Прогноз космической погоды

Вспышки и плазменные выбросы на Солнце негативно влияют на работу околоземных спутников и наземные коммуникации

Стабильная работа этих систем — важный фактор для современной инфраструктуры и экономики в целом. В мире действуют программы прогноза космической погоды в реальном времени, например магнитных бурь на Земле в ближайшие часы, дни. Это очень востребовано во многих сферах, начиная с сельского хозяйства и заканчивая военно-промышленным комплексом.

Предсказать эффекты от воздействия солнечной активности и других импульсных явлений в магнитосфере Земли поможет моделирование космической плазмы в Институте лазерной физики СО РАН. Отдел лазерной плазмы ИЛФ СО РАН воспроизводит процессы, происходящие в космической среде, с помощью крупномасштабного лазерного стенда КИ-1, единственного в России по уровню лазерной энергетики и ряду других параметров.

Фото: Михаил Фокин

— Напомню, что вся Вселенная состоит преимущественно из плазмы, поэтому очень важно ее изучать. Стенд КИ-1 был создан для ее изучения в околоземном космическом пространстве — рассказывает директор ИЛФ СО РАН, доктор физико-математических наук Ильдар Шайхисламов. Исследовать космическую плазму можно не только с помощью спутников, но и в лабораторных экспериментах. На стенде КИ-1 с помощью мощного лазера создают аналог космической плазмы и изучают ее, используя разнообразные средства диагностики.

Террелла — аналог Земли в лаборатории

— На стенде КИ-1 с большой вакуумной камерой можно воспроизвести процесс обтекания магнитосферы Земли солнечным ветром. С помощью лазера мы можем создавать импульсные потоки плазмы, моделирующие вспышки на Солнце, и их воздействие на магнитосферу Земли. Это важно, потому что именно вспышечная активность Солнца приводит к повреждениям инженерной и информационной инфраструктуры и другим негативным эффектам, — поясняет Ильдар Шайхисламов.

Ученый напоминает: самая крупная известная нам солнечная вспышка произошла 150 лет назад, когда еще не было телекоммуникационной и навигационной инфраструктуры, в том числе и космической. Воздействие солнечной плазмы на Землю было настолько сильным, что привело к повреждению телеграфных линий, а северное сияние наблюдалось даже в субтропиках. Такие выбросы энергии на Солнце случаются редко, но если подобное произойдет сейчас, это приведет к крайне неприятным последствиям.

Фото: Михаил Фокин

— Это лишь один из вопросов, который мы изучаем. Есть еще много моментов, которые надо понять, чтобы проецировать на реальную космическую среду. Такие исследования сейчас востребованы. В частности, действует крупная научная программа в Национальном центре физики и математики (НЦФМ) в Сарове. Это инфраструктурный проект по ряду прорывных направлений: суперкомпьютеры, квантовые вычисления и в том числе изучение Вселенной. Одно из направлений работы НЦФМ связано с лабораторным моделированием астрофизических и геофизических процессов, и наша установка КИ-1 входит в этот кластер, — говорит Илдар Шайхисламов.

Важен и кадровый вопрос. Ученый напоминает: в период существования СССР и до настоящего времени город Саров является центром ядерных исследований. НЦФМ создается в том числе с целью привлечения молодых ученых — необходимо решать проблему преемственности поколений.

Тайны экзопланет

Открытие экзопланет — планет, находящихся вне Солнечной системы, — остается самым ярким астрофизическим событием последних десятилетий. Число обнаруженных экзопланет достигло нескольких тысяч и растет с каждым днем благодаря многочисленным космическим и наземным телескопам. Одним из направлений работы отдела лазерной плазмы ИЛФ СО РАН является изучение этих объектов, а именно их плазмосфер. Плазмосфера горячих экзопланет с недавних пор стала новым объектом исследований в области астрофизики и космической плазмы. О том, почему важно изучать экзопланеты, рассказывает младший научный сотрудник Марина Руменских.

Фото: Михаил Фокин

— Солнечная система на самом деле лишь капля в море Вселенной. Для того чтобы развивать теории строения и эволюции планет, например, откуда на Земле магнитное поле, почему на Марсе нет атмосферы, необходимо располагать большим количеством исследуемых объектов. Здесь на помощь приходят сведения о других планетарных системах, которых в одной только нашей галактике десятки и сотни миллиардов. Наблюдения экзопланет дают нам уникальную возможность апробации наших теорий на невероятно большом количестве объектов. Другой актуальный вопрос науки в целом — поиск биомаркеров и обитаемость других миров — невозможно изучить на примерах только Солнечной системы, — рассказывает Марина Руменских.

— Мы исследуем определенный тип экзопланет, так называемые «горячие экзопланеты». Они сходны с Юпитером или Нептуном, но вращаются вокруг своих звезд в 10 раз ближе, чем Меркурий к Солнцу! Верхние слои атмосферы таких планет ионизуются, обращаются в плазму и ускоряются до больших скоростей, — поясняет Марина Руменских, — и мы изучаем, применяя сложное численное моделирование, что происходит при взаимодействии этой плазмы с магнитными полями, с потоками звездной плазмы, с излучением звезды.

Ученые сравнивают результаты численных расчетов с данными телескопов, полученными методом транзитной фотометрии. Этот метод основан на наблюдении того, что происходит с излучением звезды, когда на фоне ее диска проходит планета. Впервые такой способ применил Ломоносов и обнаружил, что у Венеры есть атмосфера.