В який спосіб космос впливає на життя землян? Як науковці передбачають цей вплив і де використовується одержана ними інформація? Чи досліджується в Україні космічна погода? Навіщо нашій державі потрібен власний центр з її прогнозування? На ці й інші запитання у своїй науково-популярній статті спеціально для сайту Національної академії наук України відповідає старший науковий співробітник лабораторії супутникових досліджень ближнього космосу Інституту космічних досліджень НАН України та ДКА України кандидат фізико-математичних наук Олексій Парновський.
* * *
Що таке космічна погода?
Почалося літо – і тисячі українців вирушили у відпустки: хтось – літаком за кордон, хтось – потягом на море, а хтось – у похід. Навряд чи багато з них замислюються про те, що на успішність їхніх подорожей певною мірою впливає космос. Адже авіація, залізниця та навіть звичайний GPS-навігатор є частинами складних технічних систем, які зазнають його впливу. Поза прямою видимістю пілоти спілкуються з диспетчером через короткохвильовий радіозв’язок, що переривається при спалахах на Сонці; потоки енергетичних частинок створюють радіаційну небезпеку на трансполярних маршрутах; швидкі зміни магнітного поля спричинюють збої в роботі сигнальних систем на залізниці, а іоносферні неоднорідності призводять до похибок у роботі GPS і подібних систем.
 Основні технічні системи, чутливі до впливу космічної погоди |
Сукупність чинників такого впливу має назву «космічна погода». Вона впливає, серед іншого, й на роботу космічних апаратів, ліній електропередач, трубопроводів, видобуток нафти і газу та багато інших сфер діяльності людства. Тому фахівці в усьому світі, зокрема в Україні, вивчають чинники космічної погоди й розробляють методи її передбачення та захисту від неї технічних систем.
Як це працює?
Переважна більшість цих чинників зумовлені сонячною активністю. Існують три канали впливу сонячної активності на Землю: спалах у дальньому ультрафіолетовому та рентгенівському діапазонах, викид струменю високоенергетичних частинок і викид скупчення плазми, яке поділяється на додаткові типи – залежно від того, як цей викид відбувається.
 Схема впливу сонячної активності на Землю (не в масштабі) |
Спалахи в дальньому ультрафіолетовому та рентгенівському діапазонах іонізують верхні шари атмосфери, які змінюють умови поширення радіосигналів і впливають на радіозв’язок та роботу навігаційних систем на кшталт GPS. Високоенергетичні частинки можуть вивести з ладу обладнання космічних апаратів, а також підвищують радіаційний фон у полярних областях на висотах повітряних коридорів літаків. Викиди скупчень плазми за певних умов призводять до швидких змін магнітного поля на поверхні Землі й спричинюють індукційні струми, що впливають на роботу ліній електропередач, провідних систем зв’язку та трубопроводів, а також на магнітні системи орієнтації, що використовуються, зокрема, при бурінні свердловин. Крім того, всі три канали призводять до збурень в іоносфері, які також впливають на поширення радіосигналів.
У професійній спільноті наразі немає консенсусу щодо впливу космічної погоди на здоров’я людей на поверхні Землі. Це пов’язано з тим, що відповідні дослідження проводилися здебільшого в колишньому СРСР, і їхні результати публікувалися переважно в закритих або маловідомих медичних виданнях, а то і просто у звітах. Попри це значна частина фахівців вважає, що такий вплив існує, хоча скоріше за все він є не прямим, а опосередкованим.
Як цьому зарадити?
Для дослідження й моніторингу сонячної активності вже впродовж багатьох десятиліть у космосі працюють спеціальні супутники, які безперервно надсилають на Землю відповідну оперативну інформацію. Ця оперативна інформація разом із даними з наземних систем обробляється й аналізується у реальному часі 24 години на добу 7 днів на тиждень у так званих центрах попередження про стан космічної погоди, об’єднаних в єдину світову мережу.
 Оперативний зал Центру прогнозування космічної погоди в м. Боулдер (штат Колорадо, США) |
Результатом діяльності цих центрів є прогнози космічної погоди, а також практичні рекомендації для розробників та експлуатантів технічних систем щодо захисту таких систем від впливу космічної погоди. Основні користувачі цієї інформації – електроенергетичні і нафтогазові компанії, організації, які регулюють авіаційну діяльність (такі як ICAO та Eurocontrol), розробники й оператори космічних апаратів, збройні сили, аварійні та рятувальні служби.
 Кількість підписників сайту Центру прогнозування космічної погоди, США (www.swpc.noaa.gov) |
Вони спільно з експертами з космічної погоди розробляють алгоритми дій у разі отримання певного типу попереджень. Наприклад, авіаційні органи рекомендують авіакомпаніям знизити висоту польоту чи обрати інший повітряний коридор, або – в екстремальних випадках – відкласти чи скасувати рейс. Енергетичні компанії, отримавши попередження, знижують навантаження на найбільш вразливих ділянках і відкладають великі технологічні операції. Нафтогазовидобувні компанії призупиняють буріння свердловин або переходять із магнітних систем орієнтації бурової головки на інерційні.
При цьому слід зазначити, що навіть коли говорять про екстремальні випадки, то мають на увазі події, які трапляються більш-менш регулярно. Крім них, є дуже рідкісні події, що називаються суперштормами, масштаб наслідків яких є значно більшим. Відомі супершторми відбувалися у 1859, 1882, 1921, 1989, 2000 та 2003 роках. Найпотужнішим із них (з великим відривом) був супершторм 1859 року, який став своєрідним мірилом потужності суперштормів. Водночас у 2012 році один із космічних апаратів STEREO зафіксував корональний викид маси, який призвів би до ще сильнішого супершторму в разі зіткнення з Землею. Крім того, за даними спостереження космічної обсерваторії Kepler зорі, близькі за параметрами до Сонця, здатні забезпечити викиди в 10-100 разів сильніші за викид 1859 року. Проте ці події є дуже рідкісними й тому до апокаліптичних прогнозів, пов’язаних із космічною погодою, фахівці ставляться досить скептично.
А що ж Україна?
В Україні присутні всі категорії потенційних користувачів такої інформації (хоча більшість із них ще не усвідомлюють збитків від космічної погоди), а також фахівці й інфраструктура для створення подібного центру. Спираючись на значний вітчизняний досвід у цій галузі, наявність розгалуженої мережі сенсорів і підтримку міжнародного співтовариства, Інститут космічних досліджень НАН України та ДКА України й Національний центр управління та випробувань космічних засобів ДКА України за участі Радіоастрономічного інституту НАН України, Інституту геофізики імені С.І. Суботіна НАН України й Інституту іоносфери НАН України та МОН України ініціювали роботи зі створення такого центру в Україні – на базі Головного центру спеціального контролю. Вже отримано перші позитивні результати: вперше у світовій практиці вдалося отримати прогноз магнітних збурень на окремій магнітній обсерваторії.
 Основні мережі наземних засобів моніторингу космічної погоди на території України (червоними лініями позначені лінії електропередач напругою 750 і 800 кВ) |
Після створення цього центру користувачам будуть доступні дані в реальному часі, а також онлайн-сервіси на їхній основі. На початковому етапі роботи зосереджуватимуться навколо геомагнітних даних, решта даних будуть додані в подальшому.
На жаль, виконання цих робіт значно стримується відсутністю цільового фінансування, яке дало б змогу перевести у цифрову форму архівні аналогові дані, необхідні для побудови моделей, виготовити або придбати сучасні цифрові іонозонди, оновити системи збору та передачі даних, вдосконалити наявні прогнозні моделі й розробити на їхній основі онлайн-сервіси. Крім того, основні потенційні споживачі цієї інформації ще не усвідомили її користі, що ускладнює комерціалізацію відповідних розробок і залучення позабюджетного фінансування. Проте така ситуація має місце і в інших країнах, тому робота з потенційними споживачами проводиться паралельно зі створенням центру.