Автор: Виола ЕГИКОВА. Московская правда, Эврика №5 (106), 2014
В Московском университете открылся центр визуализации космических данных.
Что сейчас происходит на Солнце? Как ведет себя солнечный ветер? Какова в эти минуты обстановка в магнитосфере Земли? Какие потоки энергичных частиц устремились к ее орбите? На эти и другие вопросы можно получить ответ, обратившись к многочисленным мониторам, занимающим всю стену – от края до края - в одной из комнат Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д. В. Скобельцына МГУ.
На этих плазменных панелях – самая актуальная информация, поступающая от разных космических спутников и наземных аппаратов. Собранная воедино, она позволяет в режиме реального времени оценивать состояние космической среды, или то, что принято называть космической погодой. Наблюдение за ней – одна из главных задач Центра космического мониторинга НИИЯФ МГУ имени М. В. Ломоносова. На вопросы нашей газеты отвечает руководитель Центра, доктор физико-математических наук Владимир КАЛЕГАЕВ.
- Как давно действует такая структура в институте?
- Формально – почти три года, но у нее богатая предыстория, без которой не было бы ни Центра космического мониторинга НИИЯФ МГУ, ни открывшегося здесь недавно зала визуализации космических данных.
Наш институт специализируется на изучении космической радиации, практически все приборы, которые установлены на отечественных аппаратах для измерения потоков энергичных частиц в околоземном пространстве, разработаны у нас. Свой первый эксперимент в космосе институт проводил с помощью прибора, установленного еще на втором искусственном спутнике Земли в 1957 году. За минувшие десятилетия в институтской базе данных накопился довольно большой исследовательский материал. Первоначально его аккумулировали в памяти громоздких вычислительных машин первого поколения, но с годами они морально устарели, вышли из употребления. К началу 1990-х стало ясно, что обработка и хранение результатов исследований требуют организации работы на принципиально иной основе.
Постепенно из научных сотрудников института сформировалась группа энтузиастов, которая начала планомерно архивировать экспериментальные данные, опираясь уже на новые электронные технологии. В этой работе на определенном этапе произошел качественный скачок, позволивший выкладывать информацию на специально созданном нами сайте с тем, чтобы можно было использовать результаты наблюдений в режиме реального времени. Следующий важный шаг был сделан, когда появилась возможность оперативной обработки полученных данных, позволяющей составить прогноз состояния космической среды. Так в институте сложился специальный отдел, со временем он получил статус Центра космического мониторинга НИИЯФ МГУ.
- Подобные центры уже есть в России. Почему понадобился еще один?
- Действительно, центры, занимающиеся мониторингом космической обстановки, существуют, например, в ИКИ РАН, в ИЗМИРАН, в Институте прикладной геофизики. Но у каждого из них своя ниша, и потому эти центры не конкурируют, а дополняют друг друга. Подобная кооперация помогает каждому выдавать более точный, более надежный прогноз космической погоды с учетом своей специфики.
Вот мы, например, занимаемся космической радиацией. Но чтобы адекватно представлять себе ее уровень в околоземном пространстве, отслеживать протонные события, интенсивность потоков энергичных частиц, нам надо получать самую разную информацию. То есть необходимо знать, например, какие процессы протекают сейчас на Солнце, какова скорость солнечного ветра, насколько возмущена геомагнитная обстановка, что показывают геомагнитные индексы и так далее. Здесь все взаимосвязано: если, скажем, на Солнце зарегистрирована вспышка, то, можно ожидать, что в нашу сторону устремится поток энергичных частиц, при этом, от параметров солнечного ветра зависит геомагнитное и радиационное состояние магнитосферы, когда этот поток достигнет орбиты Земли. Вот почему необходима комплексная информация.
- Как часто она обновляется?
- Постоянно. Именно поэтому мы говорим о мониторинге. Как раз возможность регулярно получать и обрабатывать информацию в автоматическом режиме позволяет прогнозировать космическую погоду, оценивать радиационную обстановку в пространстве вокруг нашей планеты. Такие прогнозы делать очень сложно, ведь приходится принимать во внимание не только множество факторов, но и их изменчивость. Если, например, произошла солнечная вспышка, поток вызванных ею энергичных частиц способен долететь до нас всего за полчаса. Или даже за двадцать минут! А если речь идет о выбросе плазмы, она движется медленнее, ей потребуется от одной до трех суток, чтобы добраться до Земли, это уже большой отрезок времени для прогноза. Но во всех случаях, чтобы достаточно хорошо представлять себе вероятность развития дальнейших событий, надо отслеживать их непрерывно, в режиме мониторинга.
- И кто поставляет такую информацию?
- Она поступает со всех отечественных спутников, например, таких, как «Электро-Л1» или «Метеор-М1», которые в настоящее время находятся на орбите, а также целого ряда зарубежных космических аппаратов. С точки зрения космической погоды для нас очень важны данные американского спутника ACE (Advanced Composition Explorer). Дело в том, что он проводит свои наблюдения в окрестности так называемой точки Лагранжа L1, то есть этот спутник постоянно пребывает в потоке солнечного ветра между нашей планетой и ее светилом. И потому, когда от Солнца идет высокоскоростной поток плазмы, спутник ACE может зафиксировать его примерно на час раньше, чем солнечный ветер достигнет Земли. А это значит, что мы можем заблаговременно получить очень важную информацию, благодаря которой можно сделать вероятностный прогноз, например, такого явления космической погоды, как магнитная буря.
Для нас очень большое значение имеют данные аппаратов, ведущих наблюдение за Солнцем. Это, в частности, американский спутник SDO (Solar Dynamics Observatory), благодаря которому светило у нас, можно сказать, постоянно «на ладони»: мы регулярно получаем его изображение и наблюдаем, что происходит на его поверхности. Очень важно, что данные космических аппаратов ACE, SDO, также можно отметить американские SOHO (Solar & Heliospheric Observatory), GOES (Geostationary Operational Environmental Satellites), доступны для всех, причем размещаются на сайтах с минимальными задержками после измерений. Это позволяет получать оперативную информацию в режиме реального времени.
Есть целый ряд других аппаратов – как ныне действующих, так и еще только запланированных к старту, чья информация представляет большой интерес. Очень ждем, например, когда полетит спутник «РЭЛЕК» («Релятивисткие ЭЛЕКтроны»), разработанный в НИИЯФ МГУ, его запуск ожидается в ближайшее время вместе с метеорологическим аппаратом «Метеор-М2». На следующий год запланирован вывод на орбиту спутника «Ломоносов», также создаваемого в нашем институте в кооперации с широким кругом отечественных и зарубежных партнеров. С помощью этих аппаратов, кстати, предполагается продолжить и углубить исследования, проводившиеся с помощью предыдущих университетских спутников «Татьяна-1» и «Татьяна-2».
- Данные всех этих спутников в открытом доступе?
- Да, и наши данные тоже целиком выставляются на сайт, который может открыть любой потребитель. Но важно правильно распорядиться этой информацией. Для этого создаются операционные модели, а в конечном счете, специальные программы для оперативной обработки данных и получения из них важной информации. Такие, например, как разработанная у нас модель, позволяющая оценить скорость солнечного ветра на орбите Земли по данным наблюдений за Солнцем. Наличие таких операционных моделей, как и открытие зала визуализации космических данных, когда перед глазами исследователя находятся сразу все параметры, позволяющие оценивать космическую погоду, дает возможность вывести работу Центра на новый уровень. Сегодня он, пожалуй, приближается к лучшим зарубежным образцам.
- Есть планка, к которой стремитесь?
- Центру космического мониторинга НИИЯФ МГУ всего три года, но существуют центры с более богатыми и давними традициями – как в России, так и в США, Европе, Японии, они давно отслеживают космическую погоду. Особо можно, наверное, выделить два американских центра – один из них в Гринбелте, он принадлежит NASA, а другой – Центр космической погоды NOAA в Боулдере. Если первый занимается преимущественно исследовательской работой, второй в большей степени имеет прикладное значение, это скорее операционный центр, обеспечивающий своей информацией потребителей в самых разных сферах человеческой деятельности: космос, авиация, связь …При взаимодействии центров в Гринбелте и Боулдере значительное внимание уделяется деятельности в рамках так называемых программ R2O (Research to Operations), то есть разрабатываются модели, обеспечивающие оценку космической погоды в автоматическом режиме.
- Какой вариант вам ближе?
- Важны оба. У нас, конечно, университетский научный центр, но мы стремимся уделять внимание и разработке операционных моделей, это позволяет расширять как фундаментальные исследования, так и практические приложения. В этом случае мы более привлекательны для потребителя нашей информации, а это хорошая возможность для дальнейшего развития.
- Кто этот потребитель, которому важна информация о космической погоде?
- Например, компании, которые производят или эксплуатируют различные спутники, обеспечивающие, в том числе, телекоммуникационные возможности. Сегодня на геостационарной орбите Земле работает немало таких спутников, а их сложнейшая электронная начинка очень чувствительна к воздействию энергичных частиц, большой поток которых может вывести аппаратуру из строя. Это чревато не только большими материальными затратами, вызванными потерей спутника, но и с серьезными сбоями в работе различной наземной аппаратуры, нарушениями связи. Протонные события могут представлять опасность и для самолетов, совершающих перелеты в определенных широтах, прогноз космической погоды в данном случае поможет вовремя проложить другой воздушный коридор.
Есть и наземные проявления воздействия космической погоды, чаще всего это наблюдается в высоких широтах. Магнитная буря, связанная с корональным выбросом массы, может причинить серьезный вред, например, линиям связи, энергетическим системам, протяженным трубопроводам и даже железнодорожным путям, вызывая индуцированные токи, из-за которых возникают разные нежелательные явления вплоть до катастроф. В 1989 году, например, как раз такое мощное электромагнитное возмущение привело к отключению систем электроснабжения на большом пространстве Канады. Один из ее регионов, Квебек, около 10 часов оставался без электроэнергии, можете себе представить, что это значит в современных условиях! Так что во многих ситуациях прогноз космической погоды бывает подчас жизненно необходим.
- Но как уберечь, например, спутник, если он все равно оказывается под ударом?
- Если информация получена вовремя, есть возможность временно отключить аппаратуру и тем самым спасти ее. Кстати, именно так поступили минувшей зимой наши постоянные партнеры из Самары, получив от нас предупреждение о неблагоприятной космической ситуации: они на некоторое время отключили критически важную аппаратуру спутника, чем, не исключено, защитили его от серьезных неприятностей.
Конечно, мы не можем утверждать наверняка, что спутник оказался бы подвержен сбоям под воздействием опасного потока частиц, но такая вероятность была, и в подобных случаях лучше не рисковать, подстраховаться. Так делают во всем мире, тем более что он сегодня становится все уязвимее, поскольку появляется все больше сложной техники и электроники. Вот почему проблема мониторинга космической среды, разработка прогнозов космической погоды приобретают в наши дни колоссальное значение.
И здесь открываются все новые области приложения. Так, не сегодня – завтра управляемые космические полеты на Луну или к другим планетам окажутся актуальными. А ведь мы еще не знаем, как поведет себя человеческий организм, как отреагируют ткани и органы человека, когда корабль окажется на пути потока энергичных частиц. Своевременное предупреждение экипажа может быть не лишним, он сможет, например, укрыться в более защищенных отсеках корабля, чтобы уклониться от опасной встречи…..
- К вам часто обращаются за прогнозом?
- К сожалению, нет. В нашем обществе понимание этой проблемы пока недостаточно развито, люди часто не отдают себе отчет в том, насколько важно следить за космической погодой, а она подчас гораздо важнее, чем прогнозы синоптиков. Почему нет такого понимания? Возможно, мы сами виноваты, мало говорим об этом. Наверное, помогла бы и координация работы разных центров, как это происходит, например, в США, где центры космической погоды опираются на серьезную государственную поддержку, развиваются по государственным программам, тем самым подчеркивается значимость таких центров. Стоило бы этот опыт перенять и нам.
- Не собираетесь приглашать публику в зал визуализации космических данных? Возможность своими глазами увидеть, что сейчас творится на Солнце или какие процессы происходят в магнитосфере, очень впечатляет.
- Этот зал работает чуть больше месяца. Мы сюда, конечно, будем приглашать потенциальных партнеров, здесь, помимо ученых, будут обязательно работать студенты. Что же касается широкой публики, подумаем на эту тему. Может быть, действительно имеет смысл проводить организованные экскурсии. По крайней мере, для школьников.