Профессор института физико-математических наук и информационных технологий БФУ им. И. Канта Сергей Кшевецкий с коллегами из Института физики атмосферы имени А. М. Обухова РАН (Москва) и ИЗМИРАН (Калининград) поставили математическую задачу для вычисления влияния погоды на Земле на погоду в ближнем космосе.
Как объяснил Сергей Кшевецкий, космическая погода — это совокупность явлений, происходящих в верхних слоях земной атмосферы, в ионосфере и околоземном космическом пространстве. В околоземном пространстве космоса, как и на Земле, есть своя погода: магнитные и ионосферные штормы и бури, мезосферные (серебристые) облака, солнечный ветер и полярные сияния. В математической задаче рассматриваются волновые процессы в атмосфере.
«Под атмосферой до недавнего времени понимали слой газа (воздуха) толщиной 20-30 км у поверхности Земли. Почему так? Плотность газа быстро падает с высотой. Поэтому почти весь газ находится у поверхности Земли тонким слоем. Для метеорологии или авиации такого понимания атмосферы достаточно. Ведь самолеты, например, не летают выше 15 км (гражданские). Сейчас понятие атмосферы сильно изменилось: его определяют как слой газа толщиной 500-600 км. Школьники возразят. Уже на 100 км мы имеем глубокий вакуум, - скажут они. Хоть кинескопы там паяй. И будут правы. Но это - как посмотреть на вопрос. Конечно, на больших высотах между отдельными молекулами может быть расстояние несколько метров. Или даже сотня метров. Но газ все-таки там есть. Только его очень и очень мало», — рассказал профессор Кшевецкий.
По словам ученого, ближний космос сегодня — это тоже атмосфера в современном понимании, которая носит название «верхняя атмосфера».
«Почему так изменилось понимание термина «атмосфера»? Расширилось... Есть несколько причин. Одна из главных - спутники там летают. И трение об газ они все же испытывают, хоть и очень слабое. Это трение нужно рассчитывать и учитывать. Солнце ионизует газ на высотах больше 200 км. Получается плазма. Плазма - это проводник, а проводники влияют на радиосвязь, которая активно используется в ближнем космосе. Системы позиционирования GPS и GALILEO и GLONAS - это группировки спутников со связью между собой и со множеством объектов на Земле. Есть еще интернет, телевидение. В общем, ближний космос живет сейчас очень активной жизнью. Именно это ставит перед человечеством вопрос о прогнозе «космической погоды». Конечно, дождь выше 100 км не прольется, но есть очень много параметров верхней атмосферы, которые хотелось бы прогнозировать, как погоду».
Исследователи исходят из предпосылки, что погода в ближнем космосе, зависит, в том числе, и от погоды на Земле. Однако степень этой зависимости пока не изучена.
«В нашей работе как раз поставлена математическая задача о распространении волн от колебаний давления на поверхности Земли в верхнюю атмосферу (в ближний космос). Доказана математическая корректность этой задачи. И приведен пример расчетов распространения волн от колебания давления внизу, на поверхности Земли, в ближний космос. Вычислены параметры этих волн. То есть, изучен вопрос о зависимости параметров газа в ближнем космосе от метеорологии внизу, у поверхности Земли. Это очень необычная задача. И мы сформулировали ключевое утверждение: как именно ставится задача и какие-именно экспериментальные данные нужны», - отмечает Сергей Кшевецкий.
Математическая задача представлена в статье, опубликованной в авторитетном научном журнале Annales Geophysicae. Над статьей работали исследователи из Калининградского филиала Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН. Экспериментальные данные (записи давления высокочувствительными микробарографами в зависимости от времени) были предоставлены Институтом физики атмосферы имени А. М. Обухова РАН. Все расчеты производились на суперкомпьютере «Ломоносов» МГУ им. М.В. Ломоносова, расчеты выполнены калининградскими учеными. Руководитель и инициатор научной работы — профессор с ученой степенью доктор наук института физико-математических наук и информационных технологий БФУ им. И. Канта Сергей Кшевецкий.