Космическая погода

Полярное сияние с борта шаттла «Дискавери». Май 1991 года.

Космическая погода — Раздел научных знаний, называемый «Солнечно-земные связи», посвящён изучению совокупности всех возможных взаимодействий гелио- и геофизических явлений. Эта наука лежит на стыке физики Солнца, солнечной системы и геофизики и занимается исследованием влияния солнечной переменности и солнечной активности через межпланетную среду на Землю, в частности на магнитосферу, ионосферу и атмосферу Земли. В строго научном смысле к космической погоде относится динамическая (с характерными временами — сутки и менее) часть солнечно-земных связей, а по аналогии с земными процессами более стационарная часть часто называется «Космическим климатом». В практическом смысле к тематике космической погоды относятся, например, вопросы прогноза солнечной и геомагнитной активности, исследования воздействия солнечных факторов на технические системы (радиопомехи, радиационная обстановка и пр.), воздействия на биологические системы и людей.

В другом обозначении космическая погода — совокупность явлений, происходящих в верхних слоях земной атмосферы. в ионосфере и околоземном космическом пространстве.

Впервые понятие "погоды в космосе" ввел замечательный советский ученый, участник знаменитой Папанинской эпопеи, Герой Советского Союза, академик Евгений Константинович Федоров (1910–1981).

Почему именно "погода"? Одна из причин имеет чисто внешний характер. В околоземном пространстве есть и свои бури, и штормы (магнитные и ионосферные), есть свои облака (серебристые, или мезосферные), есть свой ветер — солнечный — и даже свой дождь (так называют одно из явлений в полярной ионосфере). Все атрибуты погоды налицо.

Наряду с этими чисто внешними параллелями, есть более глубокие причины говорить о погоде в космосе. Дело в том, что сильная изменчивость обстановки в околоземном космосе сродни погодным "капризам".

Для погоды в космосе, как и для погоды в обычном понимании этого слова, характерно чередование спокойных периодов (например, минимум цикла солнечной активности), которые можно сравнить с устойчивой погодой в хорошее лето, и периодов резкой смены обстановки (например, во время высокой солнечной активности), которые навевают аналогию с неустойчивой осенней погодой.

Само непостоянство погодных явлений в околоземном пространстве сродни земному: здесь не бывает двух одинаковых дней. И как хмурый дождливый ноябрьский день отличается от солнечного дня в мае, так могут быть непохожи и два дня с точки зрения космической погоды.

Скажем, сегодня в космосе все спокойно. Нет вспышек на Солнце, "нормальный" солнечный ветер, магнитосфера ничем не возмущена, энергичные заряженные частицы "заперты" в своих радиационных поясах. Тихо и в приземном магнитном поле, и в ионосфере. Но вот на Солнце произошла вспышка. Уже через 8 минут она коснется земной ионосферы. В самой нижней ее части (на высотах 50–90 км) сразу резко возрастает ионизация — пришедшее первым рентгеновское излучения вспышки "разбивает" нейтральные частицы на ионы и электроны. Возрастание концентрации последних может быть столь сильным, что прекратится радиосвязь в диапазоне коротких волн (КВ) на всем освещенном полушарии Земли. А через несколько часов в ее окрестности прибудут жесткие протоны. Магнитное поле загородит им путь в среднеширотную атмосферу и сбросит протоны, словно в воронку, в приполярную зону. Они вызовут сильнейшую ионизацию в нижней ионосфере и как следствие — практически полное поглощение КВ-радиоволн на всех полярных трассах.

Усилится солнечный ветер, оказывая давление на магнитосферу. С дневной стороны она начнет сжиматься, станут сближаться и изгибаться магнитные силовые линии. Запрыгают в бешеной пляске стрелки наземных измерителей магнитного поля — магнитометров, из радиационных поясов польются в верхнюю атмосферу полярных широт потоки энергичных электронов. Запылают в небе сполохи полярного сияния, уменьшится количество заряженных частиц в основной части ионосферы на высотах 200–400 км, а значит, ухудшатся характеристики ионосферного "зеркала". И начнутся трудности с радиосвязью.

Окажет свое влияние и усиление ультрафиолетового излучения Солнца: повысится температура и плотность атмосферы как раз на тех высотах (более 150–200 км), где летает большинство искусственных спутников. Ну, а это скажется на характере изменения их орбит.

Космическая непогода может быть опасной для экипажей космических кораблей и в некоторых случаях для технологических систем на поверхности Земли. Во время магнитных бурь, вызванных мощными солнечными вспышками в августе 1982 года и в марте 1989 года, наблюдались повреждения трубопроводов (из-за возникающих там напряжений при резких изменениях магнитного поля), выходы из строя электрических энергосистем, а также взрывы трансформаторов на телефонных подстанциях.

Вот так могут различаться "погожий" и "непогожий" дни в околоземном пространстве. Отсюда понятно, как важно изучать, наблюдать и учиться прогнозировать погоду в космосе.

Источники данных — сайт Института прикладной геофизики и Википедия