Астрофизика погоды

В поисках причин, по которым меняется климат, специалисты рассматривают все факторы, в том числе такие, которые ранее с климатом не связывались. В их числе — так называемые космические лучи, или, говоря проще, радиация, которая постоянно присутствует в космосе и «падает» на Землю столько, сколько существует наша планета. Это ионизирующее излучение порождают в первую очередь сверхновые звёзды и чёрные дыры, оно может блуждать по Вселенной миллиарды лет, пока не достигнет Земли. Мы попросили Егора Задеба из Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», где идут серьёзные исследования космических лучей, поделиться новостями с передового края науки.

Поток космических лучей, который приходит к границам магнитосферы Земли из дальнего космоса, в целом постоянен. Он не зависит от времени года или времени суток. Другое дело, что радиация, которая прорывается через атмосферу нашей планеты и её магнитное поле, подвержена серьёзным вариациям. Насколько это влияет на климат? В определённой степени, безусловно, влияет. Так, например, даже в самую сильную грозу разности потенциалов между облаком и поверхностью земли (до сотен миллионов вольт) недостаточно для электрического пробоя, то есть для образования молнии. Согласно некоторым исследованиям, космические лучи, ионизируя воздух, создают «дорогу» для молнии. Когда между облаком и землёй создаётся разность потенциалов, должно что-то произойти, какой-то толчок, чтобы случился разряд, то есть молния. Таким спусковым крючком может стать элементарная частица, которая создаёт ионизированный «столб» на своём пути. Есть и другие аспекты, менее изученные.

Мы в МИФИ занимаемся исследованием космических лучей, в том числе тем, как на их поток влияют атмосфера и магнитосфера Земли. Возьмём солнечные вспышки, которые порождают магнитные бури. Их воздействие на природу и человека известно (хотя часто становится предметом спекуляций в популярной прессе). Мы видим, как облако плазмы отрывается от Солнца, и констатируем, что оно направляется к Земле. Далее нам остается только ждать. Этот «кусок» солнечной плазмы не излучает, он полностью прозрачен, основными известными человечеству методами его нельзя увидеть. Облако летит к Земле три-четыре дня. И мы не знаем, что с ним происходит на этом пути. Так вот, мы научились «видеть» эту плазму с помощью космических лучей. Дело в том, что она заряжена и заметно влияет на поток заряженных частиц, то есть космические лучи. Видя в «небе» область, из которой исходит мало космических лучей, мы понимаем, что там находится солнечная плазма.

Это нетривиальная задача, ведь космические лучи, достигая атмосферы и магнитосферы Земли, порождают так называемые вторичные космические лучи, которые движутся в довольно близком к первоначальной частице направлении, на них влияет неоднородность атмосферы и магнитного поля, так что понять, откуда прилетела отдельно взятая частица на самом деле, практически невозможно. Тем не менее нам удаётся решить эту задачу. Как? Путём анализа громадного числа событий. Наш детектор, расположенный в Москве, фиксирует около 8 тысяч событий в секунду. Если мы видим, что космическая частица, зафиксированная в Москве, пришла откуда-то с юга, она могла войти в магнитное поле планеты где-нибудь в районе, например, Малайзии. Если с северо-запада — то войти в атмосферу в районе Петербурга, и так далее.

Самое интересное, что мы также пытаемся помогать прогнозировать погоду. Дело в том, что первичная космическая радиация дробится на вторичную, достигающую поверхности Земли, примерно на высоте 15-20 километров. В этой области атмосферы идут важнейшие для климата процессы, но классическая метеорология не способна их контролировать непрерывно. Метеозонды запускаются несколько раз в день, настолько же часто спутники сканируют атмосферу. В результате происходят такие инциденты, как, например, 29 мая 2017 года в Москве, когда из-за неожиданно нагрянувшей бури погибли 18 человек. Метеорологи смогли увидеть разрушительный фронт всего за десятки минут до урагана, когда атмосферное возмущение спустилось из верхних слоев атмосферы к земле. Мы надеемся помочь метеорологам ориентироваться в этой «слепой зоне».

Сейчас много спекулируют по поводу того, что Солнце якобы «засыпает», не может в должной степени вытеснять из окрестностей Земли жёсткую галактическую радиацию, самую опасную. При этом становится опасно летать на самолётах. Всё это — не более чем спекуляции. На Земле есть места, где естественный радиационный фон в десятки раз превышает приемлемый уровень. Например, на пляже Копакабана он в 200 раз превосходит допустимую норму. Тем не менее люди там живут и ничего такого не чувствуют. Солнце в самом деле всё ещё находится на минимальном уровне активности, но это не означает, что оно «спит», — на нём просто реже происходят вспышки.

Если вы спросите меня, как лично я в целом оцениваю многочисленные разговоры о том, что «природа сломалась», то я бы призвал вспомнить, что писаная история климата, период, который метеорология может изучать прямо, насчитывает всего 200-250 лет. Периоды ранее мы фиксируем по археологическим и палеонтологическим — косвенным признакам. И мы видим, например, что в Канаде на рубеже тысячелетий рос виноград, а сейчас там климат несравнимо суровее. Природа живёт своей жизнью. Нас пытаются убедить в том, что природу «сломал» человек, что климат меняется в основном в результате его деятельности. Я могу с этим согласиться лишь отчасти. Я думаю, что нам стоит беречь природу по мере возможности — не рубить бесконтрольно леса, думать о чистоте воздуха, — но в то же время постоянно держать в голове, что не мы создали ледниковые периоды, провоцировали извержения вулканов, на десятилетия понизившие температуру по всей планете. У природы в рукаве много козырей, и человеческий фактор во вселенских проблемах далеко не самый существенный.

Источник: Ведомости / +1