Версия для печати
Вернуться к списку

НА ПУЛЬСЕ СОЛНЦА И ЗЕМЛИ

Магнитные бури, вызываемые солнечной активностью, изменяют состояние околоземного космического пространства, воздействуют на наземные и космические технические системы. Как изучаются эти явления? На вопросы нашего корреспондента отвечает директор Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН им. Н.В.Пушкова (ИЗМИРАН) доктор физико-математических наук Владимир КУЗНЕЦОВ.

- Владимир Дмитриевич, а что, собственно, сегодня известно о земном магнетизме?

- Земля - это огромный магнит. Его ось незначительно наклонена к оси вращения-планеты. Геомагнитное поле равномерно возрастает при приближении к полюсам, где сходятся силовые линии: там его величина в два раза больше, чем на экваторе. Кроме того, есть много различных аномалий - отклонений значений магнитного поля на поверхности Земли от нормы. Некоторые из них связаны с залежами железной руды - как, например, Курская. Иное происхождение у Бразильской аномалии. Там магнитное поле имеет форму воронки размером около тысячи километров. Это явление, как предполагается, связано с перемещением глубоких внутренних структур вблизи земного ядра.

Геомагнитное поле хорошо изучено, есть его подробные карты. Но время от времени их нужно обновлять.

- Почему?

Магнитное поле Земли дрейфует со скоростью примерно один километр за сотню лет. Причем, как правило, хаотически. Канадская аномалия, например, движется то в одну сторону, то в другую, противоположную. А вот Бразильская перемещается стабильно с востока на запад, примерно по одной широте. Раньше она была в Африке, до этого - в Океании. Существуют вековые циклы изменения геомагнитного поля - они связаны с вращением Земли. Есть пульсации. Кроме того, в среднем один раз за 10 миллионов лет магнитные полюса планеты меняются местами. Очень сильное влияние на поле оказывает солнечный ветер, проносящийся мимо Земли с огромной скоростью - примерно 400 километров в секунду! Это поток заряженных частиц, состоящий в основном из электронов и ядер атомов водорода и гелия. Двигаясь с огромной скоростью, они взаимодействуют с магнитными полями планет и деформируют их. Если мы посмотрим на поле Земли из космоса, то увидим, что с дневной стороны оно сильно поджато из-за давления солнечного ветра и обращенная к Солнцу его граница располагается на расстоянии примерно 10-12 земных радиусов от нашей планеты. А с противоположной, ночной, стороны магнитное поле простирается на сотни земных радиусов, уходя далеко за лунную орбиту. То есть днем мы находимся в "голове" магнитного поля, а ночью - в "хвосте". Эта область околоземного пространства, физические свойства которой определяются магнитным полем Земли и его взаимодействием с потоками заряженных частиц солнечного происхождения, называется магнитосферой.

- Какое влияние она оказывает на нашу планету?

- Роль магнитосферы трудно переоценить! Без ее защиты живые существа на Земле долго не прожили бы. Ведь Солнце, источник необходимого для жизни тепла и света, является также источником губительной радиации. От вредного для здоровья жесткого ультрафиолетового излучения нас защищает атмосфера, и в частности озоновый слой, а от не менее опасного потока заряженных частиц - магнитосфера. Как известно, магнитное поле отклоняет движущиеся заряды. И, когда космические частицы (электроны, протоны, ядра) его достигают, они начинают вращаться вокруг силовых линий и поэтому не могут проникнуть вглубь и достичь земной поверхности. В этом случае говорят о "магнитном щите" планеты. Опасные частицы "стекаются" к полюсам и "отражаются" от них, как солнечные лучи от зеркала.

- А что происходит при магнитной буре?

- При магнитной буре поле колеблется, частицы проникают ниже точек отражения, достигают атмосферы. Сталкиваясь с молекулами и атомами, они передают им свою энергию. Так возникают полярные сияния. Магнитные бури и вызванные ими явления - это результат солнечной активности. Когда на Солнце происходят вспышки, в направлении Земли выбрасывается "возмущенный" поток плазмы. Он достигает магнитосферы и "поджимает" ее, происходит захват частиц в радиационные пояса. Частицы высыпаются вдоль силовых линий, образуя так называемый овал полярных сияний. В основном это происходит вблизи полюсов, но бывают и исключения. Например, в ноябре 2003 года в Троицке во время сильной магнитной бури мы также наблюдали свечение атмосферы. Длительность одного солнечного цикла составляет 11 лет - от минимума активности светила до его максимума и снова до минимума. За этот период Земля испытывает более 600 магнитных бурь.

- Владимир Дмитриевич, ваш институт создавался именно с целью изучения геомагнитного поля?

- Сначала задача ставилась чисто практическая. Для обеспечения устойчивой радиосвязи с арктическими экспедициями потребовались точные прогнозы распространения радиоволн. Такие прогнозы можно получить, просвечивая радиоволнами ионосферу. Этот же метод позволяет определить и оптимальные частоты для сеансов связи. Особенно важной эта информация была во время военных действий.

До 1959 года институт не входил в состав Академии наук, а подчинялся Госгидромету. Постепенно становилось ясно, что сильное влияние на распространение радиоволн оказывают магнитные бури, которые, в свою очередь, напрямую зависят от солнечной активности. Наш институт развивался. И сейчас здесь изучается вся цепочка явлений - от процессов на Солнце до процессов в магнитосфере и ионосфере Земли. Появилось такое понятие, как "космическая погода". Она определяется солнечной активностью и магнитными бурями. Прогнозирование ее - актуальная проблема, поскольку современная техника - и космическая, и земная, - с каждым годом усложняясь, становится все более восприимчивой к влиянию магнитных возмущений. Именно с ИЗМИРАН началось комплексное изучение космической погоды в России. Сейчас у нас 50 лабораторий, есть филиалы в Санкт-Петербурге и Калининграде. Наша обсерватория вот уже более полувека непрерывно проводит магнитные измерения. Есть специальный зонд для определения параметров ионосферы; оптический телескоп для наблюдения за Солнцем в ясную погоду; радибтелескоп для исследования солнечного радиоизлучения. Наш институт был организатором Полярного геофизического института под Мурманском, Института солнечно-земной физики в Иркутске, Института космофизических исследований в Якутске, Института космических исследований и распространения радиоволн на Камчатке.

Какие достижения ИЗМИРАН вы считаете наиболее важными?

- В конце 1950-х годов мы первыми провели измерения магнитного поля Земли со спутников. За эти работы совместно с другими учеными организатор и первый директор института Н.Пушков в 1960 году получил Ленинскую премию. В мире подобные исследования начали проводить позже. Мы также первыми измерили магнитное поле Луны. Это удалось сделать во время полетов советских лунных спутников. В отличие от Земли у Луны нет единого магнитного поля. Наблюдаются только небольшие локальные проявления магнетизма.

В 1970-х годах мы обнаружили связь между некоторыми аномальными процессами в ионосфере и землетрясениями. Предсказывать эти опасные явления мы пока еще не можем, поскольку данных недостаточно. Но, возможно, это дело времени. 28 мая 2006 года был запущен спутник КОМПАС-2.

Задача проекта "Компас" - набрать необходимый статистический материал. В конечном счете, это позволит продвинуться в изучении ионосферных аномалий, связанных с предваряющими землетрясение процессами в земной коре, и в их использовании для предсказания землетрясений.

- На вашем сайте перечислены проекты, которые сегодня реализуются учеными института. Какой из них кажется вам наиболее значительным?

- Одно из самых важных последних достижений ИЗМИРАН проект "КОРОНАС-Ф". В рамках широкой кооперации российских и зарубежных специалистов с 2001 по 2005 год (как раз в годы наибольшей солнечной активности) на околоземной космической солнечной обсерватории "КОРОНАС-Ф", на которой находилось 15 научных приборов, был выполнен большой объем исследований. Мы наблюдали экстремальные события на Солнце, изучали их морфологию, динамику, регистрировали вызванные ими проявления деформации в магнитосфере Земли. Измерили глобальные колебания Солнца, которое иногда напоминает жидкую каплю. Изучение этих явлений позволяет заглянуть внутрь нашего светила. Мы обнаружили горячие области в короне, связанные с выбросами плазмы. Температура короны - один-два миллиона градусов, а температура этих областей доходит до 20 миллионов градусов. Благодаря рентгеновскому телескопу получили снимок самой мощной солнечной вспышки. По результатам наших исследований учеными из разных стран уже опубликовано более 200 научных работ, сделаны многочисленные доклады на международных и российских конференциях и симпозиумах.

- Какими вы видите перспективы развития ИЗМИРАН?

- Прежде всего, будут продолжаться систематические исследования по всем научным направлениям института. Для этого происходит обновление научного оборудования, разрабатываются и готовятся к реализации новые космические проекты по исследованию солнечной активности и ее воздействию на Землю. Скажу лишь об одном из них - о проекте "Интергелиозонд" Федеральной космической программы. Космический аппарат, совершая многократные пролеты вблизи Венеры, за счет гравитационного притяжения планеты приблизится к светилу в семь раз ближе Земли. Это позволит лучше изучить солнечную атмосферу и глубже проникнуть в понимание наиболее важных физических явлений, происходящих на Солнце.