Знание-сила, 2008 № 09 (975)

Солнечный удар

День 13 марта 1989 года в Квебеке не забудется и через два десятилетия. Девять часов подряд не работали все приборы, не светились лампочки. Города провинции, где проживали как- никак шесть миллионов человек, проваливались в темное прошлое, холодное настоящее. В тот день мир земного электричества случайно соприкоснулся с миром небесного жара — и исчез, испарился вмиг, как капли масла, упавшие на раскаленную сковороду. Солнце без труда взяло верх. Кратковременные перегрузки, возникшие в энергосистеме, оказались очень высоки. Солнечный удар выжег электросеть целой провинции.

За четыре дня до этого Солнце выбросило огромное количество вещества. В результате в высоковольтных линиях в провинции Квебек, принявшей на себя этот удар, сила тока достигла запредельных величин.

Впрочем, незримые бури разыгрались тогда во многих районах планеты. В США, в штате Нью-Джерси, сгорел трансформатор стоимостью 36 миллионов долларов. В Японии вышла из строя аппаратура спутника связи. Была в небесном ненастье и своя прелесть. Жители Мексики, Карибских островов или Средиземноморья в кои-то веки могли полюбоваться полярным сиянием. В страховых же компаниях удивлялись «звездным высям» ущерба — более миллиарда долларов. «Конечно, 13 марта 1989 года — редкий пример необычайно плохой погоды в космосе. Зато он наглядно показывает, что может произойти, если на Солнце все пойдет не так, как мы хотим», — отмечают специалисты.

Это только кажется, что Солнце далеко — за 150 миллионов километров от нашей планеты. Что оно шлет лишь лучи живительные, благотворные. Согревает. Дарит жизнь. От случая к случаю «взрывается», теряя миллиарды, десятки миллиардов тонн вещества — солнечной плазмы. После таких взрывов к Земле летят потоки высокоэнергетичных частиц — в основном электронов, протонов и ядер гелия.

К счастью, магнитное поле Земли и ее атмосфера служат надежным экраном — «крепостной стеной», которую почти не пробить легкими стрелами, пущенными светилом. Но ведь в последние полвека мы обживаем и саму «стену», и мир, простирающийся за ней. Мы потихоньку осваиваем околоземное пространство — идем навстречу Солнцу, туда, откуда летят его стрелы. От полного спокойствия здесь — в этом «диком поле» вокруг Земли — зависит, например, надежная работа наших телевизионных и телефонных систем.

Теперь мы с особенной остротой чувствуем, насколько же уязвимы для солнечных бурь. Так европейцы, открывая для себя далекие земли, узнавали и незнакомые прежде торнадо, тайфуны, тропические ураганы, грозной мощи которых они едва ли могли противопоставить свои технологии. Перед бурями Земли их корабли оказывались утлыми, жилища — хлипкими. Перед бурями Солнца так же беспомощны пока наши спутники и другие аппараты, начиненные умнейшей электроникой.

Солнечные стрелы поражают чувствительные приборы. Нарушается радиосообщение. Выходят из строя спутники связи. Неожиданно люди не могут позвонить по телефону, посмотреть телепередачу, воспользоваться системой спутниковой навигации.

Между тем в 2005 году оборот на рынке коммерческих спутников составил 88,8 миллиарда долларов. В случае серьезных геомагнитных потрясений ущерб, очевидно, тоже будет исчисляться астрономическими цифрами. И так уже, по оценке экспертов, ежегодно только в США фиксируется около полутора сотен поломок спутников по причине космического ненастья.

Солнечные лучи могут быть очень опасны и для космонавтов, оказавшихся за пределами орбитальной станции, в открытом космосе. Особенно беззащитны перед ними будут экипажи, что выберутся за «магнитные стены» земной крепости, скажем, во время экспедиции на Луну или Марс. По словам специалистов, вред, причиненный здоровью участников этих миссий, может быть сравним с повреждениями, которые получили бы жертвы атомного взрыва. Лишь по счастливой случайности во время экспедиций «Аполлона» ни один из участников полетов не пострадал.

Последствия солнечных бурь ощутимы также в полярных районах нашей планеты, где из-за особенностей ее магнитного поля опасные частицы могут проникать ближе к поверхности Земли. Их многочисленные столкновения с частицами воздуха порождают красочное зрелище — сполохи полярного сияния.

• Осенью 2006 года американские ученые убедительно показали, как уязвима к процессам, происходящим на Солнце, система спутниковой навигации (GPS). Дело в том, что в ней используется диапазон частот, совпадающих с частотами электромагнитного излучения, генерируемого Солнцем во время вспышек. В лабораторных экспериментах мощность навигационного приемника после таких вспышек снижалась примерно наполовину. Теперь специалисты озабочены тем, как поведут себя эти приборы, широко вошедшие в наш быт, в период максимальной активности Солнца. «Конечно, если вы едете в автомобиле на пляж и, чтобы не сбиться с пути, пользуетесь навигатором, то особой беды не будет, когда прибор начнет работать с перебоями. Вы просто достанете карту и еще раз уточните дорогу или, на худой конец, спросите, как проехать к морю. Когда же вы управляете самолетом и видимость равна нулю, да еще приборы несут околесицу, тут уж жди беды», — рассуждает один из участников экспериментов, Пол Китнер из Корнеллского университета. Это касается и авиарейса, совершаемого в сложных условиях, и спасательной операции, участники которой вынуждены использовать средства навигации. Утешает лишь то, что аварийное отключение не может произойти ночью.

Летом того же 2006 года немецкие физики показали, что повышенная активность Солнца может способствовать ускоренному износу материала трубопроводов и газопроводов в северных широтах. Дело в том, что после особенно сильных бурь на Солнце к поверхности нашей планеты все же прорываются заряженные частицы, пробиваясь сквозь «кордоны» магнитного поля. В стальных обшивках труб накапливается заряд, сохраняющийся в течение нескольких часов, а то и дней. Это значительно ускоряет коррозию металла. Со временем в материале появляются микроскопические трещины, а затем трубы начинают банально течь. Особенно страдают от солнечных бурь трубопроводы, проложенные в полярных районах — на севере России и на Аляске, в Канаде, Швеции и Финляндии.

Мощные вспышки на Солнце могут нарушать и мобильную связь. Как оказалось, во время геомагнитных бурь поразительно высоко число прерванных разговоров. Эта цифра составляет от 9 до 20 процентов, то есть каждый пятый разговор по мобильному телефону может прерываться (или сопровождаться сильными помехами) по причине... плохой погоды на Солнце. Страдают абоненты, неосторожно поворачивающие антенну телефонного аппарата в сторону светила.

Создатели новой европейской системы навигации «Галилео» (ее использование начнется ориентировочно после 2010 года) заранее принимают во внимание солнечную активность и разрабатывают эту систему с учетом возможных сбоев, вызываемых Солнцем. В данной системе подаются сигналы нескольких различных частот. Если сигналы одной частоты будут заглушены бурей, разразившейся на Солнце, то в других диапазонах они все же будут прослушиваться, а потому нет никаких опасений, что сигнал исчезнет вообще.

Очевидно, крупнейшая геомагнитная буря, зафиксированная в период регулярных наблюдений за Солнцем, то есть за два последних столетия, произошла в ночь с 1 на 2 сентября 1859 года. Судя по данным, которыми мы располагаем, в той области Солнца, где наблюдалась вспышка, уровень излучения за одну минуту удвоился. Восемнадцать часов спустя, когда облако заряженных частиц достигло Земли, начались многочисленные замыкания на телеграфных станциях. Последовали пожары.

Любопытны наблюдения А.Л. Чижевского за последствиями максимума солнечной активности 1859—1860 годов для общественной жизни. «Эпоха этого максимума является важнейшей эпохой в истории Италии XIX века.

С 1859 года начинается объединение Италии и основание Итальянского королевства. Могучая волна массовой активности прошлась по всей стране, и объединение Италии было делом всех итальянцев... Революционное движение сопровождалось вспышками энтузиазма и кровавыми столкновениями. С 1859 года для Германии началась новая эпоха ее государственности — эпоха нарождения германского единства.

Почти внутри каждого из германских государств начались волнения».

На протяжении почти двух столетий ученые пытались предсказывать, каким будет очередной солнечный максимум, но, как правило, ошибались.

В отдельные годы, на которые тот приходился, пятен на Солнце было необычайно много, как в 1958 году, в другие годы (например, в 1805 году) — очень мало, но выявить некую закономерность в этом феномене не удавалось.

Тем больший интерес вызвала гипотеза американского астрофизика Маусуми Дикпати. По его словам, на Солнце существует своего рода «Гольфстрим»; он и обуславливает активность светила. Этот «Гольфстрим» представляет собой мощный круговой вихрь. Он начинается у экватора Солнца и направляется к полюсам, чтобы вернуться оттуда к экватору.

На нашей планете именно Гольфстрим (см. «З-С», 5/02) отвечает за погоду. Если это морское течение остановится, в Европе наступит ледниковый период. «Солнечный Гольфстрим» контролирует погоду на нашем светиле; именно от интенсивности этого вихря зависит, сколько же новых пятен появится на Солнце.

Как правило, солнечное пятно живет всего пару дней. Потом оно распадается, оставляя «руину» — слабое магнитное поле. «Солнечный Гольфстрим» подхватывает эти руины и уносит их к полюсам, где они погружаются в недра звезды, на глубину около 200 тысяч километров, и начинает обратное движение к экватору с чрезвычайно низкой скоростью — около одного метра в секунду. Впоследствии их вновь выносит на поверхность — разверзаются новые солнечные пятна.

Впрочем, все это быстро говорится, но медленно делается. Один оборот «солнечного Гольфстрима» длится в среднем от 30 до 50 лет. Если поток убыстряет свой бег, он уносит особенно много отпылавших магнитных полей, а значит, один из следующих циклов солнечной активности будет очень интенсивным, и тогда появится множество пятен. По расчетам Дикпати, это произойдет в 2011 — 2012 годах. Подтвердится ли его прогноз?

В недалеком будущем прогнозы космической погоды так же прочно войдут в наш обиход, как и обычные метеосводки. Ведь, зная о грядущей солнечной буре, можно подготовиться к ней, подобно тому, как жители Карибских островов готовятся к очередному урагану. Число аппаратов на околоземной орбите неуклонно растет, и их безопасность зависит от космической погоды, как судьба кораблей, вышедших в открытое море, когда-то зависела от штиля или шторма.

Можно развернуть спутник, находящийся на околоземной орбите, так, чтобы его приборы меньше всего пострадали от солнечного ветра. В указанный день запретить космонавтам работу в открытом космосе. А еще ограничить авиасообщение в районах Крайнего Севера, чтобы обезопасить и летчиков, и пассажиров, защищая их от повышенной (пусть и весьма небольшой) дозы радиации. Заранее отключить трансформаторы, чтобы они не вышли из строя от перегрузок. Да мало ли что можно сделать, пока к Земле мчатся — подобно волне цунами — мощные потоки заряженных частиц!

В последние полтора десятилетия в ряде стран ведутся исследования на данную тему. Спрос на прогнозы погоды в околоземном пространстве растет. В США они интересуют в первую очередь военных; в Европе же подобные сведения чаще находят коммерческое применение. Они нужны авиационным компаниям, энергетикам, нефтяникам, газовикам, а также турфирмам, организующим поездки в полярные области.

Так, в авиации сейчас разрабатывают системы автоматической посадки самолета. Для этого используют данные, получаемые с навигационных спутников. Тут крайне важна точность показаний; счет идет не на метры, а на сантиметры. А если очередная вспышка на Солнце вызовет сбой в работе спутника? Во время геомагнитной бури погрешность в определении положения объекта составляет как минимум десять метров.

Важны эти прогнозы и для страховых компаний. Скажем, еще в 2000 году одна из крупнейших в мире страховых компаний Swiss Re приняла участие в исследовании, посвященном влиянию погоды в околоземном пространстве на развитие страховой деятельности.

А почему бы не создать систему раннего оповещения, подобную той, что используется для наблюдения за цунами? Ведь солнечный ветер неоднороден. Быстрее других частиц, составляющих его, движутся электроны. Они летят почти со скоростью света, предупреждая о скором приближении остального потока. Их появление — предвестие опасности, сигнал тревоги, поданный самим Солнцем. Кто-то скажет: «Всего ничего». Специалисты же подчеркнут: «Этого времени хватит, чтобы подготовиться к солнечному удару».

Пока нам остается лишь вовремя реагировать. Предсказывать точные сроки очередной бури на Солнце ученые не берутся. По-прежнему эти события происходят для нас внезапно.

Например, в течение одной лишь недели осенью 2003 года, когда циклическая активность Солнца шла уже на убыль, произошли две необычайно мощные вспышки. К счастью, поток вещества, выброшенного Солнцем, практически миновал тогда нашу планету. И все же Halloween Storms («Бури Хэллоуина») повредили 28 спутников; два из них полностью вышли из строя. В отдельных районах Швеции отключалось электричество. В северной части Канады пришлось закрыть воздушный коридор для пассажирских авиалайнеров.

«Мы еще не вполне понимаем физические процессы, обусловливающие солнечную активность, — под этими словами подпишется любой астрофизик. — Нам нужны более точные данные и, главное, требуется значительно больше данных, чтобы создать теоретическую модель процессов, протекающих на Солнце».

А там куда неспокойнее, чем считалось прежде. На фотографиях, «присланных» новым космическим телескопом «Хиноде» (2006, США — Япония — ЕС) — он может разглядеть детали протяженностью всего 150 километров, — видны громадные вихревые столпы, которые стремительно перемешиваются друг с другом. Очевидно, магнитное поле Солнца гораздо нестабильнее, динамичнее, нежели мы полагали.

В том же году выведена на орбиту и европейско-американская обсерватория «Стерео», состоящая из двух зондов, которые, находясь на большом расстоянии друг от друга, одновременно ведут наблюдение за Солнцем. Так возникает стереоскопическая картина, по «полотну» которой перелетают потоки плазмы, покинувшие поверхность Солнца. «Это как в медицине, — говорит участник проекта американский астроном Майкл Кайзер. — Когда-то врачам приходилось иметь дело лишь с рентгеновскими фотоснимками, теперь же они располагают трехмерной компьютерной томографией. С появлением обсерватории «Стерео» подобный скачок произошел и в физике Солнца». По обычным фотографиям, с которыми прежде имели дело астрономы, невозможно было оценить, например, глубину области, охваченной солнечной бурей, нельзя было в точности понять, как перетекает солнечное вещество, как распространяется энергия.

Итак, запуск этих телескопов знаменует начало новой эпохи в исследовании процессов, протекающих на Солнце. Впрочем, пока мы не можем даже уверенно прогнозировать циклы солнечной активности — лишь говорим, что они длятся примерно (весьма приближенно!) одиннадцать лет. Вопрос происхождения этих циклов — одна из фундаментальных проблем астрофизики. Мы можем твердо сказать только одно: в этом году начинается новый цикл солнечной активности — двадцать четвертый за время систематических наблюдений за пятнами на Солнце, главными показателями этой активности.

Еще пару лет назад Солнце буквально оцепенело. Пятна исчезли почти полностью. Минимум. Бессилие «небесного бога» отразилось как в зеркале в безволии и бездействии его земных подданных. Вот как описывал состояние человеческого общества в период минимальной активности Солнца (он продолжается в среднем около трех лет) великий русский мыслитель Александр Чижевский: «Политическая жизнь глохнет, подавляется.

Правительство превращается в тяжелый пресс. Личность утрачивает индивидуальный облик в политической жизни, вырастая в сфере интеллектуальной. Ее насилует государственный механизм. Протест личности ничтожен. Она принимает насилие и терпит его как нечто должное».

2006 год. Солнце спокойно, абсолютно спокойно. Бывшие избиратели беспрекословно терпят любые причуды правительств. Всемирные террористы — за небольшим исключением — не думают ни о небоскребах, ни о театрах. Перед любым неформальным митингом других партий легче найти десять тысяч тех, кто не пойдет на него, нежели сыскать одного добровольца. Все заняты обыденными делами, верят в семейные ценности больше, чем в грандиозный мираж революций. Путь от гражданского повиновения до неповиновения кажется длиннее, чем жизнь. В обществе приказного благоденствия царит непробудный штиль.

Но в этом затишье нет ничего вечного. Солнце скоро «пробудится от спячки». Вот только как оно поведет себя? По мнению ряда специалистов, грядущий максимум будет на треть, а то и в полтора раза выше, чем в последний раз, в 2001 году.

В то время по всему миру неожиданно началась борьба с терроризмом. Это возбуждение порой напоминало психоз, когда речь заходила о «всеобщем исламском заговоре», когда любой мусульманин вызывал подозрения как возможный преступник. Тогда же вспыхнула и другая психическая эпидемия: все заговорили об «отравителях», рассылающих пакетики с возбудителями сибирской язвы. «Вся интеллектуальная и социальная жизнь человеческих сообществ проходит под знаком <психических> эпидемий. Эпидемия не исключение, а общее правило, почти не имеющее исключений» (А.Л. Чижевский).

Новый максимум солнечной активности будет самым мощным за последние полвека. Он ожидается в 2011 — 2012 годах, то есть придется на время очередных президентских выборов в России и «президентскую гонку» в США. Чего же ждать от этого сезона солнечных бурь?

«По-видимому, в эпохи наивысшего напряжения солнечной деятельности увеличивается число причин, располагающих эпидемии к усилению и развитию», — писал А.Л. Чижевский. Статистические данные, собранные им, находят все новые подтверждения. Так, в 2007 году на страницах журнала Американского геофизического общества Journal of Geophysical Research — Atmospheres появился отчет о работе британских и американских исследователей. Из собранных ими данных явствует, что всякий раз в канун максимума солнечной активности количество осадков, выпадающих в Восточной Африке, возрастает. Эти дожди часто сопровождаются сильными наводнениями. В таких условиях наблюдается бурное размножение москитов — переносчиков различных заболеваний. Страны Восточной Африки охватывают массовые эпидемии. На этот раз максимум солнечной активности ожидается, как уже сказано, в 2011 — 2012 годах. Если прогноз верен, то годом раньше в Восточной Африке будет необычайно дождливая погода. «Вряд ли речь идет о случайном совпадении, — подчеркивает один из участников исследования, Александр Рузмайкин, сотрудник НАСА. — Очевидно, колебания солнечной активности действительно влияют на климат в Африке».

В последнее десятилетие группа исследователей из Финляндии и Германии во главе с Сами Соланки сумела проследить за тем, как менялась солнечная активность на протяжении минувших 11 400 лет — со времени окончания ледникового периода. В состав этой группы входили и российские ученые — Наталья Кривцова и выпускник Ленинградского политехнического института Илья Усоскин, работавший в университете финского города Оулу. Конечно, первые надежные свидетельства о числе солнечных пятен датируются лишь 1610 годом, поэтому исследователи, реконструируя картину солнечной активности в далеком прошлом, прибегли к другим показателям — количеству изотопа бериллия (Ве-10), содержащемуся во льдах Гренландии и Антарктиды, а также изотопа углерода (С-14) в образцах древесины. Это так называемые «космогенные изотопы». Они образуются в верхних слоях атмосферы при столкновении частиц солнечного ветра с молекулами воздуха. Изучив статистику за последние четыре столетия, исследователи вывели соотношение между содержанием того или другого изотопа и числом солнечных пятен.

Результат таков: количество пятен — а это надежное мерило солнечной активности — после 1940 года было так велико, как никогда за последние восемь тысяч лет. Это означает, что на Солнце образуется больше пятен, чаще происходят бури и вспышки. Никогда еще на памяти человечества Солнце не было так опасно, как теперь. Впрочем, такое положение продлится, наверное, еще лишь несколько десятилетий, если судить по тому, как менялась активность Солнца в далеком прошлом.

Важно подчеркнуть, что после 1940 года активность Солнца остается примерно на одном и том же уровне (если не считать традиционных 11-летних циклов), в то время как начиная с 1980 года средняя температура на нашей планете повышается. Следовательно, нынешнее глобальное потепление вряд ли может быть связано с процессами, протекающими на Солнце. Скорее уж причиной можно назвать промышленную деятельность человека, которая сопровождается выбросами в атмосферу большого количества углекислого газа и метана.

В фантастическом романе Артура Кларка и Стивена Бакстера «Солнечная буря» события происходят в 2040 году. Человечество осваивает Луну и Марс. Внезапно на Солнце начинает твориться что-то ужасное. Подобных бурь люди еще не видели. Вся электроника немедленно выходит из строя.

На Земле воцаряется хаос. Вскоре ученые начинают понимать, что прежние беды были только предвестием новой — величайшей — бури на Солнце.

В надежде спастись все страны мира сообща сооружают гигантский экран, который должен отгородить нашу планету от ярости неукротимого светила. Но бороться предстоит вовсе не с неживой природой, меняющейся по воле физических законов. В этой книге Солнце — не податель жизни, не счастливый светоч, зажженный над обителью людской, а оружие, оставленное инопланетянами. Их бомба, которая должна выжечь дотла возможных конкурентов, расселившихся на Земле. Участь последних будет предрешена, как только они примутся покорять космос.

Инопланетяне загодя оставили ловушку там, где из «яйца планеты» когда-нибудь выведется целый рой разумных существ. «Естественный отбор» и «межвидовая конкуренция» в борьбе за ресурсы Вселенной... Учение Дарвина справедливо и в мире инопланетян!