Текст книги "Приоритет отечественной науки по влиянию солнечных вспышек в полетах на Луну и Марс"

Как правило, уровень вспышечной активности на Солнце постоянно повышается и падает с периодичностью примерно в 11 лет. Эта закономерность, как начали опасаться ученые несколько лет назад, могла нарушиться в ходе предпоследнего и текущего циклов солнечной активности, для которых были характерны крайне низкое число пятен и вспышек. Многие теоретики предполагают, что подобные аномалии говорят о фундаментальных переменах в работе недр, светила.

Рис. 7

Рис. 7. Как сообщает лаборатория рентгеновской астрономии Солнца (ФИАН), солнечная вспышка класса M2.7 произошла точно в момент, когда аппарат был заслонён от Солнца Землёй [55]

В четверг, 23 сентября 2021 года, зарегистрирована крупная вспышка на Солнце, которая по своей силе стала четвертой в текущем году. При этом она оказалось невидимой для космического спутника, ведущего мониторинг за солнечной активностью. Как сообщает лаборатория рентгеновской астрономии Солнца (ФИАН), солнечная вспышка класса M2.7 произошла точно в момент, когда аппарат был заслонён от Солнца Землёй. 23 сентября, спутник зашёл в тень в 07:19 по московскому времени, а вышел из неё в 08:26. Солнечная вспышка продлилась 15 минут. Согласно независимым источникам, она началась в 07:35 и закончилась в 07:50. Таким образом, она оказалась полностью недоступна для наблюдения космического аппарата, отмечают в Лаборатории. Напомним, самая крупная в 2021 году вспышка на Солнце – вспышка максимального класса X (пятый класс из пяти) – произошла третьего июля. Далее по силе идет вспышка, произошедшая 28 августа мощностью M4.7 (четвертый класс); на третьем месте – вспышка уровня M3.9, зарегистрированная в мае [55].

Рис. 8

Рис. 8. Ученые Физического института Академии наук РФ зарегистрировали на Солнце новую вспышку наивысшего класса активности – Х. Индекс вспышечной активности составил 9,8 баллов из 10 возможных. Плазменный выброс произошел 10 сентября около 19 часов по московскому времени [56]

Ученые Физического института Академии наук РФ зарегистрировали на Солнце новую вспышку наивысшего класса активности – Х. Индекс вспышечной активности составил 9,8 баллов из 10 возможных. Плазменный выброс произошел 10 сентября около 19 часов по московскому времени. Отметим, что это уже четвертый мощный взрыв за последнее время. Серия солнечных вспышек началась четвертого сентября. Наблюдались пять слабых выбросов энергии класса М, а через два дня последовал новый взрыв на поверхности Солнца, который оказался крупнейшим за последние 12 лет [56]. Седьмого сентября произошла другая мощная вспышка, которая была отнесена к классу X. После чего на Землю обрушилась мощнейшая геомагнитная буря. Она привела к сбою спутниковых систем связи и отразилась на работе компьютерной сети по всей планете, а Минобороны России даже выступило со специальным заявлением о том, что солнечная вспышка не повлияло на деятельность российских военных спутников и не сказалась на целостности ракетного щита обороны страны – войск РВСН. Военные отмечают, что произошедшая вспышка – закономерный итог изменений в солнечной короне за последние три дня. В этот период в результате взаимодействия двух крупных групп солнечных пятен накапливалась энергия, которая высвободилась в крупной вспышке. За несколько минут в открытый космос уходит около сотни миллиардов мегатонн в тротиловом эквиваленте.

Кроме того, вспышка на Солнце привела к насыщению магнитного поля Земли заряженными частицами, что привело к увеличенному числу полярных сияний. Они наблюдались в диапазоне широт от 70 до 80 градусов северной широты, то есть фактически вдоль всей территории России.

Рис. 9

Рис. 9. Солнечные вспышки [56]

Солнечные вспышки – самые мощные взрывы, происходящие в Солнечной системе на регулярной основе. Энерговыделение большой вспышки может достигать миллиардов мегатонн – в десятки миллионов раз мощнее извержений вулканов Кракатау или Хунга-Тонга, последнее из которых потрясло Тихий океан в январе. Подробно мощные вспышки и их опасности отлично разобраны тут, а в этой заметке остановимся на их природе кратко [57]. Вспышки на Солнце происходят благодаря магнитному полю, которое над солнечными пятнами бывает в тысячи раз сильнее земного. Иногда дрейф магнитных полей приводит к встрече силовых линий противоположной полярности. Магнитное поле в регионе вспышки, в соответствии с законом сложения векторов, при этом резко ослабевает, а его энергия переходит в токи, за минуты разогревающие огромные объемы плазмы над видимой поверхностью светила до многих миллионов градусов.

Эти солнечные взрывы порождают рентгеновское излучение, выбросы плазмы с поверхности Солнца и испускание заряженных частиц высокой энергии. Достигая Земли, такие явления вызывают магнитные бури и скачки радиационного фона на орбите. Самые мощные вспышки представляют значительную опасность для земных электросетей, искусственных спутников и даже для здоровья космонавтов [57]. Десятого сентября 2017 года ученым удалось пронаблюдать мощную вспышку, расположенную подходящим образом – на краю солнечного диска, – и в деталях исследовать процессы, происходящие с электронами солнечной плазмы в затронутом объеме. В начале вспышки электроны имеют энергию, соответствующую температуре плазмы (несколько миллионов градусов). По мере развития в области так называемой арки солнечной вспышки (flare cusp) эти тепловые электроны исчезают, а вместо них появляются ускоренные электроны.

Рис. 10

Рис. 10. Солнечные вспышки [58]

Изображение на рис. 10 получено при помощи приборов, установленных на борту Обсерватории солнечной динамики (SDO) – космического аппарата NASA, предназначенного для изучения нашего светила. Обсерватория была запущена 11 февраля 2010 года, а её главной задачей является получение данных о влиянии Солнца на Землю и околоземное пространство.

Рис. 11

Рис. 11. Зафиксированная вспышка получила балл M5.6. Это означает, что интенсивность её рентгеновского излучения в пике составила 5,6×10^—5 Вт/м² [58]

Рис. 12

Рис. 12. В современной истории наблюдений самая мощная [58] солнечная вспышка была зафиксирована в ноябре 2003 года: она получила индекс X28, что соответствует пиковой интенсивности 28×10^—4 Вт/м²

Рис. 13

Рис. 13. Солнечные вспышки [59]

Российские учёные зафиксировали семь ярких вспышек класса С и выше, которые произошли 17 декабря 1914 года на Солнце. Самая мощная из них – вспышка класса М8.7 началась в 07:25 по московскому времени и достигла максимума в 07:51 – рис. 13.

Вспышка произошла в группе солнечных пятен 2242, находившейся на центральном меридиане. Событие сопровождалось всплеском радиоизлучения II спектрального типа. Возможность геомагнитных бурь сохранялась 19 и 20 декабря.

По данным специалистов Института прикладной геофизики имени Е. К. Федорова, 18 декабря, вспышечная активность умеренная, существует вероятность её повышение до высокой. В радиационной обстановке возможны возмущения [59]

Солнечные вспышки по мощности рентгеновского излучения делятся на пять классов: A, B, C, M и X. Минимальный класс A0.0 соответствует мощности излучения на орбите Земли в 10 нановатт на квадратный метр. При переходе к следующей букве мощность увеличивается в десять раз.

В России солнечные вспышки регистрируются и изучаются много лет, например, в институте ФИАН.

Однако это не все. Автор этой книги, Александр Матанцев, убежден, что был еще один приоритет советской науки: исследования по влиянию солнечных вспышек и космической радиации. Именно поэтому возникла в 1963 году указанная информация от советских ученых американскому центру НАСА о невозможности полетов на Луну из-за радиации.

В последние годы, после рассекречивания материалов по космонавтике, появились очень интересная информация. Например, [5]: «Если бы радиация была не опасна, то Россия или СССР уже давно бы облетели Луну. Ведь для пилотируемого облёта Луны есть всё необходимое: ракета-носитель «Протон», разгонный блок «Бриз» и «лунный» корабль «Союз».

Итак, автор еще и еще раз заявляет о том, что приоритетом развития ученых в Советском Союзе стало еще и развитие в направлении изучения солнечных вспышек (СКЛ), зон Ван Аллена и космического излучения (ГКЛ). В последние годы рассекретили советские материалы по космонавтике. Сенсационной стала информация о том, что в Советском Союзе очень тщательно занимались вопросами воздействия солнечных вспышек.

В соответствии с программой, объявленной ТАСС 16 марта 1962 года» [29], Советский Союз объявил о своей программе исследования космоса. В тот день стартовал первый искусственный спутник серии «Космос». Он и все последующие за ним (на сегодня порядковый номер этих аппаратов возрос до 468) предназначаются для изучения и исследования околоземного космического пространства, верхних слоев атмосферы, магнитных полей планеты, корпускулярного излучения Солнца.

Советским ученым уже в 1963 году удалось выяснить о невозможности полетов на Луну и в дальнем космосе из-за огромной радиации. Рассекреченные материалы последних лет однозначно отвечают на этот вопрос: все дело в систематическом изучении космоса советскими искусственными спутниками серии «Космос», серии «Венера», серии «Протон» и «Прогресс», АМС серии «Марс», а также станцией с «Лунохода-1». Советские ученые, используя искусственные спутники Земли серии «Космос», решают многие важные задачи, связанные с исследованиями космического пространства. С их помощью изучается атмосфера, магнитное поле и радиационный пояс Земли; исследуются рентгеновское и ультрафиолетовое излучение Солнца, корпускулярные потоки.

Кроме искусственных спутников серии «Космос» для исследования ионизирующих излучений в космосе использовались советские космические станции серии «Протон», их было четыре. Опыты по измерению глобального потока гамма-лучей с энергией, большей 50 МэВ, на искусственных спутниках Земли были проведены с помощью космических станций «Протон-1» и «Протон-2» [38]. Протон» – серия из четырёх советских тяжёлых научных искусственных спутников Земли, запущенных с 1965 по 1968 годы. Цель серии – исследование частиц высоких и сверхвысоких энергий. В частности, запущенный в 1968 году космический аппарат «Протон-4» исследовал первичные космические лучи высоких энергий и энергетический спектр электронов высокой энергии. На спутниках «Протон-1» и «Протон-2» (запуск 16 июля 1965 г и 2 ноября 1965 г.) были установлены гамма-телескопы, предназначенные для измерения космического излучения в диапазоне энергий> 50 МэВ. Полученная информация позволила установить верхний предел потока гамма-квантов.

14 апреля1972 произведен запуск спутника «Прогноз-1» для изучения солнечной радиации.

29 июня 1972 сделан запуск спутника «Прогноз-2» для изучения солнечной радиации.

15 февраля 1973 – запуск спутника «Прогноз-3» для изучения солнечной радиации.

Следующим важнейшим этапом исследования ионизирующих излучений в космосе производилось при помощи советского лунохода. В ночь на 17 января 1971 года был проведен 42-й сеанс связи с советским «Луноходом-1». По трассе движения проводились измерения физико-механических свойств лунного грунта с помощью пенетрометра и определение химического состава рентгеновским спектрометром. Кроме того, специальный счетчик спектрометра проводил измерения интенсивности солнечного и галактического космического излучения. 19 и 20 января 1971 года, когда было зафиксировано возрастание интенсивности потока протонов малых энергий в несколько десятков раз.

во время работы самоходного аппарата. С самого начала полета станции «Луна-17» и в течение прошедшего периода активного функционирования лунохода радиометр неоднократно регистрировал значительное возрастание потоков протонов, электронов и альфа-частиц по сравнению с величинами фоновых потоков этих частиц в межпланетном пространстве. Эти данные хорошо согласуются с результатами одновременных измерений, выполнявшихся аналогичной аппаратурой автоматической межпланетной станции «Венера-7» и наземных наблюдений солнечной активности.

В частности, начиная с 12 декабря 1970 года было зарегистрировано значительное (превышающее фон примерно в 100 тысяч раз) и продолжительное возрастание интенсивности солнечных корпускулярных потоков, а также понижение интенсивности галактических космических лучей, начавшееся 14 декабря. На Земле в тот же период наблюдалась большая магнитная буря. Эти явления были вызваны серией мощных солнечных вспышек, происшедших 10 и 11 декабря.

С запуском автоматических межпланетных станций эксперименты распространились на дальние окрестности Земли, Луну, межпланетное пространство, планеты Солнечной системы. Кроме того, исследования на первых спутниках проводились в период максимума активности Солнца. Эти задачи и были возложены на многочисленные спутники серии «Космос».

Наиболее значительными являются вариации температуры и плотности в течение одиннадцатилетнего солнечного цикла. Температура на экваторе в минимуме и максимуме солнечной активности изменяется в среднем от 600—700 до 1200—1400° К ночью и от 1200– 1400 до 2200—2500° К днем. Таким образом, максимальный перепад температур на верхней границе термосферы от ночных условий в минимуме до дневных в максимуме солнечной активности может достигать почти 2000°К.

Плавучий научный комплекс следит за «Космосами», «Молниями», «Метеорами», позволяет привязывать собранную информацию к единому времени, обрабатывать ее и передавать в наземный Центр управления. Плавучий НИИ оборудован столь совершенной радионавигационной и радиотехнической аппаратурой, что может самостоятельно решать сложнейшие проблемы управления искусственными спутниками Земли, пилотируемыми космическими кораблями или автоматическими межпланетными станциями, летящими, скажем, к Луне, Венере, Марсу. Ветеран советского научного флота «Витязь», начавший свой первый рейс в 1948 году, имеет водоизмещение 5550 тонн, автономность плавания 17 500 миль. Водоизмещение же «Космонавта Юрия Гагарина» более 45 000 тонн, а автономность его практически неограниченна. На плавучем научно-исследовательском институте 1250 помещений, несколько сот специально оборудованных лабораторий, свой вычислительный центр.

16 марта 1962 года Советский Союз объявил о своей программе исследования звездного океана. В тот день стартовал первый искусственный спутник серии «Космос». Он и все последующие за ним предназначаются для изучения и исследования околоземного космического пространства, верхних слоев атмосферы, магнитных полей планеты, корпускулярного излучения Солнца [49].

В Советском Союзе в октябре 1971 года успешно проведен крупномасштабный научный эксперимент по исследованию влияния мощной солнечной вспышки, вызвавшей магнитную бурю, на атмосферу Земли [50]. В этом эксперименте использованы советские спутники «Молния» и «Метеор».

Крупномасштабный эксперимент «Солнце – атмосфера» проходил в три этапа. Первая серия стартов метеорологических ракет и приуроченная к ним часть наземных исследований была проведена тотчас за регистрацией вспышки на Солнце, когда земная атмосфера еще находилась в спокойном состоянии. Вторая серия запусков осуществлялась в момент возмущения магнитного поля Земли. И, наконец, третья – в период магнитной бури, связанной с вторжением в атмосферу корпускулярного потока, рожденного солнечной вспышкой.

Получен обширный научный материал, содержащий уникальные сведения об ионизации атмосферы под воздействием мощной солнечной вспышки. Регистрировались потоки солнечных частиц-корпускул, электронная концентрация и ионный состав атмосферы, ее плотность, вариации давления, ветровой режим, скорость фотохимических реакций во всей вертикальной толще.

В новом крупномасштабном эксперименте «Солнце – атмосфера» принимали участие организации и исследовательские центры Главного управления Гидрометслужбы СССР и коллективы ряда институтов Академии наук СССР.

В результате исследований советскими искусственными спутниками серии «Космос», автоматическими станциями серии «Зонд», космическими станциями серии «Протон», искусственными спутников земли серии «Прогресс», АМС серии «Марс» и «Венера», а также советским «Луноходом-1» на поверхности Луны – в период с 1961 по 1972 годы, получены следующие впечатляющие результаты:

– зарегистрировано значительное (превышающее фон примерно в 100 тысяч раз) и продолжительное возрастание интенсивности солнечных корпускулярных потоков в областях полетов к Луне, Марсу и Венере, где отсутствует или минимально магнитное поле, и отсутствует атмосфера; в пересчете на эквивалентную дозу – это облучение порядка 10 – 100 Зв, что абсолютно смертельно; именно поэтому советские ученые выступили с заявлением о невозможности полетов к Луне в тех условиях 60-х и 70-х годов; когда еще не была создана необходимая защита; на Земле в тот же период наблюдалась большая магнитная буря;

– кроме корпускулярных датчиков на спутниках были установлены счетчики Гейгера, экранированные свинцом; счетчики регистрировали протоны с энергией, превышающей 50 МэВ, рентгеновское и гамма-излучение с энергией, превышающей 100 кэВ;

– выявлены медленные вариации, связанные с 11-летним циклом солнечной активности, более быстрые вариации в масштабе солнечных суток, земных суток и часов и совсем быстрые в масштабе минут и секунд;

– есть многочисленные данные, указывающие на связь многих процессов на Земле с периодическими изменениями солнечной активности, коротковолновое излучение Солнца стало одним из основных объектов экспериментов, выполняемых на спутниках «Космос»;

– одно из самых замечательных проявлений солнечной активности – катастрофические процессы на Солнце, получившие название солнечных вспышек; обнаружено, что иногда в активных областях Солнца, связанных с магнитными пятнами, внезапно, обычно в течение нескольких секунд, сильно возрастает яркость участка поверхности Солнца, достигающего в сильных вспышках размера до 3 · 10⁹ км²; с развитием радиоастрономии было установлено, что эти оптические вспышки, как правило, сопровождаются мощными всплесками радиоизлучения в диапазоне от сантиметровых до дека-метровых волн;

– выяснилось, что оптические и радио вспышки сопровождаются огромным (до нескольких тысяч раз) усилением рентгеновского излучения Солнца, а также появлением очень жесткого излучения вплоть до нескольких сотен килоэлектронвольт; во время вспышек возникают потоки ускоренных частиц – электронов и тяжелых ядер с энергиями от десятков килоэлектронвольт до релятивистских – и выбросы сгустков плазмы;

– оказалось, что вспышки очень сложное, комплексное явление; они оказывают весьма сильное воздействие на Землю; когда до Земли доходит рентгеновское излучение, нарушается состояние ионосферы, возникают провалы радиосвязи и ряд геофизических эффектов;

– за время от одного часа до нескольких десятков часов частицы и плазменные сгустки от солнечных вспышек достигают Земли; частицы несут с собой радиационную опасность для космонавтов; плазменные сгустки нарушают магнитное поле планеты, вызывая магнитные бури;

– продолжительность солнечной вспышки колеблется от нескольких минут до десятков минут, а иногда и часов;

– за время сильной вспышки выделяется энергия до 10³¹—10³² эрг, что эквивалентно энергии 10⁹—10¹⁰ атомных бомб; половина этой энергии выделяется в виде электромагнитной энергии – от жесткого рентгена до декаметрового радиодиапазона, половина – в виде энергии ускоренных частиц;

– объем солнечной радиации, захватываемый сильной вспышкой, составляет до 10²⁹ см³, отсюда следует, что плотность энергии в области вспышки достигает 10³ эрг/см³; однако плотность энергии в хромосфере около 3 эрг/см³, следовательно, вспышки возникают за счет дополнительного источника энергии; этим источником служит энергия магнитного поля в солнечной атмосфере [35];

Полученные данные находятся в согласии с развитой С. И. Сыроватским теоретической моделью солнечных вспышек; при перестройке магнитного поля во времени в короне появляется электрическое поле, вызывающее дрейф плазмы, – возникает цилиндрическая ударная волна, сходящаяся к нейтральной линии магнитного поля; начинает течь сильный электрический ток, нагревающий плазму до температуры, близкой к 10 млн. градусов, и возникает интенсивное мягкое рентгеновское излучение; дрейф плазмы влечет за собой появление турбулентности, что сопровождается уменьшением проводимости плазмы – происходит разрыв токового слоя и возникает сильный градиент электрического поля; в результате появляются ускоренные потоки частиц – электронов и протонов;

Подведем итоги. Самый впечатляющий, главный результат – это совершенно очевидный приоритет в мире советской науки по изучению ионизирующих излучений, солнечных вспышек, поясов Ван Аллена и космических лучей в период 60-х и 70-х годов.

Второй главный мировой результат, полученный советскими исследованиями – это выявление смертельной радиационной дозы облучения от солнечных вспышек.

Третий главный мировой результат, полученный советскими исследованиями – это получение радиационной дозы облучения менее предельно-допустимой (ПДД) в зонах на высоте от Земли до 300 – 400 км, где влияет защита магнитного поля Земли, и летают МКС, «Восток», «Восход».