Как выглядит в космосе солнце: Как выглядит Солнце с каждой из планет Солнечной системы |

Содержание

Астрономы выяснили, когда Солнце сделает Землю непригодной для жизни

Итак, нашей звезде, по имеющимся данным, 4,5 миллиарда лет. Учитывая, что самой Вселенной примерно 13 миллиардов лет, можно считать Солнце долгожителем. И оно ещё в самом расцвете сил. Надо сказать, далеко не все звёзды вообще доживают до таких лет: в целом тенденция такова, что чем массивнее звезда, тем быстрее она «перегорает». Супергиганты, к примеру, могут протянуть всего какой-нибудь десяток миллионов лет и взорваться сверхновой. Напомним, взрыв сверхновой — это эффектный, заметный по всей галактике сброс внешней оболочки «умирающей» звезды. Кстати, астрономы подозревают, что это вот-вот случится с красным сверхгигантом Бетельгейзе в созвездии Ориона. Эта звезда раз в 17 (если не больше) массивнее Солнца. И ей как раз примерно десять миллионов лет — по астрономическим меркам это очень мало. И такая же ситуация с голубым сверхгигантом Ригелем из того же созвездия: ему примерно восемь миллионов лет, то есть тоже, можно сказать, недолго осталось.

Созвездие Ориона со звездой Бетельгейзе в обычном состоянии (слева) и во время необычайно сильного падения видимой звёздной величины в начале 2020 года (справа). Фото © Wikipedia / H. Raab

А вот наше Солнце — скромный жёлтый карлик. И оно благополучно продержится ещё долгие миллиарды лет. Когда-нибудь оно тоже снимет свою сравнительно небольшую мантию, но без такого фантастического шоу, какое обещает Бетельгейзе, а тихо-спокойно, и оставит после себя белого карлика. Но перед этим оно раздуется до размеров красного гиганта, а в его чреве сгорят все ближайшие планеты: Меркурий, Венера и, скорее всего, Земля и Марс тоже.

Конечно, это нескоро — примерно через пять миллиардов лет. Но дело в том, что при подробном рассмотрении этого прогноза оказывается, что конец света наступит задолго до того, как наша планета будет разрушена Солнцем физически. Жизнь на Земле держится на хрупком идеальном балансе всего. К примеру, она расположена как раз на такой орбите, на которой океаны и не испаряются начисто, и не замерзают полностью. Зарубежные астрономы называют наше месторасположение в Солнечной системе «зоной Златовласки», а у нас в России можно было бы сказать «зона Маши» — по аналогии со сказкой про Машу и медведей: стул медведя не подошёл, стул медведицы не подошёл, зато у медвежонка — то, что нужно. Именно в «зоне Златовласки» и ищут потенциально пригодные экзопланеты в далёком космосе.

Так вот, сейчас всё идеально, исходя из текущей температуры солнышка. Напомним, на его поверхности — 5500 градусов по Цельсию. Стоит звезде сделаться немного прохладнее или, наоборот, горячее — и мы пропали. То есть нам останется только переезжать на другую планету — либо ближе, либо дальше Земли, — в зависимости от того, где будет новая «зона Златовласки».

Недавно прогноз дальнейшей эволюции Солнца попытались составить специалисты Европейского космического агентства. Они опирались на замечательные по своей точности данные космического телескопа Gaia, который запустили в 2013 году в так называемую точку Лагранжа L2 — это такое место в 1,5 миллиона километров от Земли, где притяжение друг друга Земля и Солнце уравновешивают, то есть стабильное местоположение, в котором космический аппарат может спокойно летать очень долго. Кстати, в такой же точке находится и «Спектр-РГ», например.

Космическая обсерватория Gaia. Фото © ESA–D. Ducros

Космическая обсерватория Gaia изучает распределение звёзд в галактике, помогает искать новые экзопланеты, но главное — она очень хорошо определяет яркость звёзд, их спектральный класс, то есть, проще говоря, цвет и на этой основе позволяет составить представление об их возрасте и о том, что и когда с ними случится.

Астрономы сопоставили данные о без малого шести тысячах звёзд, похожих на Солнце (а жёлтые карлики после красных — самый распространённый тип во Вселенной) и получили картину дальнейшей ситуации с нашей собственной звездой. Для наглядности они даже показали её будущее в анимации. Она выглядит как график. Вертикальная линия — это светимость Солнца, чем выше оно поднимается по этой линии, тем оно ярче. Горизонтальная линия — это температура, но тут надо обратить внимание: по мере движения вправо температура ПОНИЖАЕТСЯ, влево — соответственно, повышается.

И данные телескопа Gaia нам говорят, что светимость Солнца за ближайший миллиард лет увеличится примерно на 10%, а вместе с ней и температура. В принципе, этого вполне достаточно, чтобы жизнь в том виде, в каком мы её сейчас наблюдаем, стала невыносимой. А может быть, и просто невозможной. К тому моменту, когда нашей звезде стукнет уже восемь миллиардов лет, она нагреется максимально, а потом начнётся процесс её старения: термоядерное топливо (коим является водород) будет иссякать, Солнце станет остывать и одновременно увеличиваться в размерах. Тогда-то и пробьёт час Меркурия, а за ним и остальных планет вплоть до самого Юпитера. Но есть подозрения, что для обитателей Земли это уже не будет иметь никакого значения по той простой причине, что их давно уже не будет как таковых. Безжизненная Земля через миллиард лет… Останутся ли на ней хоть какие-нибудь следы человеческой цивилизации? Останется ли память о том, как мы стремились к звёздам? А впрочем, для кого хранить эту память, пока неясно. Может, во всей Вселенной больше и нет никого.

Какой вариант конца света вас больше всего пугает?

Ядерная война

Изменение климата

Падение астероида

Старение Солнца

Вселенский хаос: Как пролетающая мимо звезда уничтожит Солнечную систему

Адель Романенкова

Статьи
Вселенная
Наука и Технологии

Комментариев: 2

Для комментирования авторизуйтесь!

«Солнце — очень активный объект» – Огонек № 42 (5637) от 26.10.2020

Солнце на глазах становится важнейшим объектом изучения для земной науки. Впервые зонды пролетели так близко, чтобы сфотографировать корону нашей звезды, математики моделируют процессы внутри нее, в России строят мощный комплекс по изучению его влияния на нашу планету. А что мы знаем о Солнце сегодня? Достаточно ли, чтобы защитить себя от вступления Солнца в активную фазу? Во сколько вообще экономике обходятся солнечные вспышки? И, наконец, зачем ученые кипятят небо у нас над головами с помощью сверхмощных антенн? Обо всем этом «Огонек» поговорил с директором Института солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН, членом-корреспондентом РАН Андреем Медведевым.

Андрей Медведев считает, что наблюдение за Солнцем должно быть приоритетом любой страны, претендующей на освоение космоса

Фото: Тимур Сабиров, Коммерсантъ

Беседовала Елена Кудрявцева

— Андрей Всеволодович, в последние годы появилось так много серьезных космических миссий по изучению Солнца, что невольно начинаешь подозревать что-то неладное. Только США запланировали целых пять…

— К Солнцу сейчас действительно повышенное внимание — одновременно осуществляется много интересных космических миссий. Например, Solar Orbiter впервые исследует полюса Солнца с максимально близкого расстояния. Интерес в целом понятен: ближний космос в последние годы осваивается как никогда активно, а с деятельностью Солнца связана работа огромного количества аппаратуры в космосе — систем связи, навигации, спутников мониторинга… От того, сможем ли мы достоверно предсказывать активность Солнца, зависит также развитие космонавтики и межпланетных перелетов.

Речь, впрочем, не только о космической деятельности. Еще в XIX веке, напомню, состоялась так называемая буря Каррингтона — из-за мощной солнечной вспышки на сотнях километров пропадала связь, выходили из строя телеграфные линии и аппараты, самих телеграфистов иной раз било током. С тех пор вспышек такой мощности у нас не было.

— А если такое произойдет сейчас? Можете предсказать последствия?

— Огромный поток частиц в первую очередь повредит космические аппараты в ближнем космосе, причем самым серьезным образом. Следом пострадает коротковолновая связь по всей Земле. Затем нарушится глобальное позиционирование, которое сейчас осуществляется при помощи навигационных спутниковых систем, таких как GPS, ГЛОНАСС и аналогичных структур в КНР.

На поверхности Земли пострадают все протяженные технологические системы — телеграф, энергетические службы и трубопроводы. Известно, что во время мартовской бури 1989-го в Квебеке (она была в разы слабее каррингтоновской) наступил так называемый блэкаут на территории Канады: наведенные токи вызвали выгорание трансформаторов, так что из строя вышла значительная часть энергосистемы страны. А в октябре 2003-го мощная «хэллоуинская» вспышка на Солнце повредила ряд спутников, вызвала перебои в телефонной и мобильной связи.

Эксперты оценивают разовый ущерб такого воздействия в триллионы долларов. Так что в целом катастрофы на Солнце могут привести глобальную экономику в состояние коллапса, причем в первую очередь пострадают страны в высоких широтах.

Помимо Канады это север Америки, север Европы и Россия с ее протяженным арктическим побережьем, которое сейчас интенсивно осваивается. Научное сообщество все это осознает, поэтому в США и Китае работают целые комитеты, которые курируют весь комплекс работ по изучению и мониторингу Солнца. Они также работают по комплексным проблемам прогноза и предотвращения катастрофических событий, связанных с возмущениями на Солнце.

— Учитывая актуальность темы, досадно, что в космосе нет работающих российских солнечных миссий.

— Да, мы серьезно отстаем и, безусловно, нуждаемся в создании космических аппаратов для работы вблизи Солнца. Сегодня, правда, есть точка зрения, что в науке должно быть разделение труда по странам. Но это, на мой взгляд, не снимает вопроса: есть страны, в том числе Россия, которые по своему положению в мире просто обязаны заниматься всем перечнем передовых научных проблем.

Восемь с половиной минут

— Взглянем с другой стороны. А что дает предсказание солнечной бури, если мы не можем ее предотвратить?

— Можно предотвратить последствия. К счастью, природа нам дает интервал времени в 8 с половиной минут: столько идет до Земли электромагнитное излучение от Солнца. И, что даже более важно, у нас есть еще время от полусуток до двух с половиной суток — столько доходит до нас в зависимости от скорости и мощности вспышки на Солнце само вещество, которое возмущает геомагнитное поле.

А вот за это время мы уже можем, к примеру, застраховать линии электропередачи, переключившись на вспомогательные источники электроэнергии. Можем перевести в состояние сна спутники. Перекинуть воздушные суда на резервные каналы связи, которые менее подвержены воздействию. А еще в таком прогнозе остро нуждаются специалисты, работающие на современных радарах и локаторах. Ведь во время солнечной вспышки можно увидеть ложные отметки о целях, и если принять помехи за вражеские объекты, которые вас атакуют, это может стать причиной катастрофы.

— Всерьез страдают только технические системы? Или людям тоже важно получать эти предупреждения?

— Последствия солнечных вспышек непосредственно влияют на пилотов дальней авиации при трансполярных перелетах. Понятно, как выгодно использовать полярную область для сокращения перелета, скажем, из Западного полушария в Восточное, когда летишь из РФ в Японию или США. Но на этой трассе серьезные технические трудности неизбежны: линии магнитного поля здесь образуют воронку, через которую солнечное вещество практически беспрепятственно доходит до поверхности Земли. То есть процессы высыпания высокоэнергетических частиц (речь о радиации.— «О») здесь куда более интенсивные. Если не учитывать прогнозы солнечной активности, то за один полет можно получить уровень радиации, который обычно пилот накапливает за всю профессиональную жизнь.

— А такая служба прогноза где-то работает? Могут сегодня отменить полет по прогнозу активности Солнца?

— Мы еще не вышли на уровень уверенного прогноза таких событий, чтобы выдавать предупреждение об отмене полетов. Но к тому идет. Для этого важно понимать, как устроены солнечно-земные связи, как представляет сегодня наука всю физическую цепочку процессов между Солнцем и поверхностью Земли.

— И как она ее видит?

— Пока это еще уравнение со многими неизвестными. Мы знаем, что процессы на Солнце не регулярны, но они имеют некие закономерности, которые во многом от нас ускользают.

Связь между Солнцем и Землей осуществляется через межпланетное космическое пространство, которое тоже контролирует Солнце, от него зависит плотность потока частиц — нейтронов, протонов, электронов и нейтрино.

«Общаются» Солнце и Земля и в пограничной сфере — в магнитной оболочке Земли. Долгое время, вплоть до ХХ века, ученые представляли, что Земля имеет магнитное поле простой конфигурации, в форме двух полусфер вокруг магнитного стержня, как рисуют в учебниках. Но в середине XX века стало понятно: мы живем в постоянном потоке солнечного вещества, которое обдувает Землю как ветер и серьезно деформирует ее магнитное поле: со стороны Солнца оно прижато потоком, а с ночной стороны — сильно вытянуто. При этом конфигурация нашего магнитного поля постоянно меняется — под порывами солнечного ветра оно трепещет, как аэродромная «колбаса», которая показывает направление ветра. Скажем, когда частицы солнечного ветра возмущают магнитное поле Земли, там индуцируются электрические токи, происходит высыпание частиц и это влияет сначала на космические аппараты и на космонавтов, а затем на ионосферу — верхнюю часть атмосферы.

— Именно благодаря ионосфере у нас есть современная связь?

— Да, начиная с работы первых радиоаппаратов стало понятно, что волны определенного диапазона вовсе не излучаются в космос, а распространяются вокруг Земли, огибая ее. Было высказано предположение, что в верхних слоях атмосферы Земли существует некий ионизированный слой, который отражает волны. Благодаря этому слою мы можем иметь связь с очень удаленными объектами, вплоть до кругоземной связи.

Так вот. Оказалось, что эту самую ионизацию обеспечивает солнечное излучение. Но поскольку оно не постоянно, то и связь в некотором диапазоне может быть неустойчивой. Стало ясно: если мы хотим осуществлять связь на большие расстояния, нужно в первую очередь изучать Солнце.

— Вы упомянули космонавтов. А как они спасаются от порывов солнечного ветра? Ведь Солнце может выбросить массу вещества порядка 10 млрд тонн.

— На обитаемых космических аппаратах есть камеры с повышенной защитой от солнечного излучения. В них укрываются, когда предполагается выброс солнечного вещества. Но понятно, что все время там проводить нельзя, а обеспечить такой защитой весь корабль не получится — он будет слишком тяжелым. Но до начала длительных космических миссий эту задачу нужно решить.

Выследить пятно

— Мы все время говорим о вспышках и пятнах. Можно пояснить, что это с физической точки зрения?

— Нужно понимать: в космосе нет спокойных или умерших объектов, все обладают какой-то активностью. Солнце — объект очень активный. Для него характерен 22-летний цикл, во время которого происходят так называемые переполюсовки, когда северный и южный магнитные полюса полностью меняются местами. При этом изменяется и конфигурация магнитного поля Солнца, вплоть до того, что в какой-то момент оно похоже на скрученный жгут, бублик, который располагается в экваториальной плоскости. Затем оно снова распределяется между полюсами. Эти процессы сопровождаются серьезной перестройкой магнитных полей Солнца.

Вспышки и пятна напрямую связаны с этой динамикой магнитного поля. Там, где магнитное поле слабеет, оно плохо сдерживает солнечную плазму и в какой-то момент она прорывается — мы видим вспышку, которая сопровождается выбросом вещества и электромагнитным излучением в очень широком диапазоне.

— А исходя из чего тогда делается прогноз сегодня?

— Ученые наблюдают за появлением новых пятен. У Солнца период обращения вокруг своей оси — порядка 27 дней. Иногда пятно отрабатывает свой цикл и выбрасывает вещество, когда Солнце смотрит в противоположную сторону от Земли, тогда мы на какое-то время успокаиваемся. Если этого не происходит — ждем выброса.

— Насколько большими могут быть пятна на Солнце и как долго они живут?

— Они могут быть просто огромными и занимать до 10 процентов поверхности. Кроме того, чаще всего пятно не одно, а целая группа пятен. Вообще, за период наблюдений самое большое количество пятен на Солнце было на рубеже 1950–1960-х годов. С тех пор их становится меньше, но это не означает, что вероятность мощных вспышек падает: катастрофические события на Солнце возможны и в слабые циклы. Достаточно высокие циклы активности, в которые наблюдалось много пятен, были в 2001-м и 2003-м. Сегодня же мы живем в цикле с очень небольшим количеством пятен.

— Существует теория, что пониженная солнечная активность связана с похолоданием, в частности с малым ледниковым периодом в XVI веке. Подтверждается ли это?

— Крайне интересный вопрос. Малый ледниковый период в XVI–XVII веках действительно сопровождался продолжительным периодом очень низких температур на всей поверхности Земли и затяжным периодом низкой солнечной активности.

Но у нас, увы, до сих пор нет устоявшейся теории, которая позволяла бы связать циклы солнечной активности с циклами потепления и похолодания земного климата. Мы понимаем: связь есть. Но ее механизмы до конца неизвестны.

Чаще всего в климатологии нынешние процессы изменения климата связывают с антропогенной деятельностью. В этом есть серьезный резон, но очевидно, что это не единственный фактор воздействия. По точным наблюдениям, в том числе и палеоклиматическим, мы знаем, что серьезные циклы потепления и похолодания имели место. Причем циклы потепления были достаточно узкие, а циклы похолодания — продолжительные. Сейчас, конечно, антропогенный фактор присутствует, но мы и так находимся в рамках цикличности потепления. Возможно, природные циклы сработают так, что антропогенный фактор станет несущественным и мы вполне можем оказаться в ближайшее время в цикле похолодания, которого не ожидаем.

— А Солнце сейчас выходит из цикла минимальной активности?

— Да, Солнышко пробуждается, на нем изредка начинают появляться пятна.

— Только этого не хватало сейчас во время?пандемии…

— А от этого никуда не деться: от одного пика солнечной активности до другого примерно 11 лет. По этому поводу точно не нужно расстраиваться.

Вооруженным взглядом

— Институт солнечно-земной физики в Иркутске, которым вы руководите, десятилетиями вел фундаментальные исследования, но не так давно приступил и к прикладным — занялся составлением прогнозов. Какие технические средства вам понадобились для этого?

— В России наш институт — лидер по наземным экспериментальным наблюдениям всех факторов космической погоды. Поэтому речь об очень широком спектре приборов: крупные оптические телескопы, радиотелескопы, радары и оптические наземные устройства, которые изучают собственное свечение атмосферы. Расположены они на обширной территории: от крупной обсерватории рядом с заполярным Норильском до обсерватории в горах рядом с Монголией. Плюс накоплен огромный опыт экспериментально-фундаментальных исследований в области солнечно-земной физики. Это позволяет развернуть на базе нашего института крупный проект наблюдательных средств нового поколения. Работы в этом направлении сейчас объединены в Национальный гелиогеофизический комплекс РАН.

— Говорят, ничего более грандиозного у нас не строили уже полвека. Какие самые интересные инструменты входят в комплекс?

— Будет построено семь уникальных объектов: в Бурятии радиогелиограф в Тункинской долине, набор оптических инструментов у села Торы, лидар (лазер, работающий по принципу радара), комплекс радаров на озере Байкал, крупный солнечный телескоп на территории Саянской солнечной обсерватории. Нагревной стенд (оборудование для проведения испытаний.— «О») под Ангарском и Центр обработки данных в Иркутске.

— В 1960-е в СССР появилась служба Солнца, это будет что-то похожее?

— У службы Солнца была конкретная задача: обеспечивать постоянный мониторинг Солнца от восточных до западных границ страны. Гелиофизический комплекс заменить ее не сможет, так как он обеспечивает наблюдение в одной точке, но зато очень крупными инструментами. Мы наблюдаем такие структуры, которые недоступны ни одной службе. Таких установок не может быть много, их может быть несколько на всей Земле.

— В каком состоянии проект сегодня?

— В Бурятии строится уникальный радиогелиограф, планируем запустить его в следующем году. Он будет делать томографию короны Солнца и изучать ее более высокие и более низкие слои. Другой крупный объект — солнечный телескоп с диаметром зеркала 3 метра — будет построен на границе с Монголией, сейчас заканчиваем проектирование. Он сможет изучать поверхность Солнца с высочайшим временным и пространственным разрешением, недоступным до сих пор наземным инструментам.

— Кто же построит такое зеркало? Это же инженерное чудо.

— Планируем, что само зеркало будет производиться в России. Подобный опыт есть у подмосковного Лыткаринского завода оптического стекла, где сегодня выпускается примерно треть всего мирового рынка крупногабаритной оптики. Они изготовили зеркала для крупнейших телескопов — сети телескопов LGOGT, второго по размеру в Азии тайского телескопа TNT, обзорных телескопов VST и VISTA.

В состав комплекса войдет и один из лучших в мире направленных радаров, с помощью которого можно будет исследовать отклик на солнечное воздействие на высотах от 10 до более 1000 километров. Это важно, потому что средняя и высокая атмосфера — очень разные физические объекты и перекрыть весь этот диапазон одним радиофизическим устройством крайне трудно. Мы нашли уникальное технологическое решение вместе со специалистами Радиотехнического института им. Минца. У них есть опыт создания крупных радиолокационных станций, в том числе новейших радаров для предупреждения о ракетном нападении. На основе этих моделей, только, конечно, совсем с другими конфигурациями, будет создаваться новый радар НР-МРС (некогерентный радар «мезосфера — стратосфера — тропосфера») для фундаментальных исследований. Работа стала возможна, так как у нас в институте много лет эксплуатируется бывший военный радар, мы хорошо понимаем достоинства и недостатки такого оборудования и знаем, что нужно для решения нового класса задач.

— А как военный радар появился в вашем институте?

— В СССР система предупреждения о ракетном нападении создавалась с 1960-х годов на базе крупных и очень мощных радиолокационных станций. В конце 1980-х ряд этих станций начали выводить из состава Вооруженных сил. Когда речь зашла об установке в наших краях, академик Гелий Жеребцов, который 30 лет руководил нашим институтом, предложил передать ее ученым. Мы приняли станцию на баланс в начале 1990-х, в очень тяжелое время, сегодня это единственный в РФ (и один из десяти в мире) радаров некогерентного рассеивания подобного рода. Он занимается диагностикой ближнего космоса и верхней атмосферы. Чтобы вы поняли, о чем речь: с помощью этого радара можно «разглядеть» пятирублевую монету на расстоянии 200 километров, а куски космического мусора видны и за 1000 километров. Чрезвычайно важным будет исследование специальными оптическими средствами узкой области на высоте 80–100 километров, где фактически молчат все радиоволны. Чтобы исследовать волновые процессы, здесь мы будем использовать лидар.

— Когда должен быть завершен проект?

— Первые два объекта будут завершены в 2021-м, конечный срок ввода в эксплуатацию — 2028–2029 годы. Проблема в том, что в целом Национальной гелиогеофизический комплекс настолько сложен, что мы сейчас пытаемся понять, в какой организационной структуре он может существовать. Мы ведь планируем привлечь около 500 специалистов, в том числе из-за рубежа.

Вскипятить небо

— Одна из частей нового геофизического комплекса — установка для нагрева ионосферы. Ее иногда сравнивают с американским комплексом HAARP на Аляске, о котором так любят вспоминать, когда говорят о климатическом оружии.

— Речь идет о коротковолновом нагреве ионосферной плазмы. Наш нагревной стенд является аналогом известной установки HAARP на Аляске, но будет иметь свою специфику. Эта крайне интересная установка позволяет ставить лабораторные эксперименты над природной средой. То есть мы с помощью антенн радаров создаем очень мощное, точечное, контролируемое и хорошо дозированное воздействие на природную среду, а потом следим за реакцией с помощью всего арсенала диагностических средств.

— Ученые гигантским лучом разогреют небо?

— Давайте поясним, что такое нагревной стенд. Мы говорили, что существует диапазон длинных волн радиоизлучения, которые отражаются от ионосферы,— так выглядит нормальный процесс связи. А когда плотность энергии в этом излучении превосходит некий уровень, то внутри плазмы начинаются процессы разогрева и проявляется настоящий зоопарк разнообразных процессов, который очень интересно изучать. И чем больше установок вокруг, чтобы эти процессы фиксировать, тем лучше. Такие эксперименты весьма важны, потому что ионосфера защищает нас от?массы неприятностей, связанных с солнечными выбросами, и нам необходимо понимать, грубо говоря,?сколько она сможет выдержать.

— Какой объем ионосферы при этом нагревается?

— Объем гигантский: речь идет о десятках тысяч кубических километров на высоте от 150 до 400 километров. Хотя в глобальном смысле мы нагреваем очень локальный участок. А для наземного наблюдателя участок неба, куда направлено повышенное радиоизлучение, просто по-другому светится.

— Кто первым придумал такие эксперименты и откуда разговоры о климатическом оружии?

— Можем с гордостью сказать: пионеры — советские ученые. Один из первых инструментов — под Нижним Новгородом на реке Суре, там проходят интересные эксперименты, хотя сама установка нуждается в глубокой модернизации. А вообще, сегодня нагревными экспериментами очень серьезно занимаются в США, отлично работает стенд Arecibo в?Пуэрто-Рико, есть сложная норвежская установка EISCAT на Шпицбергене. Серьезно к вопросам создания таких центров относится и Китай.

Что касается вопроса о климатическом оружии, то теперь мы вряд ли поймем, откуда пошли подобные разговоры. На мой взгляд, такие установки с большой долей вероятности к климатическому оружию не относятся. Трудно представить себе физические механизмы, которые позволили бы осуществить что-то подобное: атмосфера, где мы летаем на самолетах и к которой мы с вами привыкли, очень плотная среда по сравнению с той, что находится выше. Плотность ионосферы ничтожна, поэтому очень сложно представить, что, изменяя среду с крайне низкой плотностью, можно воздействовать на среду с высокой плотностью.

— Вы не раз упомянули китайских коллег. В институте именно с ними хорошо налажено сотрудничество?

— Географически Китай нам ближе, и с ними проще общаться. Но это не главное. Главное, что комплекс задач солнечно-земной физики невозможно решать только в одной точке, нам нужны данные в меридиональном и в широтном разрезе. К тому же в Китае сегодня просто феерические успехи в развитии экспериментальной и наблюдательной базы. У них лучшее в мире покрытие современными оптическими средствами наблюдения той самой узкой области, где не работают радиоволны.

— Ваш институт в 2009-м зафиксировал столкновение искусственных спутников Земли в космосе — американского «Иридиума» и выведенного из эксплуатации «Космоса-2251». Реально ли предотвращать такие события?

— Мы можем отслеживать траектории объектов, опасных для действующих спутников, и предупреждать о возможных столкновениях. Это существенно, так как практически у всех объектов, за безопасностью которых мы следим, есть возможность для маневрирования. Но если, конечно, мусор возник внезапно, в результате какого-то взрыва, то тут мы мало что можем.

— Это как у китайцев, когда взорвался спутник?

— Они сами взорвали его ракетой, чтобы показать свои возможности. В итоге образовалось огромное облако осколков на высотах 800–900 километров.

— Мы начали с того, что наука сегодня помогает защищать все разрастающуюся техносферу, но, возможно, пора скорректировать этот рост?

— Проблема, которая касается непосредственно запуска спутников, давно обсуждается, с нашей стороны в этом участвуют специалисты Роскосмоса и МИДа. Полагаю, в скором времени должно быть заключено международное соглашение по квотам на запуски спутников. Ясно ведь, что прежняя свободная и вольготная деятельность в космосе достигла предела…

«Огонек» в рамках совместного медиапроекта со Сколковским институтом науки и технологий продолжает публикацию цикла интервью с ведущими отечественными физиками. В № 37 за 2018 год была опубликована беседа с Владимиром Захаровым; в № 39 за 2018 год — с Ильдаром Габитовым; в № 45 за 2018 год — с Валерием Рубаковым; в № 2 за 2019 год — с Альбертом Насибулиным, в № 11 за 2019 год — с Алексеем Старобинским, в № 20 — со Львом Зелёным, в № 23 — с Михаилом Фейгельманом, в № 30 — с Александром Белавиным, в № 38 — с Валерием Рязановым в № 47—Юрием Оганесяном, в № 2 за 2020 год — с Алексеи Китаевым, в №11 за 2020 год с — Владимиром Драчевым, с Александром Замолодчиковвым в № 18, со Львом Иоффе в № 24, с Фазоилом Атауллахановым в № 27, с Геннадием Борисовым в №30, с Владимиром Кекелидзе в №35, с Юрием Ковалевым в №39.

Куда летит Солнце?

Владимир Курт
«Троицкий вариант» №25(94), 20 декабря 2011 г.

Заслуженный деятель науки, докт. физ.-мат. наук, профессор Астрокосмического центра ФИАН Владимир Курт — астрофизик широкого профиля. Ему принадлежат как важные экспериментальные результаты по исследованию свойств межпланетной среды в Солнечной системе и по изучению космических гамма-всплесков, так и теоретические результаты в разных областях астрономии. Научной работой он занимается с 1955 года. Предлагаем нашим читателям его статью об истории открытия одного из движений Солнца.

До Николая Коперника (1473–1543) ученые полагали, что в центре Мира находится Земля, а все планеты, тогда их было известно пять (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн) и Солнце вращаются вокруг Земли. Я не говорю уже о гипотезах нахождения Земли на спине слона, черепахи или еще каких-либо пресмыкающихся или млекопитающих.

В год смерти Коперника (1543) было опубликовано на латыни его многотомное сочинение «Об обращении небесных сфер» с описанием новой системы мироздания, в центре которого находилось Солнце, а все планеты, числом уже шесть (с присовокуплением к пяти известным планетам и Земли) вращаются по круговым орбитам вокруг центра — Солнца.

Следующий шаг в построении Солнечной системы сделал в 1609 г. Иоганн Кеплер (1571–1630), доказавший, используя точные астрометрические наблюдения движения планет (в основном сделанные датским астрономом Тихо Браге (1546–1601), что планеты движутся не по кругам, а по эллипсам, в фокусе которых находится Солнце.

Экспериментальное, т. е. наблюдательное, подтверждение теории Коперника было получено Галилео Галилеем (1564–1642), который наблюдал в телескоп фазы Венеры и Меркурия, что и подтвердило коперниканскую (т. е. гелиоцентрическую) систему мироздания.

И, наконец, Исаак Ньютон (1642–1727) вывел дифференциальные уравнения небесной механики, которые позволяли вычислять координаты планет Солнечной системы и объяснили, почему они движутся, в первом приближении, по эллипсам. В дальнейшем трудами великих механиков и математиков XVIII и XIX веков была создана теория возмущений, позволившая учесть гравитационное взаимодействие планет друг на друга. Именно таким образом, путем сравнения наблюдений и вычислений, были открыты далекие планеты Нептун (Адамс и Леверье, 1856) и Плутон (1932), хотя в прошлом году Плутон был административным порядком вычеркнут из списка планет. На сегодня занептунеанских планет размером с Плутон и даже чуть больше насчитывается уже шесть.

К середине XIX века астрометрическая точность определения координат звезд достигла сотых долей секунды дуги. Тогда для некоторых ярких звезд было замечено, что их координаты отличаются от координат, измеренных несколькими столетиями раньше. Первым таким античным каталогом был каталог Гиппарха и Птолемея (190 г. до н.э.), а в гораздо более позднюю эпоху раннего Возрождения — каталог Улугбека (1394–1449). Появилось понятие «собственного движения звезд», которые до этого, да и сейчас по традиции называются «неподвижными звездами».

Внимательно изучая эти собственные движения, Уильям Гершель (1738–1822) обратил внимание на их систематическое распределение и сделал из этого правильный и весьма нетривиальный вывод: часть собственного движения звезд не есть движение этих звезд, а отражение движения нашего Солнца относительно близких от Солнца звезд. Точно так мы видим перемещение близких деревьев относительно далеких, когда едем на автомобиле (или, что еще лучше, на лошади) по лесной дороге.

Увеличивая количество звезд с измеренными собственными движениями, удалось определить, что наше Солнце летит в направлении созвездия Геркулеса, к точке, называемой апексом, с координатами α= 270° и δ= 30°, со скоростью 19,2 км/с. Это есть собственное «пекулярное» движение Солнца со всеми планетами, межпланетной пылью, астероидами относительно примерно ста ближайших к нам звезд. Расстояния до этих звезд невелики, что-то порядка 100–300 световых лет. Все эти звезды участвуют и в общем движении вокруг центра нашей Галактики со скоростью около 250 км/с. Сам центр Галактики расположен в созвездии Стрельца, на расстоянии от Солнца около 25 тыс. световых лет. Движение Солнца среди звезд напоминает движение мошки в облаке, в то время как всё облако с гораздо большей скоростью летит относительно деревьев в лесу.

Конечно, и сама вся наша гигантская Галактика летит относительно других галактик. Скорости индивидуальных галактик достигают сотен и тысяч км/с. Одни галактики приближаются к нам, как, например, знаменитая туманность Андромеды, другие удаляются от нас.

Все галактики и скопления галактик также участвуют в общем космологическом расширении, которое заметно, однако, только при масштабах более 10–30 миллионов световых лет. Величина этой скорости расширения линейно зависит от расстояния между галактиками или их скоплениями и равна, по современным измерениям, около 25 км/с при расстоянии между галактиками миллион световых лет.

Можно, однако, еще выделить и особую систему отсчета, а именно поле реликтового 3К субмиллиметрового излучения. Там, куда мы летим, температура этого излучения слегка выше, а откуда летим — ниже. Разница этих температур — 0,006706 К. Это так называемая «дипольная компонента» анизотропии реликтового излучения. Скорость движения Солнца относительно реликтового излучения равна 627 ± 22 км/с, а без учета движения Местной группы галактик — 370 км/с в направлении созвездия Девы.

Так что на вопрос, куда летит наше Солнце и с какой скоростью, ответ дать трудно. Надо сразу определить: относительно чего и в какой системе координат.

В 1961 г. наша группа из Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга МГУ проводила наблюдения рассеянного солнечного ультрафиолетового излучения в линиях водорода (1215А) и кислорода (1300А) с высотных геофизических ракет, поднимавшихся до высоты 500 км. В это время благодаря предложению академика С. П. Королева в Советском Союзе начали систематически запускать межпланетные станции, как пролетные, так и посадочные, к Марсу и Венере. Естественно, что и мы решили попытаться обнаружить у Венеры и Марса такие же протяженные водородные короны, как и на Земле.

При этих запусках мы смогли проследить следы нейтрального атомарного водорода вплоть до 125 000 км от Земли, т. е. до 25 радиусов Земли. Плотность водорода при таких удалениях от Земли составляла всего около 1 атома на см³ , что на 19 порядков меньше концентрации воздуха на уровне моря! Однако, к великому нашему удивлению, оказалось, что интенсивность рассеянного излучения в линии Лайман-альфа с длиной волны 1215А при еще больших удалениях не падает до нуля, а остается постоянной и достаточно высокой, причем интенсивность меняется в 2 раза, в зависимости от того, куда смотрел наш маленький телескоп.

Вначале мы полагали, что это светят далекие звезды, однако расчет показывал, что такое свечение должно быть на много порядков ниже. Ничтожное содержание в межзвездной среде космической пыли полностью «съедало» бы это излучение. Протяженная солнечная корона, согласно теории, должна была быть практически полностью ионизована, и нейтральных атомов там не должно было быть.

Оставалась лишь межзвездная среда, которая около Солнца могла быть в большой степени нейтральной, что и объясняло открытый нами эффект. Через два года после нашей публикации Ж.-Э. Бламон и Ж.-Я. Берто из Службы аэрономии Франции с американского спутника ОГО-V обнаружили геометрический параллакс области максимального свечения в линии Лайман-альфа, что позволило сразу оценить расстояния до нее. Эта величина оказалась равной примерно 25 астрономическим единицам. Были также определены координаты этого максимума. Картина начала проясняться. Решающий вклад в эту проблему внесли два немецких физика — П. В. Блум и Х. Дж. Фар, которые указали на роль движения Солнца относительно межзвездной среды. С целью измерения всех параметров этого движения в 1975 г. нами совместно с уже упомянутыми французскими специалистами было выполнено два специальных эксперимента на отечественных спутниках «Прогноз-5» и «Прогноз-6». Эти спутники позволили получить карту всего неба в линии Лайман-альфа, а также измерить температуру нейтральных атомов водорода в межзвездной среде. Была определена плотность этих атомов «на бесконечности», т. е. вдали от Солнца, скорость и направление движения Солнца относительно локальной межзвездной среды.

Плотность атомов оказалась равной 0,06 атома/см³, а скорость — 25 км/с. Была разработана и теория проникновения атомов межзвездной среды в Солнечную систему. Оказалось, что нейтральные атомы водорода, пролетая вблизи от Солнца по гиперболическим траекториям, ионизируются двумя механизмами. Первый из них — фотоионизация ультрафиолетовым и рентгеновским излучением Солнца с длинами волн короче 912А, а второй механизм — перезарядка (обмен электронами) с протонами солнечного ветра, которые пронизывают всю Солнечную систему. Второй механизм ионизации оказался в 2–3 раза более эффективным, нежели первый. Солнечный ветер останавливается межзвездным магнитным полем примерно на расстоянии 100 астрономических единиц, а межзвездная среда, набегающая на Солнечную систему, — на расстоянии 200 а.е.

Между этими двумя ударными волнами (вероятно, сверхзвуковыми) находится область очень горячей, полностью ионизованной плазмы с температурой 10⁷ или даже 10⁸ К. Вопрос о взаимодействии налетающих нейтральных атомов водорода с горячей плазмой в этой промежуточной области чрезвычайно интересен. При перезарядке межзвездных, относительно холодных атомов межзвездной среды с горячими протонами в этой области образуются нейтральные атомы с очень высокой температурой и соответственной скоростью, приведенной выше. Они пронизывают всю Солнечную систему и могут регистрироваться у Земли. С этой целью в США был запущен 2 года тому назад специальный спутник Земли — ИБЕКС, успешно работающий для решения этих и смежных проблем. Открытый нами эффект «набегания» межзвездной среды получил название «межзвездный ветер».

Для того чтобы обойти этот неясный вопрос, наша группа провела цикл наблюдений с ИСЗ «Прогноз» в линии нейтрального гелия с длиной волны 584А. Гелий не участвует в процессе перезарядки с протонами солнечного ветра и почти не ионизуется солнечным ультрафиолетом. Именно благодаря этому атомы нейтрального гелия, пролетая по гиперболам мимо Солнца, фокусируются за ним, образуя конус с повышенной плотностью, который мы и наблюдали. Ось этого конуса дает нам направление движения Солнца относительно локальной межзвездной среды, а его расходимость дает возможность определения температуры атомов гелия в межзвездной среде вдали от Солнца.

Наши результаты по гелию отлично совпали с измерениями по атомарному водороду. Плотность атомарного гелия «на бесконечности» оказалась равной 0,018 атома/см³, что позволило определить степень ионизации атомарного водорода, полагая, что обилие гелия равно стандартному для межзвездной среды. Это соответствует 10–30% степени ионизации атомарного водорода. Найденные нами плотность и температура атомарного водорода как раз и соответствуют зоне нейтрального водорода с несколько повышенной температурой — 12000 К.

В 2000 г. немецкие астрономы во главе с Х. Розенбауером смогли на внеэклиптическом аппарате «Улисс» непосредственно обнаружить атомы нейтрального гелия, влетающие в Солнечную систему из межзвездной среды. Ими были определены параметры «межзвездного ветра» (плотность атомарного гелия, скорость и направление движения Солнца относительно локальной межзвездной среды). Результаты прямых измерений атомов гелия отлично совпали с нашими оптическими измерениями.

Такова история открытия еще одного движения нашего Солнца.

См. о научном вкладе В. Г. Курта на сайте www.astronet.ru

Космический телескоп Уэбба видит начало Солнечной системы

Наука

Астрономы запечатлели острое изображение еще одной планетарной системы в процессе становления.

Марина Корен

Марк МакКориан и Сэм Пирсон из Европейского космического агентства / JWST / NASA / ESA / CSA расстоянии 4,5 миллиарда лет назад они увидели бы звезду, окруженную первичным газом и пылью. Этот материал, сложенный узким, но плотным диском, кружился вокруг молодой звезды. Со временем его частицы столкнулись и образовали комки. Гравитация сгладила неровные края самых больших из них, чтобы образовались планеты и луны, а осколки превратились в астероиды и кометы.

Тот же процесс происходит вокруг других звезд по всей Вселенной. Мы можем даже сделать его снимок с помощью мощных телескопов. Это выглядит не так уж и много, но эта маленькая, похожая на летающую тарелку вещь на изображении вверху этой статьи — планетарная система в процессе создания. Маленькая яркая лампочка в темноте, окруженная собственным кольцом из пыли и газа, известна астрономам как протопланетный диск. Так выглядел наш космический дом вначале, задолго до того, как его звезда стала известна кучке форм жизни на третьей планете от центра, как Солнце.

Эта работа находится в стадии разработки в туманности Ориона, светящемся облаке межзвездного газа и пыли на расстоянии около 1500 световых лет от нас. Его звезде около 1 миллиона лет — ребенок по астрономическим меркам. Пыль вокруг звезды блокирует свет от яркой туманности на заднем плане, изображенной здесь серым цветом, поэтому диск планеты виден в виде силуэта. По словам Марка Маккориана, астронома и старшего советника по науке и исследованиям в Европейском космическом агентстве, тусклая, нечеткая сфера, расположенная внутри, — это не сама звезда, а скорее звездный свет, сияющий от ореола пыли вокруг нее. Это одна из самых заманчивых сред в космосе, где маленькие частицы в конечном итоге превратятся в полноценные миры.

Изображение, полученное ранее этой осенью с нового космического телескопа Джеймса Уэбба, который МакКориан использует для изучения скопления в туманности Ориона, где находится множество молодых звезд, подобных этой. «Мы пытаемся выяснить, стали ли частицы в этом диске больше, чем можно было бы ожидать в межзвездной среде — обычные частицы пыли, крошечные вещи, плавающие в космосе», — сказал мне Маккориан. «Удалось ли этому диску на самом деле склеить некоторые частицы и начать процесс построения планеты?»

Телескоп Уэбба может наблюдать только самый внешний край этого диска, но любое свидетельство скопления там предполагает, что тот же процесс происходит дальше, ближе к звезде, где диск еще более плотный, сказал Маккориан. Согласно теориям формирования планет, здесь уже должны формироваться газовые гиганты, такие как Юпитер и Сатурн.

Звездная система, известная по своим координатам как Орион 294-606, не является новым открытием, и астрономы уже наблюдали такие цели раньше, в туманности Ориона и в других местах. Они обнаружили контрольные признаки формирования планет, изучая закономерности потока газа в протопланетном диске. Астрономы даже определили отчетливые признаки химических элементов, плавающих внутри некоторых из этих дисков, что позволяет им делать прогнозы о том, из чего могут состоять планеты будущего.

Но есть что-то трогательное в объекте, заснятом Маккорианом, парящем в тени космического облака. Это напоминает мне «бледно-голубую точку», знаменитое изображение, полученное космическим кораблем НАСА «Вояджер» в 1990 году после его грандиозного путешествия по Солнечной системе, которое вдохновило Карла Сагана описать Землю как «пылинку, подвешенную в солнечном луче». ” Когда я впервые увидел это изображение, я был немного в восторге. Это искаженное изображение: нечеткие полосы солнечного света — это технические артефакты, связанные с тем, как была направлена камера зонда, а крошечное пятнышко в оранжевом луче выглядит так, как будто вы пытаетесь стереть его с экрана вашего ноутбука. Эти проблемы часто возникают у астрономических изображений — предмет и его значение не всегда сразу ясны. Только когда вы немного посидите с изображением, освободив место для удивления, эти пиксели станут чем-то другим. Зернистое изображение может представлять попытку человечества понять вселенную и показать нам наше место в ней.

Орион 294-606 можно рассматривать как уменьшенную межзвездную версию бледно-голубой точки. Дело не только в том, что изображение может вызвать чувство одиночества — хотя Маккориан сказал, что многие другие звезды изобилуют просто вне кадра, — но из-за того, что внутри скрыта чудовищность. На снимке с бледно-голубыми точками запечатлен целый мир, а на снимке Уэбба есть нечто еще большее. Этот протопланетный диск примерно в пять раз шире нашей Солнечной системы до Нептуна. Вероятно, у него есть все необходимое для создания планетарной системы с таким же разнообразием, как у нас, для создания собственных версий Юпитера и Сатурна и, возможно, даже Земли. Это маленькое пятно пикселей? Это такое место, которое может создавать бледно-голубые точки и, возможно, всю жизнь, которая находится внутри.

Путешествие Юджина Паркера к Солнцу | Журнал Air & Space

Обсерватория солнечной динамики на орбите Земли делает впечатляющие портреты Солнца, такие как этот ультрафиолетовый снимок активных областей, сделанный в 2015 году.

В июле человечество направит к нашей звезде своего первого эмиссара. [ Обновление : запуск перенесен на 11 августа. ] Тяжелая ракета Delta IV с добавленной верхней ступенью унесет солнечный зонд НАСА Parker от Земли и, подгоняемый гравитацией Венеры, вскоре станет самым быстрым космическим кораблем в истории. прилетел. На своей максимальной скорости космический корабль будет летать в космосе со скоростью 430 000 миль в час, достаточно быстро, чтобы добраться из Нью-Йорка в Лос-Анджелес за 25 секунд.

В течение семи лет тщательно срежиссированных прыжков он будет приближаться к солнцу, как матадор, танцующий внутрь к свирепому быку. В конечном итоге он выйдет на эллиптическую орбиту, которая в перигелии окажется на расстоянии 3,9 миллиона миль от видимой поверхности Солнца, что более чем в семь раз ближе, чем осмелился бы рискнуть любой космический корабль. Он не будет касаться поверхности. Это было бы слишком опасно — и невозможно, потому что солнце — это бурлящая печь плазмы, состояние материи, неспособное сформировать то, что можно было бы считать поверхностью. Вместо этого зонд полетит прямо в единственную область Солнечной системы, до сих пор не исследованную космическим кораблем: корону. То, что происходит здесь, в солнечной атмосфере, простирающейся на миллионы миль, влияет на эту планету и любое другое место в нашем районе, но его динамика остается загадочной.

Мы знаем, что атмосфера Солнца намного горячее, чем его внешний плазменный слой, и этот факт, кажется, противоречит термодинамике. Солнечный ветер из короны дрейфует наружу, пересекая 93 миллиона миль пространства, чтобы создать полярное сияние в магнитосфере Земли. С Земли мы не можем увидеть корону, если не наблюдаем во время полного солнечного затмения. Зонд Parker Solar Probe возьмет образец непосредственно из этого слоя Солнца, и мы впервые сможем получить информацию о царстве, которое соединяет Землю и нашу звезду.

**********

Хвосты комет были первым свидетельством того, что Солнце было чем-то большим, чем статичный шар в небе. В 1607 году ночью появилось привидение: комета, которая в конечном итоге будет названа в честь Эдмонда Галлея, астронома, предсказавшего ее 75-летнюю орбиту. Среди многочисленных наблюдателей был немецкий астроном Иоганн Кеплер, который написал Галилео Галилею, задаваясь вопросом, не солнечный ли это хвост кометы размазал по небу. Возможно, однажды, рассуждал он с великой проницательностью, путешественники смогут использовать эту солнечную энергию в качестве двигателя в путешествиях между звездами: «Предоставьте корабли или паруса, приспособленные к небесному ветру, и найдутся те, кто бросит вызов даже этой пустоте».

Только в 20 веке астрономы предположили, что вместе со светом Солнце излучает постоянный поток частиц, который толкает хвост кометы. В начале 1950-х Юджин Паркер, астрофизик из Чикагского университета, хотел изучить, почему атмосфера Солнца такая горячая. Он прочитал несколько статей о солнечных частицах и начал соединять точки. Паркер, которому сейчас 90 лет, говорит, что во время своего исследования он обнаружил, что «корона в основном статична вблизи Солнца. Есть небольшое движение, но оно не течет с какой-либо заметной скоростью». Но когда вы изучаете это излучение гораздо дальше, «оно занято сдуванием хвостов кометы», — говорит он. — Это говорит о том, что вы имеете дело с газом — гидродинамическим потоком газа. Другими словами, Солнце излучало не только электромагнитное излучение, но и потоки частиц с низкой плотностью.

Зонд, названный в честь Юджина Паркера (в 1977 г.), вот-вот получит крупный портрет Солнца.

Если бы этот поток от Солнца был газом, Паркер мог бы использовать знакомые физические уравнения для дальнейшего описания того, что происходит в короне. Его расчеты показали, что при чрезвычайно высоких температурах самых внешних слоев короны газ должен очень быстро утекать от Солнца. На самом деле, к тому времени, когда они достигнут Земли, штормовой ветер все еще будет сверхзвуковым. Паркер ввел термин для оттока: солнечный ветер.

«Это было то, что большинство людей не могли проглотить. Они выразили суровое недоверие», — вспоминает он. «Я сказал им, вы знаете, что корона неподвижна на Солнце, и вы знаете из хвостов комет, что она очень быстро движется дальше от Солнца. Вы добавляете температуры, которые наблюдаются [в короне], миллион градусов, и это не может не быть солнечным ветром. Вот такая динамика получается».

В 1958 году Паркер опубликовал статью, в которой показал, что его расчеты показали, что это явление состоит из сложной системы потока плазмы, магнитных полей и высокоэнергетических частиц. Он утверждал, что это влияет на все планеты и пространство во всей Солнечной системе, и правильно предсказал закрученную форму — теперь называемую спиралью Паркера — которую примет магнитное поле вращающегося Солнца, когда солнечный ветер перенесет его во внешнюю часть Солнечной системы. Его теория в значительной степени игнорировалась до 1962 года, когда «Маринер-2» стал первым зондом, вышедшим за пределы магнитного поля Земли. Космический корабль наблюдал сверхзвуковой солнечный ветер (и тот факт, что наша магнитосфера в значительной степени защищает нас от него), и Паркер был оправдан.

Солнечный зонд Parker, официально названный прошлым летом, — это первый космический корабль, который НАСА посвятил еще живому человеку. Это дань важности вклада Паркера в науку, а также указание на то, насколько молода область исследований Солнца и как далеко ей еще предстоит пройти.

«За свою карьеру я мог наблюдать, как гелиофизика превращается из любопытства в прикладную науку, — говорит О. К. Сент-Сир, специалист по солнцу из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Мэриленде. Зонд Parker Solar Probe заполнит многие пробелы в знаниях о Солнце, помогая ученым понять, почему звезда ведет себя так, а не иначе. Хотя мы в целом понимаем, что создает магнитное динамо Солнца — горячие заряженные газы, протекающие внутри Солнца, создают электрические заряды, которые создают мощное поле — кажется, никто не знает, почему примерно каждые 11 лет оно колеблется между состоянием относительного спокойствия и один из ярости. Никто не знает, почему Солнце извергает корональные выбросы массы, гигантские выбросы энергичных частиц, и никто не может достоверно их предсказать. Это означает, что никто не может предсказать, когда солнечные бури от КВМ обрушатся на Землю, что может повредить телекоммуникационное оборудование на земле и в космосе. До сих пор никто точно не знает, как и почему генерируется солнечный ветер. Никто не знает, как он производит сильные, недолговечные струи материала длиной 6000 миль, называемые спикулами. И никто не знает, почему корона так нагревается.

«У нас нет возможности смоделировать полное солнце во всей его сложности», — говорит Николин Виалл, астрофизик Годдарда. Именно взаимосвязь различных солнечных активностей делает столь трудным различение индивидуальных характеристик. «Одна спикула может запустить волну, которая вызовет событие магнитного пересоединения и нагреет плазму. Но это все умозрительно. Это всего лишь фундаментальные вопросы физики плазмы, на которые мы должны отправиться на Солнце, чтобы действительно ответить».

Проблема нагрева короны, как ее называют, остается одним из самых спорных вопросов в науке о Солнце, поскольку кажется, что она нарушает правила фундаментальной физики. Фотосфера Солнца — его видимая поверхность плазмы — имеет температуру около 10 000 градусов по Фаренгейту, но тонкая корона достигает миллионов градусов. Ты как будто сидишь у костра, и воздух на твоем лице был в сто раз горячее самого пламени. Научная литература изобилует конкурирующими идеями о том, как происходит перегрев короны: плазменные волны, поднимающиеся из недр Солнца; магнитные косички, которые скручиваются и натягиваются, в конце концов порвавшись, как резиновые ленты; «тепловые бомбы» или «нановспышки», которые Паркер предложил через 30 лет после публикации статьи о солнечном ветре.

«Штормы в солнечном ветре формируются где-то поблизости от того места, куда направляется «Солнечный зонд», — говорит Паркер. «Можно создавать теоретические модели этих бурь, но вы должны делать предположения о том, откуда поступает энергия, и прямо сейчас мы не знаем ответа на этот вопрос». Космический корабль погружает свои инструменты в солнечный ветер, как моряк опускает пальцы в воду, чтобы почувствовать течение. Он будет измерять направление и силу плазменных волн. Он будет измерять скорость и плотность широкого спектра частиц, от солнечных излучений с самой низкой энергией до самых энергичных протонов, связанных с солнечными вспышками, и будет наблюдать, как солнечный ветер достигает сверхзвуковой скорости. Выявление этих различий в скорости может выявить процессы, формирующие солнечный ветер.

Зонд также будет измерять магнитные поля и то, как они меняются в присутствии удара, например, при КВМ. Выяснение того, как эти облака заряженной плазмы возникают и устремляются наружу, является одной из самых важных целей миссии. Хотя ученые изучают их с Земли и с других космических аппаратов, наблюдающих за Солнцем, ничто не сравнится с полетом туда, говорит Никола Фокс, ученый проекта миссии и гелиофизик из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса в Лореле, штат Мэриленд. «С солнечным зондом Parker мы не просто сидим и фотографируем, — говорит она. «Мы не просто сидим в удобном районе недалеко от Земли. За все время миссии мы погружаемся в солнечную корону 24 раза».

Путешествие к солнцу, конечно, опасно. Зонд будет испытывать в 475 раз больше солнечного излучения, чем Земля. Он не подойдет достаточно близко, чтобы испытать самые высокие температуры короны, но все равно сгорит при температуре более 2500 градусов по Фаренгейту. Зонд будет защищен специально разработанными тепловыми экранами, охлаждающими насосами и радиаторами, что сделает его самым прочным космическим кораблем из когда-либо летающих. Juno, который находится на орбите Юпитера с июля 2016 года, закрыт радиационно-защитным панцирем, но углеродный композитный солнцезащитный экран Parker Solar Probe толщиной 4,5 дюйма не имеет аналогов в космических исследованиях. На поверхность щита будет направлено 2,8 миллиона ватт солнечной энергии, и только около 20 ватт из них дойдут до инструментов, почти все из которых остаются спрятанными за щитом, измеряя окружающую среду, когда она течет за ними.

Корабль нуждается в мощной системе охлаждения. Этот радиатор — один из двух, которые позволят зонду выдерживать тысячи градусов.

Большинство межпланетных зондов питаются от солнечной энергии; солнечные панели относительно недороги в изготовлении и запуске, а солнечная энергия бесплатна и постоянна. Но у Parker Solar Probe будет слишком много хорошего. Как и у Юноны, эллиптическая орбита зонда является одной из мер защиты, позволяющей ему немного отдохнуть от интенсивности, когда он вращается вокруг. На большинстве космических кораблей солнечные панели постоянно вытянуты, как крылья, чтобы захватить как можно больше энергии, но солнечные зонды были разработаны с необычной особенностью: шарнирными рычагами, которые могут спрятать панели за теплозащитным экраном. Бортовой компьютер постоянно прогнозирует потребность в энергии и определяет, какой процент солнечных батарей нужно открыть, а какой убрать. Чтобы края не перегревались, вода течет через прожилкообразные камеры внутри массива, который сделан из титана, но напоминает гофрированный картон. Вода поступает в четыре конусообразных радиатора, которые рассеивают тепло в пространстве. Однако это постоянная система, поэтому, когда он не скользит по солнцу, на зонде также есть обогреватели, чтобы предотвратить холод космоса.

На расстоянии 89 миллионов миль связь между зондом и Землей займет несколько минут, поэтому многие задачи зонда выполняются автономно. Космический корабль запрограммирован на множество команд, к которым он может получить доступ по мере изменения ситуации, самая важная из которых — убедиться, что теплозащитный экран закрывает то, что ему нужно. «Огромный уровень независимости космического корабля — это большая проблема, — говорит Фокс, — потому что вы должны проверить каждую из этих команд: «Если это, мы должны сделать это»» 9.0003

Зонд использует датчики звездного неба и инерциальный измерительный блок для определения своего положения — последний может какое-то время перемещаться самостоятельно, если датчики звездного неба ослеплены, например, солнечной вспышкой. Семь солнечных датчиков, установленных вокруг космического корабля, также могут выдавать предупреждения. Говорит Мэри Кэй Локвуд, системный инженер космического корабля в APL: «Если космический корабль начнет немного отклоняться от Солнца, один из датчиков солнечного лимба загорится и скажет: «Я вижу солнце здесь, поэтому поместите меня сзади за системой тепловой защиты». »

Научные инструменты также упакованы в систему охлаждения, работающую при комнатной температуре, около 78 градусов по Фаренгейту. Но из-за теплозащитного экрана торчат, как усы, четыре антенны диаметром 1/8 дюйма и чашка солнечного зонда, которая будет освещаться солнцем. Изучая корону так близко к ее источнику, зонд сможет предоставить более качественные данные для моделей, используемых для прогнозирования космической погоды, и, возможно, сможет точно определить причины CME.

Мы можем увидеть солнечную корону только во время полного солнечного затмения, но скоро мы с ней познакомимся. Зонд Parker Solar Probe проплывет сквозь этот сложный поток солнечного ветра и штормов, чтобы изучить, как они формируются.

**********

Понимание космической погоды является важным шагом для защиты экономики Земли и будущих миссий на другие планеты. Веществу от выбросов корональной массы обычно требуется несколько часов или дней, чтобы преодолеть расстояние между Солнцем и Землей. Достигнув Земли, CME могут создавать помехи для спутников, наземной связи и сетей электроснабжения. Они могут вызывать широкомасштабные отключения электроэнергии, а также обрушивать опасную радиацию на самолеты и космические корабли. Серьезные события могут быть катастрофическими для космического корабля и, что более важно, для любого человека на орбите. В 1972, между миссиями Аполлона 16 и 17, Солнце выпустило яростный шторм высокоэнергетических протонов, накопив достаточно энергии, чтобы пробиться сквозь четырехдюймовую толщу воды. Скафандр не давал бы никакой защиты. Если бы в то время астронавты были на Луне, они могли бы подвергнуться смертельно опасному облучению, в 400 раз превышающему обычную дозу компьютерной томографии. Без лечения около половины людей, подвергшихся такому уровню радиации, умирают в течение месяца или двух.

Металл, используемый для создания космических кораблей, предназначенных для людей, таких как капсулы «Аполлон» и Международная космическая станция на орбите, блокирует большую часть этого излучения, поэтому астронавты могут оставаться в безопасности, пока они правильно расположены в своем металлическом укрытии. Тем не менее, раннее предупреждение может спасти жизнь для любых миссий на низкой околоземной орбите, на Луне, на Марсе или на далеких астероидах. Тем не менее, кроме их основной связи с циклом солнечной активности, никто не понимает, почему случаются солнечные бури. За солнечными пятнами тщательно следят, и космические аппараты, наблюдающие за солнцем, могут сообщить, когда происходит бурление КВМ, но никто пока не может их предсказать.

«Есть процессы, которые мы не до конца понимаем, которые приводят к сбору или накоплению магнитной энергии в солнечной атмосфере», — говорит Антти Пулккинен, астрофизик Годдарда. «Как только это накопление магнитной энергии достигнет некоторого критического порога, тогда — бум. Мы значительно улучшили наше понимание всего за пару десятилетий, используя современные миссии и гелиофизические модели. Но дьявол кроется в деталях…. Если вы хотите в конечном итоге предсказать эти вещи, вам нужно правильно продумать детали».

Миссия зонда Паркер не только дает ученым возможность предсказывать опасную активность Солнца, но и имеет решающее значение для понимания физики нашей звезды. Точно так же, как нехватка миссий куда-либо, кроме Марса, оставила мало необработанных данных для планетологов, отсутствие миссий к Солнцу стало проблемой для гелиофизиков. Способность — или неспособность — собирать новые данные влияет на всю цепочку научных исследований: без входящих наблюдений становится труднее поддерживать крупные исследовательские программы, а существующим программам труднее набирать постдокторантов и аспирантов. Еще одна предстоящая миссия поможет зонду Parker поддерживать область гелиофизики: Solar Orbiter, совместная миссия НАСА и Европейского космического агентства. После запуска в следующем году он пролетит близко к Солнцу, чтобы изучить его внутреннюю часть и получить крупный план его полярных регионов. Сен-Сир Годдарда — его участие в миссиях Solar Orbiter и Parker свидетельствует о том, насколько мала в настоящее время область гелиофизики — говорит, что оба этих космических корабля откроют столь необходимые новые перспективы. Некоторые ученые, по его словам, все еще пытаются выжать новую информацию из данных двойного космического корабля Helios, пары зондов, запущенных Соединенными Штатами и Германией в 1970-е годы.

Но когда солнечный зонд Parker прибудет к месту назначения, он изменит относительно спокойную область гелиофизики. «[Миссия] может взорвать двери науки о Солнце», — говорит Сен-Сир. — У нас нет таких данных.

Единственный живой человек, в честь которого назван космический корабль, Юджин Паркер (на переднем плане) посещает зонд во время строительства в Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса. Вскоре его тезка значительно продвинет область, в которой он помогал первооткрывателям.

**********

Когда ученый Паркер впервые предсказал существование солнечного ветра, космическая эра была еще в зачаточном состоянии. Всего несколько месяцев назад первый искусственный спутник «Спутник-1» вызвал благоговейный трепет у всего мира. Пройдет еще пять лет, прежде чем будет запущен первый космический корабль для наблюдения за Солнцем, первый из восьми небольших спутников, называемых Орбитальной солнечной обсерваторией. Пройдет еще 12 лет, прежде чем Солнце станет основной целью космической миссии двух зондов Helios. В последующие десятилетия такие миссии, как Обсерватория солнечной динамики, близнецовая обсерватория солнечно-земных отношений, космический корабль Hinode и другие, открыли окно в поведение Солнца, но все они были на расстоянии.

До тех пор, пока солнечный зонд Parker не достигнет 3,9 миллиона миль от Солнца, космический корабль Helios останется рекордсменом по максимальному сближению. В 1975 и 1976 годах они летали на расстоянии 29 и 27 миллионов миль от Солнца. Космический аппарат MESSENGER, посетивший Меркурий, также провел некоторые измерения Солнца с расстояния 48,8 миллиона миль. Прямо за краем Солнечной системы, в 13-миллиардных пустошах, «Вояджер-1» может заполнить данные о последствиях влияния солнечного ветра. С Земли, находящейся на расстоянии 93 миллионов миль, астрономы могут измерить спектры Солнца — способ измерить его составные части. Они сделали это массово в августе 2017 года, когда полное солнечное затмение впервые за столетие пересекло континентальную часть Соединенных Штатов. Эти наблюдения помогают оценить плотность короны и скорость, с которой движутся частицы. Но самая большая дыра в наших знаниях — это то, что происходит с самой звездой. «Вот почему эти измерения такие новаторские и революционные», — говорит Фокс.

Из всего того, что гелиофизики надеются узнать о корональной науке, наиболее многообещающими могут быть данные, которые никто не может предсказать. Будет информация, которую никто не знает, как использовать; вся карьера будет построена на интерпретации данных с солнечного зонда Parker и включении их в модели прогнозирования космической погоды. «В этом регионе происходят физические явления, которые мы еще не измеряли», — говорит Фокс. «У людей есть разные теории, но пока мы не поднимемся и не проверим их, мы не можем сказать, какая из них верна. Или, может быть, они все неверны, и есть совершенно новый, до которого еще никто не додумался».

Сам Паркер надеется, что так оно и будет. «Я думаю, что образование бурь в космосе даст много информации о вещах, о которых мы знаем очень мало, и последствия для Земли будут очень серьезными», — говорит он. «Я думаю, там будет на что посмотреть. Но не спрашивайте меня, что именно, потому что я не знаю». Этой весной он просто счастливо ждет, когда его тезка взлетит.

Окно запуска солнечного зонда Parker открывается 31 июля и длится 20 дней. В это время Земля и Венера выровнены, что имеет решающее значение для траектории космического корабля. К сентябрю зонд пролетит мимо второй планеты. Используя эту помощь гравитации, он будет набирать скорость и совершенствовать орбитальный путь. В течение следующих нескольких лет он сделает еще шесть оборотов вокруг Венеры, а затем, наконец, повернется к Солнцу. Зонд направит свою защитную лицевую сторону к бурлящему оранжевому диску, усами к ветру. Выдерживая непостижимую жару и радиацию, космический корабль потянется за материалом, выкованным в самом сердце звезды. Затем он прикоснется к ней и отправит сообщение домой, соединяя человечество еще ближе с источником всего, что когда-либо жило или когда-либо будет, по крайней мере, в этом уголке галактики.

Рекомендуемые видео

Почему солнце восходит на востоке (и заходит на западе)?

В какой-то момент своей жизни вы, возможно, слышали поговорку: «Солнце завтра все равно встанет на востоке и сядет на западе». Вы поняли, значит, это не конец света. Но задумывались ли вы когда-нибудь, почему Солнце ведет себя таким образом? Почему — и, если уж на то пошло, — Солнце восходит на востоке, а заходит на западе? Какая механика стоит за этим?

Естественно, древние люди воспринимали прохождение Солнца по небу как знак того, что оно вращается вокруг нас. С рождением современной астрономии мы пришли к выводу, что на самом деле все наоборот. Солнце только кажется вращающимся вокруг нас, потому что наша планета не только вращается вокруг него, но и при этом вращается вокруг своей оси. Отсюда мы получаем знакомое прохождение Солнца по небу и основу для нашего измерения времени.

Вращение Земли:

Как уже отмечалось, Земля вращается вокруг своей оси, когда вращается вокруг Солнца. Если смотреть сверху на небесный север, Земля будет вращаться против часовой стрелки. Из-за этого тем, кто стоит на поверхности Земли, Солнце кажется движущимся вокруг нас в западном направлении со скоростью 15° в час (или 15° в минуту). Это верно для всех небесных объектов, наблюдаемых в небе, с «кажущимся движением», которое перемещает их с востока на запад.

Осевой наклон (или наклон) Земли и его отношение к оси вращения и плоскости орбиты. Кредит: Wikipedia Commons

Это относится и к большинству планет Солнечной системы. Единственным исключением является Венера, которая вращается назад по сравнению со своей орбитой вокруг Солнца (явление, известное как ретроградное движение). Уран — еще один, который не только вращается на запад, но и наклонен так сильно, что кажется, что он сидит на боку по отношению к Солнцу.

Плутон также движется ретроградно, поэтому для тех, кто стоит на его поверхности, Солнце восходит на западе, а заходит на востоке. Во всех случаях считается, что причиной является сильное воздействие. По сути, Плутон и Венера от сильного удара развернулись в другом направлении, а другой удар ударил Урана и опрокинул его на бок!

При скорости вращения 1674,4 км/ч (1040,4 миль/ч) Земля совершает один оборот вокруг своей оси за 23 часа 56 минут и 4,1 секунды. Это означает, по сути, что звездные сутки меньше 24 часов. Но в сочетании с его орбитальным периодом (см. ниже) солнечный день — то есть время, которое требуется Солнцу, чтобы вернуться в одно и то же место на небе — составляет ровно 24 часа.

Орбита Земли вокруг Солнца:

При средней орбитальной скорости 107 200 км/ч (66 600 миль/ч) Земле требуется приблизительно 365 256 дней — иначе. звездный год — совершить один оборот вокруг Солнца. Это означает, что каждые четыре года (так называемый високосный год) в земном календаре должен быть дополнительный день.

Если смотреть с небесного севера, кажется, что Земля вращается вокруг Солнца против часовой стрелки. В сочетании с ее осевым наклоном — то есть земная ось наклонена на 23,439 ° по направлению к эклиптике — это приводит к сезонным изменениям. Помимо изменения температуры, это также приводит к изменению количества солнечного света, получаемого полушарием в течение года.

По сути, когда Северный полюс указывает на Солнце, в северном полушарии наступает лето, а в южном — зима. Летом климат прогревается, и солнце появляется на утреннем небе раньше и садится в более поздний час вечером. Зимой климат обычно становится прохладнее, а дни короче, восход солнца наступает позже, а закат раньше.

За Полярным кругом наступает крайний случай, когда часть года отсутствует дневной свет – до шести месяцев на самом Северном полюсе, что известно как «полярная ночь». В южном полушарии ситуация совершенно обратная: на Южном полюсе «полуночное солнце», то есть день длится 24 часа.

И последнее, но не менее важное: сезонные изменения также приводят к изменениям видимого движения Солнца по небу. Летом в северном полушарии Солнце движется с востока на запад прямо над головой, а зимой приближается к южному горизонту. Летом в южном полушарии кажется, что Солнце движется над головой; а зимой он кажется ближе к северному горизонту.