Введение

Космическая погодаi

На нашей планете свирепствуют снежные и песчаные бури, проливаются сильные ливни, разрушают все на своем пути тайфуны и цунами. Но неистовые и опасные погодные явления случаются не только на Земле, но и в космическом пространстве. Их называют «солнечные бури» и, подобно своим земным двойникам, они способны причинять вред человечеству, особенно учитывая зависимость людей от спутниковых технологий – телевидение, навигация, связь, метеорология и т.д. Обычно влияние этих «солнечных бурь» сказывается только на работе космических систем, однако время от времени их воздействие оказывается настолько мощным, что мы можем наблюдать негативные последствия этих явлений и на Земле.

Прежде чем подробно описать «солнечные штормы» и опасность, которую они для нас представляют, давайте попробуем понять, насколько сильно наше местоположение связано со всем, что нас окружает в космическом пространстве.

Гелиосфера

Пространство между планетами нашей солнечной системой называется гелиосфера. Первая часть «Helios» – это древнее греческое слово, означающее «Солнце», а вторая часть «сфера» описывает космическое межпланетное пространство, находящееся под влиянием всех процессов, происходящих на Солнце.

В греческой мифологии Гелиос – бог Солнца. Каждое утро он проезжает по небу на своей золотой колеснице, принося на Землю солнечный свет.

Гелиосферу можно описать, как огромный магнитный пузырь (см. рисунок), в который заключены Солнце и планеты, солнечный ветер и межпланетное магнитное поле, а так же космические лучи и комическая пыль.

Схематическое изображение гелиосферы.

Итак, межпланетное пространство отнюдь не пустое, а космос тоже имеет свою погоду – космическую. Различные проявления космической погоды, наблюдаемые на нашей планете, зависят от поведения Солнца, от состояния магнитного поля Земли и атмосферы. Эти проявления зачастую оказывают негативное воздействие на технологические и биологические системы. Напрямую или косвенно, но влияние космической погоды отражается на каждом из нас. Но прежде, чем обсуждать детали и причины этого воздействия, поговорим о Солнце, от которого, в конечном счете, зависят все процессы, происходящие в окружающем нас пространстве.

Солнце

Будучи обыкновенной средней звездой, Солнце очень динамично и обладает интересными особенностями. У Солнца имеется приблизительно 11-летний цикл, характеризуемый его активностью. Когда активность мала, солнечный цикл в минимуме, в обратном случае говорят о солнечном максимуме. Проявления солнечного цикла можно наблюдать в различные телескопы и детекторы на спутниках и соответственно можно наблюдать солнце через различные "очки". Физически это означает, что наблюдения проводят на разных длинах волн. Это позволяет наблюдать солнце на разных уровнях высоты. Например, с помощью рентгеновских наблюдений можно исследовать солнечную корону и видеть проявления солнечной активности. На рисунке ниже показано как меняется изображение Солнца в рентгеновском диапазоне от солнечного максимума (слева) до минимума (справа).

Изменения Солнца, измеренные в рентгеновском диапазоне длин волн.

Почему космическая погода представляет для нас интерес?

На это вопрос существует множество ответов. Во-первых, современное общество Земли глубоко зависит от надежности космических систем, и со временем степень этой зависимости увеличивается. В тоже время эти системы уязвимы для факторов космической погоды. Одновременно технические системы становятся всё более чувствительны к космическому окружению, причём эта тенденция сохранится и в будущем, вследствие технологического развития, в частности миниатюризации.

И наконец, в будущем появятся новые разработки для которых космическая погода будет иметь чрезвычайно важное значение (например колонии на Марсе, добыча ископаемых на астероидах, космический туризм, космические отели, технологии транспортировки, коммерческие возможности Международной Космической станции (МКС), солнечная энергия и т.д.)

К счастью для нас, солнечно-земная физика, наука о том, как связаны Солнце и Земля, развилась до того уровня, когда функциональные модели и прогнозирование разрабатываются, а в некоторых случаях уже существуют. Важно чтобы мы могли предсказывать погоду в космосе так же, как предсказываем погоду на Земле, но прогнозирование должно быть дополнено разработкой методов смягчения воздействия космической погоды. На Земле мы строим дома для защиты от окружающей среды. В космосе спутники защищают специальными щитами. Щиты в космосе подобно плащу на земле защищают и космонавта в космическом корабле от воздействия космического окружения. Однако порой плаща недостаточно и необходимо принять дополнительные меры (например, космонавт должен войти в специальный защитный отсек в космическом корабле). При этом прогнозирование становится особенно важным, предупреждая нас о том, когда такой опасный момент наступит.

Явления космической погоды в околоземном космическом пространстве

Энергичные заряженные частицы

Для околоземных спутников и межпланетных космических полетов наиболее важны:

  1. Радиационные пояса Земли (захваченные протоны и электроны), известные также как пояса Ван Алена
  2. События на Солнце, связанные с выбросами энергичных частиц
  3. Галактические космические лучи, приходящие в гелиосферу извне

TO FOLLOW ON OTHER PAGES: Solar Flares, Coronal Mass Ejections, Neutrals (Particulates), etc.

Technical Space Weatheri Effects

Space-based

TO FOLLOW ON OTHER PAGES: Single Event Effects, Plasmai Effects, Atmospheric Drag, etc.

Ground-based

Geomagnetically induced currents

TO FOLLOW ON OTHER PAGES: Geomagnetically induced currents (GICs) are phenomena at the ground end of the space weatheri chain., Pipelines, Power grids, Radio waves, etc.

Biological Space Weatheri Effects

TO FOLLOW ON OTHER PAGES: Astronauts, crew and passengers onboard airlines, etc.