутствие частиц солнечного ветра во время полета к Венере.
Помимо постоянных потоков солнечного ветра, Солнце иногда испускает огромное количество этих заряженных частиц за один раз. Эти события, известные как корональные выбросы массы (КВМ), могут вызвать геомагнитные бури в окружающей среде вокруг Земли, которые связаны с красивыми проявлениями полярного сияния, но также могут нанести ущерб энергосистемам, телекоммуникационным сетям и спутникам, вращающимся вокруг планеты.
Как далеко дует солнечный ветер?
Солнечный ветер, состоящий из заряженных частиц и магнитного поля Солнца, бомбардирует магнитосферу Земли. (Изображение предоставлено Центром космических полетов имени Годдарда НАСА)
Солнечный ветер распространяется по Солнечной системе далеко за пределы орбиты Плутона, образуя большой «пузырь», называемый гелиосферой. По данным НАСА, гелиосфера имеет форму длинного ветрового носка , когда движется вместе с солнцем.
Ближайшая граница гелиосферы находится примерно в 100 а.е. от Солнца, согласно заявлению ESA . (1 а.е., или астрономическая единица, — это среднее расстояние от Земли до Солнца, оно эквивалентно примерно 93 миллионам миль (150 миллионам километров).
Гелиосфера действует как защитный щит, защищая нас от космических лучей, состоящих из энергетических частицы, которые могут повредить живые клетки. Комические лучи генерируются за пределами нашей Солнечной системы и распространяются почти со скоростью света.
Без нашего защитного пузыря эти высокоэнергетические фрагменты атомов постоянно бомбардировали бы Землю. Без гелиосферы жизнь, безусловно, была бы развивались по-другому, а может быть, и не совсем», — говорит гелиофизик Ричард Марсден в заявлении ЕКА.
Скорость солнечного ветра
Солнечно-земная обсерватория НАСА, или STEREO, изучает солнечный ветер. Этот gif визуально представляет обработанные компьютером данные о солнечном ветре. (Изображение предоставлено НАСА, данные Craig DeForest, SwRI)
Хотя солнечный ветер течет от Солнца постоянно, его свойства, такие как плотность и скорость, меняются на протяжении 11-летнего цикла активности Солнца. Во время этого цикла количество солнечных пятен, уровни радиации и выбрасываемого материала колеблются от солнечного максимума к солнечному минимуму. Эти изменения влияют на свойства солнечного ветра, включая силу его магнитного поля, скорость, с которой он движется, температуру и плотность.
Согласно веб-сайту прогноза космической погоды SpaceWeatherLive.com, средняя постоянная скорость солнечного ветра на Земле составляет около 190 миль (300 км) в секунду (м/с).
Взгляд на вещи в перспективе
Солнечный ветер движется со средней скоростью 0,87 миллиона миль в час (1,4 миллиона км/ч). Ураган категории 5 может развивать скорость до 150 миль в час (241 км/ч).
Во время облета Венеры аппаратом «Маринер-2» космический корабль не только обнаружил присутствие солнечного ветра, но также идентифицировал два отдельных потока солнечного ветра, один быстрый, а другой медленный. По данным НАСА, скорость медленного потока составляла около 215 миль в секунду, в то время как скорость быстрого потока была в два раза выше.
Происхождение быстрого потока солнечного ветра было определено в 1973 году с помощью рентгеновских снимков солнечной короны, сделанных с помощью Skylab. Виновниками быстрого солнечного ветра являются корональные дыры, более холодные области Солнца с открытой структурой силовых линий магнитного поля , которая позволяет солнечному ветру относительно легко выходить.
Аномально быстрые солнечные ветры могут генерироваться во время событий коронального выброса массы (CME). По данным SpaceWeatherLive.com, во время CME скорость ветра может достигать более 600 миль (1000 км) в секунду.
Корональный выброс массы (CME), полученный НАСА и Солнечной и гелиосферной обсерваторией ЕКА (SOHO). (Изображение предоставлено NASA/GSFC/SOHO/ESA)
Несмотря на впечатляющие головокружительные скорости, достигаемые некоторыми потоками солнечного ветра, именно более медленный солнечный ветер заставил ученых задуматься.
«Медленный солнечный ветер во многих отношениях представляет собой большую загадку», — сказал Джим Климчук, физик-солнечник из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, в заявлении НАСА .
Миссия НАСА «Улисс», запущенная в 1990 году, уже выявила некоторые подсказки к происхождению медленного потока ветра, когда он облетал полюса Солнца. Было установлено, что в периоды минимальной солнечной активности солнечный ветер возникает в основном с экватора Солнца.
«По мере того, как солнечный цикл приближается к своему максимуму, структура солнечного ветра меняется с двух различных режимов — быстрого на полюсах и медленного на экваторе — на смешанный неоднородный поток.» согласно заявлению НАСА о солнечном зонде Parker и зарождении солнечного ветра .
Зонд Parker Solar Probe расследует эту тайну в ходе своей семилетней миссии по наблюдению за Солнцем. «Это открывает большие перспективы для выявления принципиально нового понимания», — сказал Климчук.
Воздействие солнечного ветра
Воздействие нашей ветреной звезды ощущается во всей Солнечной системе.
«Я чувствую, что если солнце чихает, Земля простужается, потому что мы всегда чувствуем влияние того, что происходит на солнце благодаря солнечному ветру», — сказал Ники Фокс, директор отдела гелиофизики в штаб-квартире НАСА. Статья NASA Science (откроется в новой вкладке).
На Земле солнечный ветер вызывает ослепительные световые шоу вокруг полярных регионов.
В Северном полушарии это явление называется северным сиянием (aurora Borealis), а в Южном полушарии — южным сиянием (Aurora australis). Если скорость солнечного ветра достаточно высока, могут возникнуть геомагнитные бури, которые могут привести к расширению полярных сияний ближе к экватору, чем это возможно в более спокойных условиях космической погоды.
CME могут вызывать сильные геомагнитные бури, которые приводят к впечатляющим полярным сияниям, подобным этому, изображенному на Аляске. (Изображение предоставлено: Noppawat Tom Charoensinphon через Getty Images)
Геомагнитные бури также могут нанести ущерб спутникам и электрическим сетям и угрожать астронавтам в космосе. Во время этих штормов астронавтам на Международной космической станции необходимо искать убежище, все выходы в открытый космос приостанавливаются, а чувствительные спутники отключаются до тех пор, пока радиационный шторм не пройдет.
Истории по теме:
SpaceX уже воочию убедилась, какой ущерб может нанести космическая погода, когда геомагнитная буря уничтожила до 40 спутников Starlink на сумму более 50 миллионов долларов в феврале 2022 года.
Поскольку спутники Starlink выводятся на очень низкие орбиты ( на высоте от 60 до 120 миль (от 100 до 200 км) они полагаются на бортовые двигатели, чтобы преодолеть силу лобового сопротивления, поднимаясь до конечной высоты около 350 миль (550 км)9.0003
Во время геомагнитной бури атмосфера Земли поглощает энергию бури, нагревается и расширяется вверх, что приводит к значительно более плотной термосфере, которая простирается примерно от 50 миль (80 км) до примерно 600 миль (1000 км) над поверхностью Земли. Более плотная термосфера означает большее сопротивление, что может быть проблемой для спутников. В феврале 2022 года партия недавно выпущенных спутников Starlink не смогла преодолеть значительно возросшее сопротивление геомагнитной бури и начала падать обратно на Землю, в конечном итоге сгорая в атмосфере.
Солнечная погода может иметь крайне дорогостоящие последствия, поэтому важно улучшить наше понимание, мониторинг и предсказание таких явлений. Ученые изучают солнечный ветер, чтобы пролить свет на космическую погоду и улучшить прогнозы космической погоды.
«Мы не можем игнорировать космическую погоду, но мы можем принять соответствующие меры, чтобы защитить себя», — говорит НАСА (открывается в новой вкладке).
Как ученые изучают солнечный ветер?
Обсерватория гелиофизической системы содержит флот космических кораблей, предназначенных для изучения нашей динамичной Солнечной системы. (Изображение предоставлено НАСА)
Гелиофизические миссии изучают Солнце и его влияние на Солнечную систему, включая влияние солнечного ветра.
Согласно НАСА, целью этих миссий (откроется в новой вкладке) является «понимание всего, от того, как сформировалась планетарная атмосфера, до того, как космическая погода может повлиять на астронавтов и технологии вблизи Земли, до физики, которая определяет наше соседство в космосе».
Понимание солнечной среды — немалый подвиг, поэтому существует целый флот космических миссий, посвященных изучению нашего Солнца и его поведения. Эти миссии в совокупности можно рассматривать как единую обсерваторию, Системную обсерваторию гелиофизики (HSO).
HSO состоит из нескольких солнечных, гелиосферных, геокосмических и планетарных космических аппаратов, в том числе солнечного зонда Parker, выполняющего смелую миссию «прикоснуться» к солнцу, Солнечной и гелиосферной обсерватории (SOHO) — совместной работы НАСА и Европейского космического агентства. (ESA), Солнечно-земная обсерватория (STEREO), состоящая из двух почти идентичных обсерваторий, одна из которых расположена впереди орбиты Земли, а другая отстает, и солнечный орбитальный аппарат ЕКА, который впервые изучает неизведанные полярные области Солнца.
Дополнительные ресурсы
Если вы хотите увидеть, как солнечный ветер взаимодействует с другими объектами Солнечной системы, ознакомьтесь с этой инфографикой НАСА (откроется в новой вкладке). Узнайте больше о многочисленных гелиосферных миссиях НАСА (открывается в новой вкладке) вместе с НАСА. Узнайте больше о солнечном ветре в этой пояснительной статье Чикагского университета (откроется в новой вкладке). Следите за скоростью и плотностью солнечного ветра в режиме реального времени в Центре прогнозирования космической погоды NOAA (открывается в новой вкладке).
Библиография
Ричардсон, Дж. Д., Ван, К., и Пауларена, К. И. (2001). Солнечный ветер: от солнечного минимума к солнечному максимуму. Успехи космических исследований, 27(3), 471-479. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0273117701000746
Корональные отверстия. Центр прогнозирования космической погоды NOAA/NWS. Получено 15 июня 2022 г. с https://www.swpc.noaa.gov/phenomena/coronal-holes
Фокс, К. Воздействие сильных солнечных вспышек. НАСА, 13 мая 2013 г. Получено 15 июня 2022 г. с https://www.nasa.gov/mission_pages/sunearth/news/flare-impacts.html 9.0003
Фрейзер, С. Быстрый солнечный ветер вызывает световые шоу Авроры. НАСА, 9 октября 2015 г. Получено 15 июня 2022 г. с https://www.nasa.gov/image-feature/goddard/fast-solar-wind-causes-aurora-light-shows
Гелиосфера. ESA Science & Technology, 1 сентября 2019 г. Получено 15 июня 2022 г. с https://sci.esa.int/web/ulysses/-/2576-the-heliosphere
Лернер, Л. Юджин Паркер, «Легендарная фигура».
в науке о Солнце и тезка Parker Solar Probe, 1927–2022 гг. Новости Чикагского университета, 16 марта 2022 г. Получено 15 июня 2022 г. с https://news.uchicago.edu/story/eugene-parker-legendary-figure-solar-science-and-namesake-parker-solar-probe. -1927-2022
НАСА. Воздействие солнечного ветра. НАСА. Получено 15 июня 2022 г. с https://science.nasa.gov/science-news/news-articles/effects-of-the-solar-wind
НАСА. Наука о солнечном ветре. NASA Space Technology 5. Получено 15 июня 2022 г. с https://www.jpl.nasa.gov/nmp/st5/SCIENCE/solarwind.html
NASA. Солнечный ветер. Солнечная физика. Центр космических полетов Маршалла. Получено 15 июня 2022 г. с https://solarscience.msfc.nasa.gov/SolarWind.shtml
Солнечный ветер. SpaceWeatherLive.com. Получено 15 июня 2022 г. с https://www.spaceweatherlive.com/en/help/the-solar-wind.html 9.0003
Солнечный ветер. Прогноз Авроры. Получено 15 июня 2022 г. с https://auroraforecast.is/solar-wind/
Солнечный ветер. Солнечный ветер | Центр прогнозирования космической погоды NOAA/NWS.
Получено 15 июня 2022 г. с https://www.swpc.noaa.gov/phenomena/solar-wind
Zell, H. (2021, 19 марта). Гелиофизические миссии: изучение Солнца и его влияния на межпланетное пространство. НАСА. Получено 15 июня 2022 г. с https://www.nasa.gov/mission_pages/sunearth/missions/index.html
.
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].
Дейзи Добриевич присоединилась к Space.com в феврале 2022 года в качестве справочного автора, ранее работавшего штатным автором в нашем сестринском журнале All About Space. Прежде чем присоединиться к нам, Дейзи прошла редакционную стажировку в журнале BBC Sky at Night Magazine и работала в Национальном космическом центре в Лестере, Великобритания, где ей нравилось знакомить общественность с космической наукой. В 2021 году Дейзи защитила докторскую диссертацию по физиологии растений, а также имеет степень магистра наук об окружающей среде.
В настоящее время она проживает в Ноттингеме, Великобритания.0003
Солнечный ветер: что это такое и как он влияет на Землю?
Солнечный ветер постоянно высвобождается из внешней атмосферы Солнца. На иллюстрации этого художника изображен солнечный ветер, исходящий от солнца.
(Изображение предоставлено НАСА)
Солнечный ветер — это непрерывный поток протонов и электронов из внешней атмосферы Солнца — короны.
Эти заряженные частицы пролетают через Солнечную систему со скоростью от 250 миль (400 километров) в секунду до 500 миль (800 километров) в секунду в состоянии плазмы, по данным Национального центра прогнозирования космической погоды Национального управления океанических и атмосферных исследований ( открывается в новой вкладке) (SWPC).
Когда солнечный ветер достигает Земли, он посылает поток заряженных частиц в магнитосферу и вдоль силовых линий магнитного поля Земли к полюсам. Взаимодействие этих частиц с атмосферой Земли может привести к появлению светящихся полярных сияний над полярными регионами.
Родственный: Насколько горячо солнце?
Существование солнечного ветра было впервые предложено астрофизиком-первопроходцем Юджином Паркером, имя которого названо в честь миссии NASA Parker Solar Probe.
В 1957 году Паркер работал доцентом в Чикагском университете, когда понял, что перегретая солнечная корона теоретически должна испускать заряженные частицы с высокой скоростью, согласно Чикагскому университету . (Этот перегрев — один из самых загадочных аспектов поведения Солнца, и физики-солнечники до сих пор не до конца понимают, почему атмосфера Солнца горячее, чем его поверхность.)
Теория Паркера описывает, что в солнечной короне плазма постоянно нагревается с помощью температура в этом регионе достигает невероятных 3,5 миллионов градусов по Фаренгейту (2 миллиона градусов по Цельсию). В конце концов, плазма становится настолько горячей, что гравитация Солнца больше не может удерживать ее, поэтому она выбрасывается в космос в виде солнечного ветра, увлекая за собой магнитное поле Солнца, согласно NASA JPL .
Знаете ли вы?
По данным НАСА, солнечный ветер переносит в космос миллион тонн вещества каждую секунду .
В то время его теория подвергалась широкой критике, вспоминал Паркер в 2018 году. «Первый рецензент статьи сказал: «Ну, я бы посоветовал Паркеру пойти в библиотеку и почитать на эту тему, прежде чем он попытается написать статью о это, потому что это полная чепуха».
Поддержку этой теории, наконец, получил астрофизик Субрахманьян Чандрасекар, который спустя десятилетия стал тезкой рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра». Хотя Чандрасекару не нравилась идея частиц, он принял теорию Паркера, потому что не смог найти никаких проблем с математикой Паркера, сообщили в Чикагском университете.
Затем, в 1962 году, космический корабль НАСА «Маринер-2» обнаружил присутствие частиц солнечного ветра во время полета к Венере.
Помимо постоянных потоков солнечного ветра, Солнце иногда испускает огромное количество этих заряженных частиц за один раз.
Эти события, известные как корональные выбросы массы (КВМ), могут вызвать геомагнитные бури в окружающей среде вокруг Земли, которые связаны с красивыми проявлениями полярного сияния, но также могут нанести ущерб энергосистемам, телекоммуникационным сетям и спутникам, вращающимся вокруг планеты.
Как далеко дует солнечный ветер?
Солнечный ветер, состоящий из заряженных частиц и магнитного поля Солнца, бомбардирует магнитосферу Земли. (Изображение предоставлено Центром космических полетов имени Годдарда НАСА)
Солнечный ветер распространяется по Солнечной системе далеко за пределы орбиты Плутона, образуя большой «пузырь», называемый гелиосферой. По данным НАСА, гелиосфера имеет форму длинного ветрового носка , когда движется вместе с солнцем.
Ближайшая граница гелиосферы находится примерно в 100 а.е. от Солнца, согласно заявлению ESA . (1 а.е., или астрономическая единица, — это среднее расстояние от Земли до Солнца, оно эквивалентно примерно 93 миллионам миль (150 миллионам километров).
Гелиосфера действует как защитный щит, защищая нас от космических лучей, состоящих из энергетических частицы, которые могут повредить живые клетки. Комические лучи генерируются за пределами нашей Солнечной системы и распространяются почти со скоростью света. Без нашего защитного пузыря эти высокоэнергетические фрагменты атомов постоянно бомбардировали бы Землю. Без гелиосферы жизнь, безусловно, была бы развивались по-другому, а может быть, и не совсем», — говорит гелиофизик Ричард Марсден в заявлении ЕКА.
Скорость солнечного ветра
Солнечно-земная обсерватория НАСА, или STEREO, изучает солнечный ветер. Этот gif визуально представляет обработанные компьютером данные о солнечном ветре. (Изображение предоставлено НАСА, данные Craig DeForest, SwRI)
Хотя солнечный ветер течет от Солнца постоянно, его свойства, такие как плотность и скорость, меняются на протяжении 11-летнего цикла активности Солнца. Во время этого цикла количество солнечных пятен, уровни радиации и выбрасываемого материала колеблются от солнечного максимума к солнечному минимуму.
Эти изменения влияют на свойства солнечного ветра, включая силу его магнитного поля, скорость, с которой он движется, температуру и плотность.
Согласно веб-сайту прогноза космической погоды SpaceWeatherLive.com, средняя постоянная скорость солнечного ветра на Земле составляет около 190 миль (300 км) в секунду (м/с).
Взгляд на вещи в перспективе
Солнечный ветер движется со средней скоростью 0,87 миллиона миль в час (1,4 миллиона км/ч). Ураган категории 5 может развивать скорость до 150 миль в час (241 км/ч).
Во время облета Венеры аппаратом «Маринер-2» космический корабль не только обнаружил присутствие солнечного ветра, но также идентифицировал два отдельных потока солнечного ветра, один быстрый, а другой медленный. По данным НАСА, скорость медленного потока составляла около 215 миль в секунду, в то время как скорость быстрого потока была в два раза выше.
Происхождение быстрого потока солнечного ветра было определено в 1973 году с помощью рентгеновских снимков солнечной короны, сделанных с помощью Skylab.
Виновниками быстрого солнечного ветра являются корональные дыры, более холодные области Солнца с открытой структурой силовых линий магнитного поля , которая позволяет солнечному ветру относительно легко выходить.
Аномально быстрые солнечные ветры могут генерироваться во время событий коронального выброса массы (CME). По данным SpaceWeatherLive.com, во время CME скорость ветра может достигать более 600 миль (1000 км) в секунду.
Корональный выброс массы (CME), полученный НАСА и Солнечной и гелиосферной обсерваторией ЕКА (SOHO). (Изображение предоставлено NASA/GSFC/SOHO/ESA)
Несмотря на впечатляющие головокружительные скорости, достигаемые некоторыми потоками солнечного ветра, именно более медленный солнечный ветер заставил ученых задуматься.
«Медленный солнечный ветер во многих отношениях представляет собой большую загадку», — сказал Джим Климчук, физик-солнечник из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, в заявлении НАСА .
Миссия НАСА «Улисс», запущенная в 1990 году, уже выявила некоторые подсказки к происхождению медленного потока ветра, когда он облетал полюса Солнца. Было установлено, что в периоды минимальной солнечной активности солнечный ветер возникает в основном с экватора Солнца.
«По мере того, как солнечный цикл приближается к своему максимуму, структура солнечного ветра меняется с двух различных режимов — быстрого на полюсах и медленного на экваторе — на смешанный неоднородный поток.» согласно заявлению НАСА о солнечном зонде Parker и зарождении солнечного ветра .
Зонд Parker Solar Probe расследует эту тайну в ходе своей семилетней миссии по наблюдению за Солнцем. «Это открывает большие перспективы для выявления принципиально нового понимания», — сказал Климчук.
Воздействие солнечного ветра
Воздействие нашей ветреной звезды ощущается во всей Солнечной системе.
«Я чувствую, что если солнце чихает, Земля простужается, потому что мы всегда чувствуем влияние того, что происходит на солнце благодаря солнечному ветру», — сказал Ники Фокс, директор отдела гелиофизики в штаб-квартире НАСА.
Статья NASA Science (откроется в новой вкладке).
На Земле солнечный ветер вызывает ослепительные световые шоу вокруг полярных регионов. В Северном полушарии это явление называется северным сиянием (aurora Borealis), а в Южном полушарии — южным сиянием (Aurora australis). Если скорость солнечного ветра достаточно высока, могут возникнуть геомагнитные бури, которые могут привести к расширению полярных сияний ближе к экватору, чем это возможно в более спокойных условиях космической погоды.
CME могут вызывать сильные геомагнитные бури, которые приводят к впечатляющим полярным сияниям, подобным этому, изображенному на Аляске. (Изображение предоставлено: Noppawat Tom Charoensinphon через Getty Images)
Геомагнитные бури также могут нанести ущерб спутникам и электрическим сетям и угрожать астронавтам в космосе. Во время этих штормов астронавтам на Международной космической станции необходимо искать убежище, все выходы в открытый космос приостанавливаются, а чувствительные спутники отключаются до тех пор, пока радиационный шторм не пройдет.
Истории по теме:
SpaceX уже воочию убедилась, какой ущерб может нанести космическая погода, когда геомагнитная буря уничтожила до 40 спутников Starlink на сумму более 50 миллионов долларов в феврале 2022 года. Поскольку спутники Starlink выводятся на очень низкие орбиты ( на высоте от 60 до 120 миль (от 100 до 200 км) они полагаются на бортовые двигатели, чтобы преодолеть силу лобового сопротивления, поднимаясь до конечной высоты около 350 миль (550 км)9.0003
Во время геомагнитной бури атмосфера Земли поглощает энергию бури, нагревается и расширяется вверх, что приводит к значительно более плотной термосфере, которая простирается примерно от 50 миль (80 км) до примерно 600 миль (1000 км) над поверхностью Земли. Более плотная термосфера означает большее сопротивление, что может быть проблемой для спутников. В феврале 2022 года партия недавно выпущенных спутников Starlink не смогла преодолеть значительно возросшее сопротивление геомагнитной бури и начала падать обратно на Землю, в конечном итоге сгорая в атмосфере.
Солнечная погода может иметь крайне дорогостоящие последствия, поэтому важно улучшить наше понимание, мониторинг и предсказание таких явлений. Ученые изучают солнечный ветер, чтобы пролить свет на космическую погоду и улучшить прогнозы космической погоды.
«Мы не можем игнорировать космическую погоду, но мы можем принять соответствующие меры, чтобы защитить себя», — говорит НАСА (открывается в новой вкладке).
Как ученые изучают солнечный ветер?
Обсерватория гелиофизической системы содержит флот космических кораблей, предназначенных для изучения нашей динамичной Солнечной системы. (Изображение предоставлено НАСА)
Гелиофизические миссии изучают Солнце и его влияние на Солнечную систему, включая влияние солнечного ветра.
Согласно НАСА, целью этих миссий (откроется в новой вкладке) является «понимание всего, от того, как сформировалась планетарная атмосфера, до того, как космическая погода может повлиять на астронавтов и технологии вблизи Земли, до физики, которая определяет наше соседство в космосе».
Понимание солнечной среды — немалый подвиг, поэтому существует целый флот космических миссий, посвященных изучению нашего Солнца и его поведения. Эти миссии в совокупности можно рассматривать как единую обсерваторию, Системную обсерваторию гелиофизики (HSO).
HSO состоит из нескольких солнечных, гелиосферных, геокосмических и планетарных космических аппаратов, в том числе солнечного зонда Parker, выполняющего смелую миссию «прикоснуться» к солнцу, Солнечной и гелиосферной обсерватории (SOHO) — совместной работы НАСА и Европейского космического агентства. (ESA), Солнечно-земная обсерватория (STEREO), состоящая из двух почти идентичных обсерваторий, одна из которых расположена впереди орбиты Земли, а другая отстает, и солнечный орбитальный аппарат ЕКА, который впервые изучает неизведанные полярные области Солнца.
Дополнительные ресурсы
Если вы хотите увидеть, как солнечный ветер взаимодействует с другими объектами Солнечной системы, ознакомьтесь с этой инфографикой НАСА (откроется в новой вкладке).
Узнайте больше о многочисленных гелиосферных миссиях НАСА (открывается в новой вкладке) вместе с НАСА. Узнайте больше о солнечном ветре в этой пояснительной статье Чикагского университета (откроется в новой вкладке). Следите за скоростью и плотностью солнечного ветра в режиме реального времени в Центре прогнозирования космической погоды NOAA (открывается в новой вкладке).
Библиография
Ричардсон, Дж. Д., Ван, К., и Пауларена, К. И. (2001). Солнечный ветер: от солнечного минимума к солнечному максимуму. Успехи космических исследований, 27(3), 471-479. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0273117701000746
Корональные отверстия. Центр прогнозирования космической погоды NOAA/NWS. Получено 15 июня 2022 г. с https://www.swpc.noaa.gov/phenomena/coronal-holes
Фокс, К. Воздействие сильных солнечных вспышек. НАСА, 13 мая 2013 г. Получено 15 июня 2022 г. с https://www.nasa.gov/mission_pages/sunearth/news/flare-impacts.html 9.0003
Фрейзер, С. Быстрый солнечный ветер вызывает световые шоу Авроры.
НАСА, 9 октября 2015 г. Получено 15 июня 2022 г. с https://www.nasa.gov/image-feature/goddard/fast-solar-wind-causes-aurora-light-shows
Гелиосфера. ESA Science & Technology, 1 сентября 2019 г. Получено 15 июня 2022 г. с https://sci.esa.int/web/ulysses/-/2576-the-heliosphere
Лернер, Л. Юджин Паркер, «Легендарная фигура». в науке о Солнце и тезка Parker Solar Probe, 1927–2022 гг. Новости Чикагского университета, 16 марта 2022 г. Получено 15 июня 2022 г. с https://news.uchicago.edu/story/eugene-parker-legendary-figure-solar-science-and-namesake-parker-solar-probe. -1927-2022
НАСА. Воздействие солнечного ветра. НАСА. Получено 15 июня 2022 г. с https://science.nasa.gov/science-news/news-articles/effects-of-the-solar-wind
НАСА. Наука о солнечном ветре. NASA Space Technology 5. Получено 15 июня 2022 г. с https://www.jpl.nasa.gov/nmp/st5/SCIENCE/solarwind.html
NASA. Солнечный ветер. Солнечная физика. Центр космических полетов Маршалла. Получено 15 июня 2022 г.
с https://solarscience.msfc.nasa.gov/SolarWind.shtml
Солнечный ветер. SpaceWeatherLive.com. Получено 15 июня 2022 г. с https://www.spaceweatherlive.com/en/help/the-solar-wind.html 9.0003
Солнечный ветер. Прогноз Авроры. Получено 15 июня 2022 г. с https://auroraforecast.is/solar-wind/
Солнечный ветер. Солнечный ветер | Центр прогнозирования космической погоды NOAA/NWS. Получено 15 июня 2022 г. с https://www.swpc.noaa.gov/phenomena/solar-wind
Zell, H. (2021, 19 марта). Гелиофизические миссии: изучение Солнца и его влияния на межпланетное пространство. НАСА. Получено 15 июня 2022 г. с https://www.nasa.gov/mission_pages/sunearth/missions/index.html
.
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].
Дейзи Добриевич присоединилась к Space.com в феврале 2022 года в качестве справочного автора, ранее работавшего штатным автором в нашем сестринском журнале All About Space.