Важней всего – погода на планете

Проверить прогноз погоды на завтра – дело для каждого обычное и привычное. Однако мало кто из нас задумывается, что существует и другая погода, которая, хоть и не несёт с собой дождевые облака или снег с градом, жару или холод, может оказывать серьёзное влияние на существование человечества в целом. Речь идёт о так называемой космической погоде – совокупности явлений, влияющих на состояние пространства вокруг нашей планеты. Их мониторинг осуществляется в том числе с помощью приборов, разработанных при участии чешских учёных.

Солнце, фото: ipicgr Pixabay / CC0Солнце, фото: ipicgr Pixabay / CC0 Космическая погода взаимосвязана, главным образом, с солнечной активностью. В числе характерных проявлений – поток заряженных частиц с Солнца (солнечный ветер), вспышки на Солнце, усиление электромагнитного излучения от того же Солнца (видимый спектр, рентгеновское или гамма-излучение), а также изменения в межпланетном магнитном поле и состоянии магнитного поля нашей планеты.

«За космической погодой важно наблюдать так же, как и за погодой непосредственно на поверхности Земли, потому что она точно так же непрестанно меняется, случаются бури. Было бы идеально её уметь и предсказывать, но это пока нечто из области научной фантастики», - говорит доктор Роберт Филгас из Чешского технического университета в Праге, член команды исследователей, которая занимается обработкой данных со спутника VZLUSat-1. Его запуск был осуществлён 23 июня 2017 года в рамках международной миссии QB50 при поддержке Европейской комиссией проекта ЕС.

По словам доктора Филгаса, космическую погоду необходимо отслеживать, так как от неё напрямую зависит функционирование современных технологий, коммуникационных спутников, которые обеспечивают людям интернет и телефонную связь, а также навигационных спутников и GPS.

Что Солнце нам готовит

«На Солнце и в его недрах постоянно происходят сложные магнитно-динамические процессы, прежде всего – вспышки и выбросы вещества, которое потом перемещается в направлении Земли и оказывает влияние на её магнитное поле. Для наглядности это можно описать как сильный ветер, который в прямом смысле слова давит на защитный слой нашей планеты и деформирует его, из-за чего слой кое-где нарушается. Это мы и зовём магнитной бурей.

Спутник VZLUSat-1, фото: Архив Владимира ДаниелаСпутник VZLUSat-1, фото: Архив Владимира Даниела На земле изменения в магнитом поле могут проявляться даже красиво: например, в виде северного сияния. Или наоборот: магнитные волны могут вызывать индукционный ток в проводах высоковольтного напряжения – в этом случае может произойти полное отключение электричества. Подобный случай произошёл в 1989 году в Квебеке. Раньше это происходило с телеграфными проводами – они искрили, рискуя вызвать пожар. Сейчас эта инфраструктура выглядит по-другому и более защищена от подобных явлений, но всё равно необходимо вести мониторинг, чтобы минимизировать негативные последствия», - объясняет Роберт Филгас.

Необходимо иметь в виду и то, что даже без бурь и вспышек космическое излучение является небезопасным для человека, в случае, если он оказывается близко к краю защитного слоя – магнитного поля Земли или за его пределами. Это происходит, прежде всего, при космических полётах.

«Конечно, если вы находитесь в космическом корабле, то тут уже ничего не поделаешь. Для астронавтов на международных космических станциях самой большой защитой по-прежнему является магнитное поле Земли. Если же объявляют о вспышке на Солнце, то у них есть возможность спрятаться в тот модуль корабля, который находится на теневой стороне. При дальних полётах, например, на Марс, необходимо иметь защитные экраны не только снаружи, но и внутри самого корабля. Хоть на основании расчётов и можно очень приблизительно предсказать периоды солнечной активности, но такого рода полёт может продлиться годы, и невозможно выбрать какой-то подходящий и абсолютно безопасный момент для его осуществления», - объясняет Роберт Филгас.

«Если происходят геомагнитные бури или вспышки на Солнце, то авиамаршруты отклоняются от полярных зон, так как там наблюдается наивысшая интенсивность излучения».

Ключевое слово – «приблизительно»: по словам доктора, все изменения такого рода происходят слишком быстро, так что, если случится, например, очень мощная вспышка на Солнце, то, после того как её зафиксируют спутники, у обитателей Земли будет всего пара минут на то, чтобы решить, что делать и куда прятаться.

Одним из множества приборов, которые находятся в космосе и контролируют изменения «местной» погоды, в частности, радиационную ситуацию, является детектор Timepix, помещённый на борт спутника VZLUSat-1 (подробнее об этом проекте было рассказано в материале Радио Прага «Чехия снова на орбите»). Прибор был создан в рамках международного проекта Medipix, который ведёт швейцарский CERN (Европейская организация ядерных исследований – прим. ред.). Команда исследователей из Чешского технического университета занимается анализом данных, получаемых со спутника.

Timepix, фото: Чешский технический университетTimepix, фото: Чешский технический университет «Среди безусловных преимуществ Timepix – малое потребление энергии, небольшие размеры и высокая радиационная устойчивость. Главным недостатком, полагаю, является то, что наш прибор может измерять либо энергию частиц, которые проходят сквозь него, либо время прилёта частиц. Он не способен измерить эти два параметра одновременно, так что всегда приходится выбирать», - поясняет Роберт Филгас.

Данные, полученные с помощью детектора, могут использоваться в различных областях, например, в медицине для исследования свойств рентгеновского и нейронного излучения. В будущем они могут быть также полезны для объяснения изменений, происходящих в климате Земли.

«Хотя и предполагается, что флуктуация солнечной активности имеет влияние на изменения климата, до сих пор не ясно, как это работает. Возможно, в будущем, кто-то и использует эти данные для того чтобы это выяснить, но на настоящий момент это не является нашей главной целью.

Кроме того, климатические изменения – очень долговременный процесс, наши же наблюдения пока что не охватывают даже самый короткий одиннадцатилетний солнечный цикл, который тоже влияет на климат», - говорит доктор Филгас.

Новые космические планы

К настоящему моменту при помощи данных, полученных со спутника VZLUSat-1, учёные уже составили карту радиационного поля Земли, на которой ясно видна повышенная интенсивность излучения у полюсов и Южно-Атлантической аномалии. Это уже успех – таким образом подтвердились результаты, полученные с помощью других приборов другими специалистами. Однако исследования продолжают идти полным ходом.

Роберт Филгас, фото: Чешский технический университетРоберт Филгас, фото: Чешский технический университет «Основная наша цель на данный момент – сортировка частиц по типу (электроны, протоны, заряженные ионы) и по заряду энергии этих частиц. Для этого мы вместе с коллегами с факультета электротехники разработали и создали специальное программное обеспечение для распознавания частиц, в данный момент разбираемся в нём и тестируем его. Один из студентов нашего института защищает дипломную работу по этой теме», - добавляет он. Кроме анализа данных с VZLUSat-1, команда Чешского технического университета работает ещё над несколькими проектами. Один из них – создание модуля с двумя детекторами Timepix для японского спутника.

«Вместе с японским университетом Тохоку мы работаем над созданием модуля для спутника RISESAT. Речь идёт об устройстве, в котором друг над другом будут расположены два детектора Timepix – они предназначаются, как и в остальных случаях, для мониторинга радиационной обстановки на орбите Земли. Изначально мы создали так называемый инженерный модуль, который прошёл все необходимые тесты, в настоящее же время в Японии тестируется уже финальный вариант модуля, который и отправится на ракете Японского космического агенства в космос», - говорит Роберт Филгас.

Старт спутника запланирован на конец 2018 года – начало 2019 года.

По словам доктора Филгаса, несмотря на то, что маленький Timepix (он весит всего несколько десятков граммов) бессмысленно сравнивать с огромными детекторами, выполняющими аналогичные задачи, он уже неоднократно подтвердил свою функциональность, и в мире о нём хорошо известно. В настоящее время несколько таких детекторов находится на спутниках в космосе, кроме того, ведутся переговоры по использованию Timepix в грядущих космических миссиях.