logo

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Физический институт им. П.Н.Лебедева
Российской академии наук

О нас пишут

Прогноз погоды - температуры и влажности воздуха, осадков, атмосферного давления - стал для нас обычным явлением. В скором будущем землян наверняка, будет так же живо интересовать прогноз погоды космической, а точнее, состояния геокосмоса, который начинается на высоте 100 километров от Земли и тянется до орбиты Луны. Сегодня здесь работают сотни космических систем и спутников, которые обеспечивают потребности нашей цивилизации в глобальной связи, телерадиовещании, навигации, прогнозе погоды, безопасности судовождения, диагностике Мирового океана и земной поверхности и разведке полезных ископаемых.

Проблема в том, что этим устройствам приходится работать в условиях настоящих катаклизмов, которые резко сокращают срок жизни сложного и дорогого оборудования. Это магнитные бури, облака из плазмы, гигантские токи и мощные порывы солнечного ветра. Разработка концепции космической погоды, которая позволила бы обеспечить прогноз состояния геокосмоса, провозглашена международным сообществом одной из наиболее важных мировых научных проблем ХХI столетия.

Цикл исследовательских и конструкторских работ “Космические системы, приборы и методы диагностики электромагнитных полей в геокосмосе” получил Государственную премию Украины в области науки и техники в 2008 году. В него входят результаты более 20 космических проектов, участие в которых наряду с украинскими специалистами принимали российские ученые из Института космических исследований РАН, ФИАН, ИЗМИРАН и других.

- Юрий Моисеевич, ощущается ли воздействие геокосмоса на Земле или “страдают” только космические аппараты? - спрашиваю одного из лауреатов Государственной премии Украины в области науки и техники 2008 года, доктора физико-математических наук, заведующего отделом Радиоастрономического института НАН Украины Юрия ­Ямпольского.

- Могучее дыхание плазменной оболочки Земли ощущает все живое на планете, включая человека. Например, магнитные бури влияют на наше самочувствие и состояние здоровья. Воздействие оказывается и на работу технических систем энергетики, электроснабжения и связи, а также на функционирование нефте- и газопроводов, авиации и других видов транспорта. Капризы геокосмоса дорого обходятся нашей цивилизации. Так, во время геомагнитных бурь на орбите Земли возникают токи силой в миллионы ампер с суммарной мощностью в десятки раз большей, чем мощность средней электростанции. Особенно сильные явления такого характера могут вызывать катастрофические каскадные отключения электричества на обширных территориях, как это было в 1989 году в США и Канаде во время мощных магнитных бурь.

В то же время и геокосмос весьма чувствителен к энергетическим потокам, которые идут снизу, с поверхности Земли, вверх. Ионосфера в этом случае играет роль камертона, который чутко реагирует на разного рода катастрофические явления на поверхности нашей планеты, в том числе на циклоны, ураганы, тайфуны, цунами, землетрясения, извержения вулканов, лесные пожары и мощные грозы. Причем в случае с землетрясениями аномальные процессы в ионосфере происходят задолго до видимых подвижек земной коры - их можно трактовать в качестве предвестников.

В последние годы помимо природных катаклизмов на гео­космос влияют и техногенные факторы - неконтролируемые выбросы потоков тепловой, химической, радиационной и электромагнитной энергии. Например, аварии на атомных и тепловых электростанциях, пожары на нефтяных скважинах и газовых месторождениях, электромагнитный нагрев космической плазмы мощными наземными передатчиками. И, хотя пока рукотворное влияние на геокосмос не столь велико, нужно помнить, что мы еще далеко не в полной мере знаем, как реагирует структура плазменной оболочки на техногенные воздействия и каково ее значение для жизни нашей планеты и ее обитателей.

- Каким образом специалисты изучают геокосмос?

- Двумя способами. Во-первых, с помощью приборов и устройств, установленных непосредственно на спутниках. Ученые и инженеры создали несколько поколений датчиков частиц, электрического потенциала, магнитного поля и плотности пространственных токов, с помощью которых получены пионерские научные данные. И, во-вторых, наземными методами дистанционного зондирования ионосферы - они признаны в мире и сейчас широко используются в разных странах.

- В чем состоит особенность изучения космической погоды с помощью бортовых устройств?

- У космического приборостроения две проблемы. С одной стороны, бортовые датчики должны отличаться как можно большей точностью и чувствительностью, а с другой - быть максимально миниатюрными, легкими и потреблять как можно меньше энергии. К тому же на результаты их показаний не должен влиять сам космический аппарат, бортовые системы которого излучают различные служебные сигналы.

Приходится идти на самые разные ухищрения. Например, при создании космической платформы украинские инженеры разработали оригинальные выносные конструкции. Это своего рода “усы” длиной в несколько метров, которые предназначены для установки сверхчувствительных датчиков измерения электромагнитного поля и других характеристик геокосмоса.

А в рамках планируемого проекта “Ионосат”, к разработке которого проявили интерес и российские ученые, мы собираемся запустить необычную космическую группу из трех микроспутников. Их орбиты будут то сближаться, то удаляться на тысячи километров. Предполагается, что “Ионосат” сможет обнаружить, как именно откликается ионосфера на катастрофические явления у поверхности Земли. Запуск этой космической миссии запланирован на 2012-2014 годы, когда солнечная активность будет максимальной, чтобы получить как можно больше информации о состоянии геокосмоса в активной фазе нашего светила.

- Зачем в таком случае проводить наблюдения с Земли?

- На заре космической эры многие ученые тоже считали, что геокосмос незачем изучать с поверхности Земли, поскольку все необходимые данные могут дать спутниковые наблюдения. Оказалось, что это не так. И дело не только в невозможности запустить достаточное для исследований количество аппаратов. Они, как правило, дают локальную информацию о среде, в которой находятся. Для получения более полной пространственно-временной картины космической погоды обязательно нужно сопоставлять бортовые данные с одновременными наблюдениями характеристик геокосмоса методами дистанционного зондирования с Земли. В качества носителей информации ученые используют специальные радио­сигналы.

Например, по инициативе Физического института им. П.Н.Лебедева наш институт в начале 1990-х годов совместно с российскими и американскими коллегами провел уникальный эксперимент по дистанционному исследованию магнитосферы. В качестве излучателя был использован расположенный вблизи Нижнего Новгорода мощнейший российский передатчик “Сура”, радиосигнал которого достигал высоты 10 тысяч километров. Часть посланного сигнала рассеивалась от возмущений космической плазмы, и это сверхслабое “эхо” принимали чувствительные антенны крупнейшего в мире радиотелескопа УТР-2, расположенного под Харьковом. Результаты эксперимента сверялись с синхронными спутниковыми измерениями состояния геокосмоса. Этот международный эксперимент показал принципиальную возможность радарной диагностики далеких областей геокосмоса с поверхности Земли и вошел в число классических измерений характеристик магнитосферной плазмы.

- Наверное, такого рода зондирование геокосмоса не намного проще исследований со спутников...

- Действительно, такие сложные и дорогостоящие эксперименты не могут проводиться в режиме мониторинга - они носят специальный эпизодический характер. Ученые нашего института предложили экологически чистую технологию наземной диагностики геокосмоса, которая вообще не требует посылки специальных искусственных радио­сигналов. Мы используем уже существующие виды электромагнитного излучения, как природного, так и рукотворного. Они пронизывают разные области геокосмоса и, возвращаясь к земному наблюдателю, приносят разнообразную информацию об околоземной плазме.

Прекрасно подходят для этой цели и обычные широковещательные коротковолновые передатчики. Принимая отдельные части их излучения, мы можем отслеживать динамические процессы в ионосфере. Создано уже три поколения экспериментальных установок для такого зондирования ионосферы, которые работают на территории Украины, США и на украинской станции “Академик Вернадский” в Антарктиде. А в 2007 году на острове Шпицберген установлен созданный в Радиоастрономическом институте НАН Украины диагностический комплекс, который управляется через Интернет. Теперь мы можем в непрерывном режиме наблюдать процессы, происходящие в ионосфере над Арктикой, в том числе образование плазменных облаков и волновых возмущений, их движение и взаимодействие с магнитным полем Земли, сидя в своем рабочем кабинете в Харькове.

Валентина ГАТАШ, ПОИСК

26.03.09