Изменение космической погоды: из одной крайности в другую

Примерно один раз в 11 лет газеты сообщают о том, что активность Солнца достигла своего апогея во время так называемого “солнечного цикла”, то есть, естественного изменения активности нашего светила. В это время ученые обычно фиксируют увеличение числа солнечных пятен и протуберанцев, потенциально несущих опасность для землян, а интенсивность полярных сияний возрастает.

Повышенная солнечная активность называется “солнечным максимумом”. По прогнозам, в нынешнем году следующий максимум придется на август. Но оказывается, по мнению специалистов, занятых изучением Солнца, повышенное внимание следует уделять не только солнечным максимумам, но и более спокойному периоду солнечной активности – солнечному минимуму, во время которого активность нашего светила не столь велика.

“Во время солнечного минимума влияние космической погоды на нас отнюдь не прекращается, а всего лишь видоизменяется. В результате, мы сталкиваемся с другой крайностью,” – заявляет астрофизик Мадхулика Гухатхакурта (Madhulika Guhathakurta).  Она возглавляет проект НАСА “Жизнь со звездой” (“Living With a Star”), в номере “Space Weather” за 19 марта ею в соавторстве была опубликована статья, посвященная солнечной активности.

Сторонники Гухатхакурты считают, что периодические изменения активности Солнца, представляющие собой колебания между солнечным максимумом и минимумом, – это не просто чередование фаз. Каждая из них обладает своей спецификой и может быть по-своему вредоносной.

Солнце является постоянным источником радиации, выбрасывающим потоки заряженных частиц в межпланетное пространство солнечной системы. Космическая погода в околоземном пространстве формируется под влиянием потоков плазмы, магнитных полей и элементарных частиц, устремленных в околоземное пространство.

Во время пика солнечной активности от поверхности солнца в результате вспышек отделяются огромные массы солнечного вещества, извергая в космическое пространство потоки заряженных частиц и радиацию. И когда все эти массы солнечного вещества сталкиваются с Землей, то в результате спутники могут выйти из строя, а радиосвязь может быть нарушена, что представляет несомненную опасность для космонавтов. Во время гигантских солнечных бурь могут быть повреждены линии электропередач и другие объекты инфраструктуры, расположенные на Земле.

Кроме всего прочего, увеличение интенсивности ультрафиолетового излучения во время солнечного максимума разогревает земную атмосферу, в результате чего ее объем увеличивается, а это, в свою очередь, ведет к увеличению силы лобового сопротивления, действующей на спутники и, в частности, на Международную космическую станцию, тем самым все сильнее притягивая эти объекты к земле. Для специалистов ЦУП данный факт, конечно же, мало приятен, поскольку из-за этого приходится вновь и вновь “поднимать” спутники и МКС на расчетные орбиты.

Положительный эффект солнечных максимумов заключается в том, что весь космический мусор, заполонивший околоземное пространство, тоже притягивается к Земле. А поскольку частицы мусора сравнительно малы, то, двигаясь под действием силы тяготения, они сгорают в плотных слоях атмосферы, а околоземное пространство очищается.

Теперь возьмем противоположную фазу – солнечный минимум. Здесь все происходит по-другому, и возникают свои опасности: как только солнечный ветер утихает, увеличивается интенсивность потока галактических космических лучей, проникающих в солнечную систему.

В этом случае потоки элементарных частиц с высокой энергией летят на огромных скоростях и, попадая в организм человека, разрушают молекулы ДНК, тем самым увеличивая у астронавтов риск заболевания раком. Именно это является одним из основных препятствий, которое сильно мешает осуществлению недавно заявленного проекта – полет человека на Марс, в соответствии с которым в 2018 году во время солнечного минимума планируется отправить на Красную планету двух землян. Словом, если космонавты и специалисты ЦУПа считают, что солнечный минимум – время спокойное, то, по мнению г-жи Гухатхакурты, они очень сильно в этом заблуждаются.

Во время солнечного минимума происходит снижение интенсивности ультрафиолетового излучения, в результате чего атмосфера Земли охлаждается, а ее объем уменьшается. Правда, это совсем неплохо для спутников, ведь действующие на них силы гравитации слабеют. Однако отрицательное последствие солнечного минимума состоит в том, что возрастают объемы космического мусора в околоземном пространстве.

Словом, влияние минимумов и максимумов имеет сложный, неоднозначный характер. Именно по этой причине Гухатхакурта вместе с соавтором статьи сравнивает солнечную цикличность с такими явлениями, как Эль-Ниньо и Ла-Нинья. Эти климатические явления также называются “южная осцилляция” в Тихом океане, причем характерное время данной осцилляции – от двух до семи лет. Подобно солнечным максимуму и минимуму, Эль-Ниньо и Ла-Нинья характеризуются специфическим набором свойств – и положительных, и отрицательных. Так, во время сезона Эль-Ниньо на западное побережье Южной Америки обрушиваются проливные дожди и даже возникают наводнения, в то время как в Новой Англии стоит относительно теплая и сухая погода, а для сельского хозяйства Перу и Эквадора Эль-Ниньо – настоящий подарок. Теперь возьмем другой крайний случай “южной осцилляции” – сезон Ла-Нинья. В это время в западной части Тихого океана устанавливается очень сухая погода, в Южной Америке возникают наводнения, а в северной части Северной Америки наступает мягкое лето.

Впервые Гухатхакурта решила серьезно заняться исследованием солнечных циклов во время последнего из минимумов солнечной активности, который был зафиксирован в промежутке между 2008 и 2009 годами. В то время количество солнечных пятен было минимальным, однако интенсивность потока космических лучей наоборот достигла самого высокого из уровней, зафиксированных с момента начала космической эры; верхние слои земной атмосферы сильно ослабели, а количество космического мусора увеличилось. “Звучит все это как-то устрашающе, не так ли?” – спрашивает Гухатхакурта.

Как сказал Роберт Ратледж, возглавляющий бюро прогноза погоды Национальной метеорологической службы Космического центра прогнозирования погоды (NOAA), подход к исследованию космической погоды, предложенный Гухатхакуртой, крайне интересен. “Именно так и нужно проводить анализ. И в этом направлении еще многое предстоит сделать”, – продолжает г-н Ратледж.

Большинство людей склонны считать, что на человека влияют лишь солнечные бури, рекордное количество которых наблюдается, как правило, во времена солнечных максимумов. Однако не меньший ущерб может нанести и солнечный минимум, т.е. минимальный уровень солнечной активности, в результате которого может пострадать работа спутников.

Поскольку самый последний солнечный минимум был очень длительным, а солнечная активность в это время была самой низкой, то, по словам Рутледжа, “некоторые модели, описывающие лобовое сопротивление [спутников] в земной атмосфере, начали давать сбой. И этого никто не ожидал”.