рассказывают сотрудники кафедры физики космоса физфака МГУ
Солнце, являясь главным источником энергии для нашей планеты, оказывает колоссальное влияние на процессы в верхних слоях атмосферы и околоземного пространства. На кафедре физики космоса изучают взаимодействие солнечных потоков энергии с магнитосферой Земли. Среди наиболее ярких проявлений солнечной активности выделяются:
– солнечные вспышки, рентгеновское излучение от которых достигает Земли за 8 минут, и не представляет угрозы, однако протоны и электроны ускоренные электрическими и магнитными полями в момент вспышки достигнут Земли за десятки минут, и могут быть опасны как для аппаратуры спутников, так и для здоровья членов экипажа на орбите.
– корональные выбросы массы (выбросы горячей плазмы солнечной короны происходящие из-за вспышек и магнитного пересоединения на Солнце), которые достигают Земли за несколько дней и являются источником магнитных бурь;
– корональные дыры – области с открытыми магнитными линиями, через которые вырываются высокоскоростные потоки солнечного ветра (эти потоки способны достичь Земли за несколько дней и провоцируют геомагнитные возмущения).
Магнитосфера нашей планеты играет ключевую роль в защите от солнечного ветра. Однако во время максимума цикла солнечной активности ее структура искажается, что приводит к возникновению магнитных бурь. Ученые кафедры подчеркивают, что крупные бури наблюдаются несколько раз за 11-летний цикл активности Солнца. Например, нынешний 25-й цикл, начавшийся в 2019 году, оказался более активным, чем предыдущий.
Магнитные бури и их влияние
Магнитные бури – явления, затрагивающие не только атмосферные процессы, но и сферу высоких технологий. Они могут нарушать радиосвязь, работу GPS-систем, а также электросети, как это было во время знаменитой магнитной бури в Канаде в 1989 году, оставившей без электричества миллионы людей.
Интересно, что в моменты минимальной солнечной активности Земля оказывается более подвержена воздействию галактического космического излучения – частиц высокой энергии, поступающих из-за пределов Солнечной системы. Таким образом, для космических полетов иногда безопаснее, когда Солнце активно.
Центр анализа космической погоды SWX
Одной из ключевых инициатив НИИЯФ МГУ является создание центра анализа космической погоды и разработка платформы SWX. Этот интернет-ресурс предоставляет данные о текущем состоянии околоземного космического пространства и уровне солнечной активности. Среди возможностей платформы:
– мониторинг космической погоды в режиме реального времени - на серверах собираются данные российских и международных спутниковых и наземных наблюдений, а интерактивных интерфейс сайта позволяет с первого взгляда оценить уровень опасности космической погоды - наличие вспышек на Солнце, геомагнитной бури, повышенной радиации на орбите;
– модель магнитосферы НИИЯФ МГУ, которая рассчитывается и обновляется на основе спутниковых данных в режиме реального времени;
– интерактивные прогнозы скорости солнечного ветра, построенные на основе изображений корональных дыр, а также другие модели космической погоды основанные на нейросетевых алгоритмах;
– уникальные данные приборов, разработанных в НИИЯФ МГУ и установленных на российских спутниках, в том числе наноспутниках – кубсатах.
Платформа была создана при поддержке Министерства образования и науки РФ и продолжает активно развиваться. На сайте также представлены инструменты для изучения структуры магнитосферы в 3D-формате, данные о текущем состоянии спутников и графики активности солнечного ветра. Этот проект демонстрирует, как возможно объединить научные исследования и образовательный подход с помощью современных технологий.
Спутники МГУ
Ученые кафедры активно участвуют в создании и эксплуатации спутников, которые используются для изучения космической среды. Первый университетский спутник "Татьяна" был запущен 20 января 2005 года, в его поле зрения входило пространство от Новосибирска до Мадрида. “Татьяна” изучала потоки радиации в магнитосфере Земли - радиационные пояса, а также стала одним из первых спутников, для изучения свечения ночной атмосферы Земли (наблюдение атмосферных транзиентов - молниевых разрядов в верхних слоях атмосферы огромной мощности и загадочного происхождения, и полярных сияний из космоса). Продолжением этой миссии стала “Татьяна 2”, запущенная в 2009 году. Обе “Татьяны” послужили не только для науки, но и стали частью образовательного процесса - на всех этапах от разработки приборов, до обработки данных в работе принимали участие студенты, и эта практика продолжается и сейчас. Не менее важным проектом стал запуск спутника «Михайло Ломоносов» в 2016 году. Это международный проект, главной организацией был МГУ, а основными задачами его было изучение космических лучей, гамма всплесков, ультрафиолетового свечения ночной атмосферы Земли и потоков заряженных частиц на орбите.
К 270-летнему юбилею Московского университета был реализован большой научно-образовательный проект «Созвездие-270» в рамках НОШ МГУ «Космос». Ученые запустили флотилию спутников с научными приборами, разработанными в МГУ, а также ввели в эксплуатацию сети наземных станций, предназначенных для связи, обслуживания и управления спутниками. Проект имеет большое научное и образовательное значение: позволяет получать ценные научные данные и помогает обучать студентов и школьников, как правильно работать с космическими аппаратами.
"Созвездие-270" направлено на создание компактных наноспутников (кубсатов). Некоторые из них уже используются в образовательных целях в сотрудничестве со школьниками. Такие спутники имеют небольшой срок службы (до двух лет), что оправдывается экономичностью их производства.
Спутники позволяют тщательно анализировать потоки солнечного ветра и их взаимодействие с магнитосферой Земли. Однако ограниченный доступ к профессиональным зарубежным спутниковым данным заставляет задуматься о необходимости развития российских технологий.
Северное сияние: красивые сигналы активности
Одним из эффектных явлений, вызванных солнечной активностью, являются северные сияния. Они происходят, когда заряженные частицы Солнца взаимодействуют с атомами в атмосфере Земли. В периоды мощных геомагнитных бурь наблюдать такие явления можно даже в средней полосе России. Сотрудники кафедры проводят наблюдения за аврорами, что помогает анализировать мощность выбросов солнечного ветра, и проникновение заряженных частиц в магнитосферу и атмосферу Земли.
Влияние Солнца на климатические процессы
Солнечная активность, вероятно, влияет на долгосрочные изменения климата на Земле. Примером могут служить периоды, подобные минимуму Маундера в XVII веке, когда глобальное похолодание было связано с низкой активностью Солнца. Также изучается влияние солнечного излучения на верхние слои атмосферы, в частности на озоновую оболочку.
Миссия кафедры
Сотрудники кафедры активно привлекают молодежь к научным исследованиям. На основе данных своих разработок они создают проекты и приложения для школьников, где визуализируются различные влияния солнечной активности на нашу жизнедеятельность. В рамках университетских курсов сотрудники физфака делятся передовыми методами прогнозирования космических явлений и математического моделирования.
Кафедра популяризирует науку, проводя лекции, мастер-классы и фестивали, где специалисты делятся своими открытиями о Солнце и космосе.
Перспективы исследований
Сегодня ученые кафедры физики космоса физфака МГУ и Центра анализа космической погоды продолжают изучать, как солнечные циклы и геомагнитные изменения влияют на Землю. Работа кафедры направлена в первую очередь на объяснения механизмов, скрытых в нашей звезде, и помогает обезопасить человечество от последствий космической стихии. Ресурсы вроде платформы SWX выводят научные исследования на новый уровень, делая данные доступными для изучения и применения на практике.
Хотите стать частью кафедры? Поступайте на физфак МГУ!