Чем занимается служба космической погоды? Часть 1

Всем хорошо знаком прогноз погоды, ежедневно сообщаемый гидрометеослужбой страны. Но далеко не все знают, что в этой организации существуют и другие направления. Служба космической погоды тоже постоянно следит за состоянием окружающей среды нашей планеты в космическом масштабе.

Казалось бы, что особенного может меняться за пределами нашей планеты? Для большинства людей межпланетный вакуум — пустое место, где ничего нет. И во многом это верно. Но только не для геофизиков и астрономов. Эти люди знают, что в открытом космическом пространстве существует множество частиц, полей и волн. А вблизи звёзд (например, Солнца) можно регулярно ждать разных выбросов, вызванных внутренней жизнью звезды. Поскольку жизнь эта происходит в виде масштабных термоядерных реакций, её отголоски могут быть заметны на всех ближайших планетах, включая Землю.

Чтобы было понятно, зачем службе космической погоды поддерживать большие сети специальных измерительных приборов (специальные наземные и бортовые космические датчики, зонды и прочее), сразу скажу, кем используется её прогноз.

Во-первых, это нужно для дальней радиосвязи за горизонтом. Наличие проводящей области атмосферы позволяет иметь радиосвязь за горизонтом благодаря отражению от ионосферы Земли. Доступные частоты такой радиосвязи сильно зависят от состояния ионосферы. Неправильный выбор частоты приводит к выходу сигнала сквозь ионосферу в космос. В пункте приёма, естественно, сигнал пропадает. Поэтому нужно знать состояние ионосферы и активность внеземных источников, которые её создают.

Во-вторых, центрам управления полётами спутников важно знать, когда быть готовыми к заметному подъёму ионосферы Земли, вызывающему торможение низкоорбитальных спутников. Каждый упавший по такой причине спутник — большие убытки невыполненной или незаконченной миссии. При этом запускать спутники на большие высоты не всегда целесообразно. Например, фотосъёмку высокого качества нужно вести с минимальных высот.

В-третьих, ионосфера Земли влияет на точность систем навигации GPS, ГЛОНАСС и подобных. Для обывателей лишние 10 метров редко большая разница, но для строительства, разметки земельных участков и других задач с определением координат лучше иметь точность в доли миллиметров.

Наконец, изменения магнитного поля и магнитные бури влияют на самочувствие некоторых людей. Им тоже важно знать, когда стоит подготовиться к слабости или, наоборот, эмоциональному возбуждению (у кого как), не связанными с их индивидуальными жизненными обстоятельствами.

Но начнём по порядку. Все мы слышали про «чёрные дыры», находящиеся во многих уголках каждой галактики. В результате ядерного взрыва чёрной дыры образуется догорающая звезда и планетарная система из крупных осколков вокруг. Крупные части после взрыва отлетают недалеко, принимают шарообразную форму и твердеют. Это планеты. На расстоянии звезда их слегка греет лучистой энергией от продолжающейся ядерной реакции, что мы и чувствуем на улице в ясный летний день, загорая на Солнце.

К слову сказать, плотность чёрной дыры — многие тысячи тонн на кубический сантиметр. Только при такой плотности может пойти цепная ядерная реакция по всему веществу. Поэтому нашей планете такая судьба не грозит, какие бы эксперименты ни ставили учёные в коллайдерах CERN.

Подобные взрывы с рождением новых звёзд происходят в разных уголках галактики постоянно. При взрыве кроме крупных осколков есть много мелких. Чем они меньше, тем быстрее вылетают во время взрыва. Быстрее всего летят отдельные частицы. Это частицы высоких энергий — галактические космические лучи. Такие частицы способны ионизовать и ускорить много других нейтральных частиц, которые встретятся на их длинном пути по галактике.

Галактические космические лучи, возникшие при рождении новых звёзд, сталкиваются и с Землёй. Вблизи Земли под влиянием её магнитного поля они направляются к полюсам и вызывают «ливни» ионизации в верхней атмосфере, которые задерживаются только в плотных слоях атмосферы. Спутники не имеют защиты атмосферы, поэтому их солнечные батареи должны быть специально устойчивы против «обстрелов» частицами высоких энергий. Слово «ливни» здесь не имеет отношения к осадкам в привычном смысле.

Кроме общих галактических процессов существуют и более близкие источники излучений и частиц, связанные с жизнью нашей уже родившейся звезды — Солнцем. Постоянное излучение Солнца — не только видимый свет. В излучении Солнца постоянно присутствуют и рентгеновское излучение, и ультрафиолетовое. Сталкиваясь с Землёй, эти излучения ионизуют верхние слои атмосферы, создавая «ионосферу». В приземный слой, где есть жизнь, доходит только малая часть приходящего солнечного излучения: видимый свет и мягкий ультрафиолет. Энергия рентгена и жёсткого ультрафиолета полностью переходит в образование ионосферы.

Несмотря на это, с увеличением числа полярных авиарейсов Европа-Америка встал вопрос о накоплении радиационной дозы экипажами, часто совершающими такие полёты. В полярных областях во время сильных космических воздействий возникает не только приятное глазу Северное сияние, но и слегка повышается радиационный фон, проникающий в такое время из космоса до высот авиаперевозок.