|
Можно, конечно, продолжать лабораторные эксперименты, используя разные конфигурации магнитного поля, различные по составу и энергии потоки плазмы, применяя большие вакуумные камеры и все более остроумные системы регистрации и обработки данных измерений. Во многих лабораториях мира такие опыты ведутся. Но ведь можно сделать лабораторией всю нашу планету! Для этого нужно, чтобы вся сеть наземных обсерваторий работала по единым международным программе и методике. Нужно, чтобы космические аппараты запускались по единому плану в заранее намеченное время в те точки космического пространства, которые ученые считают наиболее важными для разгадки тайн солнечно-земных связей. Ясно, что для понимания физических и химических процессов, контролирующих сложное поведение солнечно-земного пространства, необходимы хорошо спланированные и организованные эксперименты. Солнечно-земные исследования носят поистине глобальный характер, и здесь научное сотрудничество на национальной и интернациональной основе абсолютно необходимо. Начало эффективного международного сотрудничества можно отнести ко времени проведение Первого Международного полярного года, когда более 100 лет тому назад несколько государств предприняли объединенные усилия для исследования погодных условий в Арктике. Это научное мероприятие способствовало развитию международного сотрудничества в глобальном масштабе. Почти 50 лет спустя, в период 1932-33 г., когда в представлениях о верхней атмосфере уже произошла революция, был проведен Второй Международный полярный год. После второй мировой войны стала быстро совершенствоваться ракетная техника, которую можно было применить для исследования верхней атмосферы. Ракеты же проложили путь к использованию космических аппаратов. А ведь еще в конце прошлого века для измерений в атмосфере применялись обыкновенные воздушные змеи! И здесь мы вплотную придвинулись к проблеме изучения и практического использования космического пространства. По решению Международного совета научных союзов и правительств ряда стран 1 июля 1957 г. началось крупнейшее научное предприятие, какого еще не знала история науки,— Международный геофизический год (МГГ). В нем приняли участие десятки государств, в том числе наша страна. Около 30 тыс. ученых по заранее согласованному плану 18 месяцев проводили обширные исследования во всей толще атмосферы, на суше, в морях и океанах, в космосе. В первый же год проведения МГГ было запущено 116 исследовательских ракет! Чтобы изучить весь комплекс геофизических процессов, ученые выбрали период максимума солнечной активности. Надо сказать, что Солнце не поскупилось и отметило МГГ мощными магнитными бурями, полярными сияниями, ионосферными возмущениями и т. д. Геофизики всех стран получили богатейший материал, позволивший глубже проникнуть в сущность сложного комплекса солнечно-земных связей. Выдающимся событием явился в тот период запуск в СССР первого искусственного спутника Земли (4 октября 1957 г.), а позже — запуск спутников в США. Подводя итоги МГГ, руководитель советских исследований академик И. П. Бардин писал участникам работ:
«С последним ударом часов в полночь 31 декабря окончился период наблюдений по программе Международного геофизического года — это славная полоса в жизни науки, когда ученые 65 стран впервые в истории объединили свои усилия для исследования планеты в целом. Это наступление на тайны природы велось советскими учеными в едином строю с коллегами всех стран, и сегодня мы можем с гордостью сказать, что отечественная наука, как ей и подобает, занимала во время МГГ одно из ведущих мест. В самых отдаленных уголках планеты трудятся наши метеорологи и магнитологи, астрономы и ионосферисты, гравиметристы и гляциологи, океанографы и сейсмологи, специалисты по полярным сияниям и космическим лучам.
Благодаря их повседневному будничному труду, благодаря их упорству, а временами и героизму наука получила в свое распоряжение бесценный свод фактов о жизни Земли».
Однако чем глубже ученые зарывались в горы материалов МГГ, тем яснее становилось, что необходим так называемый контрольный эксперимент. В самом деле, если есть информация о каком-нибудь явлении в условиях необычных (а период МГГ был необычным — то были годы максимума солнечной активности, притом совершенно необыкновенного по своей интенсивности), то, чтобы уверенно судить об эффекте, надо посмотреть, как выглядит явление в условиях обычных (в нашем случае при спокойном Солнце, в условиях минимума солнечной активности).
Следовательно, программу МГГ надо было повторить в годы минимума— 1964 и 1965. Такое решение было принято Международным геофизическим комитетом, поддержано Организацией Объединенных Наций, и начался новый эксперимент — Международный год спокойного Солнца (МГСС). Все ведущие в научном и техническом отношении государства, а также многие развивающиеся страны подняли у себя флаг науки о Земле и Солнце. К этому времени был накоплен ценный опыт МГГ по научно-организационным проблемам, существенных успехов достигло научное приборостроение, окрепла ракетно-космическая техника. Как всегда, большое внимание уделялось полярным областям, особенно ледяному Антарктическому континенту. Там появилось более десятка научных поселков (бойкие журналисты немедленно объявили, что Антарктида занимает первое место среди всех частей света по процентной численности населения с высшим образованием). В Токио, Москве, Париже и Вашингтоне были организованы центры международной «Службы мировых дней», центры оповещения и прогнозов. Мировые дни — это такие периоды, когда геофизики всех стран по специальному сигналу с большей частотой и интенсивностью, чем обычно, проводят измерения и наблюдения. Сигнал этот подается тогда, когда происходит солнечная вспышка или ожидается магитная буря, предстоит солнечное затмение или наблюдается внезапное повышение температуры в стратосфере. Информация от солнечных и геофизических обсерваторий поступает в региональные центры, а оттуда — в Главный прогностический центр в Вашингтоне. Этот центр, посоветовавшись с экспертами из всех регионов, объявляет научную тревогу — «Геоалерт!». Вот как красочно описывали этот процесс авторы книги «Внимание! Солнце спокойно»:
«Австралийский астроном, встретив восход, обнаружил, что на Солнце, кажется, начинается вспышка. Солнце «шествует» на запад, и астрономы разных стран настороженно задают ему вопросы. Телеграммы обо всем замеченном слетаются по телетайпной сети специальной Службы оповещений в региональные центры, а оттуда — в Мировой прогностический центр МГСС под Вашингтоном. Вот сигналы из Иркутска, а вот из Дели... Вспышка ширится. Вот подтверждение из обсерватории Кейптаун, а вот из Сакраменто-Пик, Нью-Мексико...
Алерт! Научная тревога! — проносится по телетайпной сети из Вашингтона. Первыми о ней узнают центры огромных регионов, на которые разделена наша планета, а среди них наш Евразийский центр под Москвой. У него есть два подцентра — один в Праге, другой в Иркутске. Из региональных центров известие доходит, наконец, до всех станций и обсерваторий, рассыпанных по всем континентам Земли. Алерт! И, подчиняясь всемирному сигналу, гигантская труба Крымской астрофизической обсерватории запечатлевает на кинопленку сверкающий диск Солнца. Алерт! И в перуанских Кордильерах специалист по ионосфере с особым вниманием приникает к экрану своего прибора. Алерт! И якутский исследователь космических лучей спешит вовремя запустить в хмурое арктическое небо шар-пилот со счетчиками частиц, летящих к нам из Вселенной. Алерт! И станции полярных сияний в Арктике и Антарктиде переводят свои фотографические камеры на убыстренный режим съемки. Так «нервная система» МГСС, опутывающая нашу планету, приводит в действие всю огромную армию исследователей на двух тысячах станций».
Программы МГГ и МГСС стали значительным шагом вперед в деле экспериментальной проверки физических идей, лежащих в основе солнечно-земной физики. Они обогатили науку крупными открытиями в области исследования околоземного космического пространства.
Космическая ракета «Луна-1», автоматическая межпланетная станция «Луна-2», американские ракеты «Пионер-1» и «Пионер-2», спутники «Эксплорер-6» и «Эксплорер-8», советские «Электрон-2» и «Электрон-4» и многие другие космические аппараты произвели прямые измерения магнитного поля на расстояниях от двух земных радиусов до нескольких десятков радиусов Земли. Граница магнитосферы была «нащупана» непосредственно в космосе. Стало ясно, что во время возмущений она действительно ближе к Земле. Обнаружен был и «хвост» магнитосферы. Очень впечатляющим было открытие постоянно существующих вокруг нашей планеты радиационных зон или поясов. Эти зоны заполнены высокоэнергичными частицами в таких количествах, что это становится уже опасным не только для космонавтов, но и для материалов, используемых на космических аппаратах. Под действием такой жесткой радиации выходят из строя, например, полупроводниковые солнечные батареи, вырабатывающие электроэнергию для всей научной аппаратуры и системы жизнеобеспечения корабля, разрушаются органические материалы, используемые для «просветления» оптики. Радиационные пояса были открыты независимо американскими и советскими физиками в процессе изучения космических лучей с помощью счетчиков частиц, помещенных на искусственные спутники Земли. Оказалось, что громадные области околоземного пространства — почти вся магнитосфера Земли — заполнены заряженными частицами разных энергий, захваченными и прочно удерживаемыми геомагнитным полем. Существуют две кольцевые зоны (или два пояса) радиации — внутренняя, расположенная ближе к Земле на расстоянии 7—12 тыс. км от ее центра, и внешняя, расположенная на расстоянии 15—20 тыс. км. Нижняя кромка внутреннего радиационного пояса в западном полушарии проходит всего в 500 км над поверхностью Земли. Пояс проходит над Центральной и Южной Америкой, Африкой, Южной Азией, Австралией и Океанией. И как ни странно, местоположение этой зоны очень мало зависит от солнечной и магнитной активности. Внешняя зона в поперечном разрезе — не кольцо, а два полумесяца, упирающихся «рогами» в зоны полярных сияний. Поэтому на экваторе нижняя граница этой зоны расположена высоко — около 12 тыс. км от поверхности планеты, а в Арктике и Антарктике — очень низко, на высотах 250—500 км. И состав, и энергия, и концентрация частиц во внешней зоне, в отличие от внутренней, очень чувствительны к капризам «солнечной и магнитной» погоды. Частицы в радиационных поясах должны перемещаться по тем законам, которые мы описали при рассмотрении магнитных бурь: по спирали вокруг силовых Пиний, вдоль магнитных меридианов между зеркальными точками и вокруг планеты вдоль магнитных параллеей. Точки земной поверхности, лежащие на одной магнитной силовой линии, называют сопряженными. Ясно, что геофизические явления, происходящие в таких точках, должны быть тесно связаны. Это в теории. А на практике? В один из безоблачных августовских дней 1958 г, над маленьким коралловым атоллом — островком Джон-стон в Тихом океане — поднялось грозное облако ядерного взрыва. Американцы взорвали атомную бомбу на высоте около 70 км. Секретнейшее испытание. И вдруг в южном полушарии в 3,5 тыс. км от острова Джонстон, в районе островов Самоа, в тропическом небе вспыхнуло яркое полярное сияние! Архипелаг Самоа и остров Джонстон — сопряженные области. Заряженные частицы, рожденные атомным взрывом, устремились вдоль силовой линии в противоположное полушарие и вызвали сияние, полностью подтвердив теорию. Атомные взрывы в атмосфере создают искусственные зоны радиации, которые живут годами! Это подтвердили спутниковые измерения после операции «Аргус» (три взрыва в Южной Атлантике на высоте 480 км) и «Старфиш» («Морская звезда») в Тихом океане. Так, атомные взрывы в атмосфере (ныне, правда, уже запрещенные) не только отравляли атмосферу и создавали опасность для жизни и здоровья людей на Земле и в космосе, но и искажали естественную картину состояния магнитосферы, мешали науке. Радиационные зоны во многом еще останутся загадочной областью. Тайна проникновения и, главное, мощного ускорения заряженных частиц пока полностью не раскрыта. И теоретики, и экспериментаторы упорно работают над этими проблемами. Не так давно проводился, например, советско-французский эксперимент АРАКС. В этом эксперименте возбуждалось искусственное полярное сияние над поселком Согра в Архангельской области. Электроны пришли сюда из южного полушария от пучка частиц небольшого исследовательского ускорителя, поднятого в ионосферу геофизической ракетой над французским островом Кергелен в Индийском океане, близ Антарктики. В 1976—1979 гг. были проведены международные исследования магнитосферы, в 1979—1981 гг. организован Год солнечного максимума, в 1982—1985 гг. осуществлена Международная программа исследования средней атмосферы, а с 1990 г. стартует гигантский Проект STEP (Solar-Terrestrial Energy Program) — исследования переноса энергии в системе Солнце—Земля. Теперь уже солнечно-земная физика имеет своего покровителя среди международных научных организаций — Специальный комитет по солнечно-земной физике, планирующий, организующий авторитетный орган. Кроме того, физика Солнца, магнитосферы и ионосферы находится в зоне активной деятельности Международного астрономического союза, Международного союза геодезии и геофизики, Международного научного радиосоюза, Комитета по космическим исследованиям и многих других международных ассоциаций и сообществ. Обмен данными, их совместный анализ, симпозиумы, конференции и семинары, обмен визитами ученых из различных стран — это повседневный рабочий ритм солнечно-земной физики. И здесь мирное сосуществование государств — насущная необходимость ее развития. Солнечно-земная физика, ее лидеры и рядовые исследователи активно способствуют международному деловому сотрудничеству. И нет сомнений, что скоро мы будем свидетелями еще многих удивительных открытий.
Казимировский Э. С. |
Блог материалов