Что ученые узнали за 150 лет изучения Солнца и почему все самое интересное еще впереди?

06 июля 2022

Байкальская астрофизическая обсерватория ИСЗФ СО РАН существует с шестидесятых годов прошлого века. На одном из малых телескопов обсерватории, башню которого отдали «на откуп» туристам, все осталось так, как было в доэлектрическую эпоху.

Музей иркутского Института солнечно-земной физики СО РАН завершил работы по гранту Фонда Владимира Потанина на создание инсталляции интерактивной научной экскурсии «Дорога к Солнцу». Журналист Ирина Штерман побеседовала со старшим научным сотрудником института, доктором физико-математических наук, профессором ИГУ, известным популяризатором науки Сергеем Язевым о том, как научная инсталляция помогает продвигать астрономическое знание.

- Байкальская астрофизическая обсерватория ИСЗФ СО РАН существует с шестидесятых годов прошлого века. Планируя инсталляцию и учитывая, что между телескопами немногим больше километра в гору, мы решили начать экскурсию с малых телескопов и двигаться вдоль макетов планет Солнечной системы к Большому солнечному вакуумному телескопу (БСВТ) – самому большому в своем классе в России.

На одном из малых телескопов обсерватории, башню которого отдали «на откуп» туристам, все осталось так, как было в доэлектрическую эпоху: купол можно открыть, закрыть и повернуть вручную, а самое главное – увидеть в телескоп Солнце и даже протуберанцы на нем. На остальных инструментах – солнечном телескопе оперативных прогнозов и солнечном синоптическом телескопе нового поколения – ученые проводят наблюдения, туристы могут увидеть только башни, где они установлены.

По пути на БСВТ, расположенном на вершине сопки в окрестностях поселка Листвянка на берегу озера Байкал, организована инсталляция под открытым небом. Вдоль маршрута установлены оригинальные макеты планет Солнечной системы: Урана, Сатурна, спутников Сатурна, кометы с двумя хвостами, купола, оформленного в виде ядра галактики (в нем будут проходить обзорные лекции и другие мероприятия), а также самого светила. Кроме макетов планет в масштабе, на площадках смонтированы стенды с ключевыми характеристиками космических объектов.

- По дороге от одного арт-объекта до другого экскурсанты всегда задают ученым вопросы – самые разные, не всегда имеющие отношение к астрономии, но будоражащие воображение любого обывателя: сколько зарабатывают космонавты, прилетали ли на Землю инопланетяне, как объяснить необычные явления в атмосфере, зачем люди рвутся в космос и множество других. Очень часто именно из этих наивных вопросов и рождается подлинный, глубокий интерес к астрономическому знанию. Когда добираемся до БСВТ и поднимаемся к входному зеркалу телескопа (это более 30 метров по крутым лестницам), вопросы обычно заканчиваются, потому что открывающийся перед глазами вид на Байкал ошеломляет и превращает всех в детей, готовых искренне восхищаться прекрасным и удивительным миром.

Кстати, пандемия пошла организаторам на пользу – экскурсии проводились буквально каждый день. Школьники, студенты, семьи с детьми – никто не остановился на полдороге, все прошли свою собственную дорогу к Солнцу. Его макет, сделанный в виде гонга, окруженного стволами деревьев, как лучами, установлен у подножия БСВТ. При проектировании макета светила учитывалась не только научная составляющая, но и культурная, ведь Байкал, вид на который открывается от подножия телескопа, у многих туристов многих ассоциируется с легендами, преданиями, шаманами, современными экологическими задачами.

Свет мой, солнышко, скажи

- На обратном пути к нижней площадке обсерватории вопросов обычно еще больше. Один из самых популярных – зачем изучать Солнце? К примеру, чтобы знать, по какой причине там происходят вспышки. Они приводят к появлению магнитных бурь на Земле, которые в отдельных случаях могут вызвать техногенные катастрофы. Например, в 1989 году целая провинция в Канаде осталась без электричества, потому что были наведены сильные токи в силовом трансформаторе в результате быстрого изменения магнитного поля Земли под воздействием солнечной вспышки. Первая в истории солнечная вспышка, наблюдавшаяся 1 сентября 1859 года, вызвала полярные сияния на экваторе, искрили телеграфы. С тех пор настолько сильных по последствиям для Земли вспышек не было, но ведь они могут произойти! Учтите, что в те времена человечество не так сильно зависело от электричества, если подобная вспышка произойдет сейчас, будет катастрофа планетарного масштаба. В 2003 году была серия мощных солнечных вспышек, вызвавших сильные радиопомехи, в результате которых система GPS подвисла примерно на 10 минут. Тогда не было беспилотных автомобилей и других систем, которые непрерывно пользуются системой спутникового позиционирования, и происшествие было не так критично. С тех пор техногенная зависимость человечества усугубилась, все больше сложных процессов автоматизируется, и все они абсолютно беззащитны перед процессами на Солнце! Предсказывать вспышки на Солнце мы пока не умеем. Мы можем говорить о вероятности их возникновения, и только. Иногда серия мощнейших вспышек происходит совершенно неожиданно, казалось бы, такие вспышки не должны были возникнуть в подобных группах солнечных пятен, но бывает, что они всё-таки возникают. Теории строятся, модели пишутся, а на практике дело с прогнозами пока обстоит не так замечательно, как бы нам хотелось. Работы еще на столетия вперед.

- Зависит ли погода Земли от погоды на Солнце?

- Это гипотеза, которая пока не нашла своего подтверждения. Отчасти недостаточна база наблюдений, отчасти мы не понимаем, как это влияние (если оно есть) осуществляется. Даже когда на Солнце много пятен, даже когда там происходят вспышки, общий поток энергии, приходящей от светила, остается стабильным. Солнечная постоянная (количество энергии, которая поступает на единицу площади Земли за единицу времени) меняется в лучшем случае не более чем на полпроцента. Это несущественно. И поэтому первый вопрос: а что же тогда влияет? При солнечной вспышке возникает рентгеновское и ультрафиолетовое излучение, которое ионизирует верхние слои атмосферы Земли, там происходят довольно сложные процессы. Могут ли они повлиять на нижние слои атмосферы, от которых зависят погодные условия на Земле? Честно говоря, пока прямой связи мы не видим, и синоптики не используют данные о солнечной активности в своих прогнозах. Другими словами, нельзя сказать, что если на Солнце «рвануло», то на Земле завтра пойдет дождь. Может быть, где-то и пойдет, но в другом месте будет засуха… Наверно, надо продолжать исследовать, изменяется ли общее количество осадков по всей Земле и общая площадь облачности в зависимости от уровня солнечной активности, но пока это не очень получается – предсказать погоду по наблюдениям Солнца пока никому не удается, и это означает, что, скорее всего, такой зависимости просто нет.

А вот на земной климат Солнце, возможно, влияет. Астрономы наблюдают светило ежедневно всего 150 лет. По косвенным данным удалось восстановить изменения солнечной активности примерно за 400 лет. Была, например, история, когда почему-то на Солнце не было пятен почти 75 лет – с 1645 года по 1715 год. Тут, кстати, надо сказать большое спасибо Людовику XIV, который заставлял своих астрономов упорно наблюдать солнечные пятна. В те времена за десять лет было зафиксировано всего одно пятно! Этот странный спад уровня солнечной активности назвали Маундеровский минимум. Что тогда случилось с Солнцем, почему резко и надолго упало количество пятен? Никто не знает. Но в этот же период в Европе почему-то было холодно как никогда, а в Сибири климат так разительно не менялся. Доктор биологических наук Виктор Иванович Воронин (Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН) по дендрохронологическим данным проанализировал, в каких условиях росла даурская лиственница 350 лет назад, во времена того самого Маундеровского минимума. Оказалось, что в Сибири похолодание тоже было, но не очень сильное. Зато в Европе – почему-то весьма заметное. Было ли это связано с Солнцем? Есть версия, что связано, но как, ученые пока сказать не могут.

- Как за 150 лет поменялись научные представления о Солнце?

- Очень сильно. Великий астроном Уильям Гершель вообще предполагал, что Солнце холодное, а пятна на нем – это темные отверстия в светящейся поверхности, через которые мы видим, что внутри светила темно и холодно. Еще не прошло и ста лет, как мы, наконец, поняли, почему, собственно, Солнце светит. Версии были самые разные: например, что на него падают метеориты, и поэтому оно нагревается, – но стало ясно, что нет такого количества метеоритов. Думали, что Солнце сжимается под действием своего тяготения и выделяет тепло – но потом подсчитали, что оно должно было сжаться за 10 млн лет, а ему 4,5 млрд лет… Только в 40-е годы ХХ века немецкие физики, работавшие в Америке, поняли, что речь идет о термоядерных реакциях в ядре Солнца, и сейчас это модель доказана. Эта теория подтверждена, кстати, фактом существования термоядерных бомб.

- Есть ли в астрономии мода? Насколько сейчас популярны исследования Солнца в научной среде?

- Да, в астрономии, как и в любой науке, есть мода на исследования. Например, когда мой учитель, московский астроном Эдвард Владимирович Кононович, автор вузовского учебника по астрономии, на рубеже семидесятых – восьмидесятых годов прошлого века проходил по коридорам МГУ, он напоминал короля со свитой – его сопровождали студенты, аспиранты, ловили каждое слово. Изучение Солнца тогда было очень модным. Сейчас исследования нашего светила далеко не самое приоритетное направление в астрономии, люди занимаются черными дырами, экзопланетами и другими увлекательными темами. По тому, как поддерживаются гранты по астрономии, видно, что Солнце не в приоритете.

- Каков главный вопрос, который интересует исследователей Солнца сейчас?

- Причина цикличности солнечной активности. Модель этого явления есть. Лучшая на сегодня в мире модель создана в ИСЗФ СО РАН замечательным иркутским теоретиком Леонидом Кичатиновым. Его математическая модель включает очень многие факторы, но даже он говорит, что там еще море всяких неучтенных и не совсем понятных вещей.

Еще одна проблема – создание адекватной модели солнечной вспышки, чтобы можно было ее довести до уровня нормального прогноза, хотя бы как в метеорологии. Сейчас мы понимаем, что в группах пятен определенного типа может быть вспышка. Но может и не быть! Мощность же ожидаемой вспышки мы вообще не можем предсказать. Так что Солнцем, как видите, можно и нужно заниматься, там еще огромное число неисследованных и важных для всех нас вопросов.

За разговорами мы вернулись к месту начала экскурсии, где Сергея Язева ждала новая группа школьников. Самый активный и неугомонный – мальчишка лет семи, не дожидаясь, пока мы подойдем поближе, рванул к ученому с вопросом: «Скажите, а до Марса за сколько можно долететь?» Я поняла, что спросила далеко не все. Кажется, пора снова отправляться по дороге к Солнцу.

Фото Евгения Козырева