Что такое полярные сияния и чем они могут быть опасны, как человечество может испортить ионосферу и к каким последствиям это приведет, можно ли вызывать искусственные полярные сияния, рассказал «Газете. физики Института физики Земли им. ОУ. Шмидта РАН, доктор физико-математических наук Вячеслав Пилипенко.
– Что такое полярное сияние с точки зрения физики?
«По сути, это гигантский газовый разряд. Все мы видели газоразрядные трубки, в которых электрическое поле разгоняет ионизированные частицы, и при их столкновении с молекулами газа в трубке возникает свечение. На Земле происходит ровно то же самое. : Во время магнитной суббури частицы околоземной плазмы разгоняются в электрических полях, выпадают в атмосферу, сталкиваются с ее молекулами и дают то свечение, которое мы видим ночью.
Но авроры на заднем плане всегда там, даже когда мы их не видим.
Вокруг полярных шапок Земли постоянно «висит» светящийся ореол — авроральный овал.
Днём или при сильной облачности мы его не видим, но спутники его видят постоянно. Во время магнитных бурь и суббурь овал полярных сияний резко расширяется и все небо над наблюдателем вспыхивает яркими фантастическими фигурами полярных сияний.
Такие овалы полярного сияния встречаются и на других планетах Солнечной системы, таких как Юпитер. Таким образом, образование полярных сияний является фундаментальным плазменным явлением, которое мы до конца не понимаем, но наблюдаем на всех планетах с магнитным полем.
Северное сияние — просто красивое природное явление или оно может как-то влиять на нашу жизнь?
– Полярные сияния – это не только завораживающее явление, но и показатель возмущений космической погоды в околоземном пространстве. Потоки частиц, спускающиеся в верхние слои атмосферы, создают полярные сияния, создают сильное возмущение ионосферы.
В результате нарушается коротковолновая радиосвязь, которая идет за счет отражения ионосферы, и спутниковая радиосвязь, если радиотракт проходит через овал полярного сияния. Ионосферная турбулентность значительно усложняет жизнь глобальным навигационным спутниковым системам, таким как GPS и ГЛОНАСС.
В авроральном овале протекают глубинные токи, которые зажигают геоиндуцированные токи в линиях электропередач и трубопроводах, снижающие надежность их работы. Еще одним технологическим объектом, подверженным такому влиянию, являются автоматические системы сигнализации в поезде.
– И как это?
– Рельсовая автоматическая сигнализация работает так: на рельсы подается небольшой потенциал. Если поезд стоит на путях, происходит короткое замыкание – срабатывает реле и загорается красный сигнал. Если поезда нет, горит разрешающий зеленый свет.
Железнодорожники заметили, что во время сильных магнитных бурь и полярного сияния тревога включается ни с того ни с сего — то есть дорога как бы занята.
Расписание поездов сбивается из-за того, что красный свет включается и выключается случайным образом несколько часов подряд. Ложные срабатывания возникают из-за токов в поверхностных слоях земли, которые наводятся при магнитных возмущениях и нагружают реле.
– Мы уже более-менее знаем, как местоположение влияет на наземные технологии. Влияет ли как-то производственная деятельность человечества на жизненное пространство?
– Удивительно, да! Очень редко встречается околоземная плазма, где частицы не сталкиваются друг с другом, поэтому они могут воздействовать друг на друга и передавать энергию от одной группы частиц к другой только через электромагнитные поля. Одни частицы вызывают волны, а те, в свою очередь, воздействуют на другие частицы и заставляют их менять свою траекторию, выпадать в атмосферу или ускоряться.
Если мы вмешаемся в жизнь космической плазмы искусственным излучением, мы начнем воздействовать и на частицы. Например, было обнаружено, что когда маломощный спутник пролетает над мощным радиопередатчиком, он видит, что поток энергичных электронов, спускающихся в атмосферу, резко увеличивается. Получается, что над каждым таким передатчиком происходит искусственная модификация ионосферы, искусственное полярное микрополярное сияние.
Существует даже гипотеза, выдвигаемая серьезными специалистами, что провал в интенсивности внешнего радиационного пояса, который формируется на
Расстояния, порядка трех радиусов от земли, обусловлены непрерывной работой множества радиопередатчиков, сосредоточенных в средних широтах.
– Есть ли другие примеры?
— Еще один вид огромных излучающих электромагнитных антенн, охвативших всю планету, — это линии электропередач. При большой нагрузке или под действием геоиндуцированных токов ЛЭП начинает работать в несимметричном режиме и непреднамеренно становится масштабным излучателем.
Излучения от линий электропередач, как на основной частоте 50/60 Гц, так и на высоких гармониках регистрируются в космосе на околоземных спутниках над промышленно развитыми районами планеты. И степень такого электромагнитного «загрязнения» космоса постоянно растет с развитием технологий.
Спутники зафиксировали резкий скачок интенсивности «электромагнитного засорения» после запуска сверхвысоковольтных линий электропередач в Китае.
На первый взгляд это кажется только странным, но эффект может иметь последствия, которые мы пока не можем предсказать. Уже сейчас в некоторых частотных диапазонах человечество начинает жить в электромагнитной среде, созданной не природой, а производственной деятельностью.
– Вы говорили о непреднамеренном воздействии на ионосферу и космос. Есть ли попытки целенаправленно воздействовать на ионосферу и, может быть, даже вызывать полярные сияния?
Такие эксперименты проводятся время от времени. Создается впечатление, что околоземная плазма находится в так называемом метастабильном состоянии, подобно перегретой воде в кастрюле, и даже небольшое воздействие может стать спусковым крючком нестабильности в такой плазме. Искусственное полярное сияние пытались сделать, выбрасывая из ракет ионизирующие газы, плазменные огнетушащие составы (вода), электронный луч и т.д.
– Ну и как?
«Были зафиксированы интересные локальные эффекты, но настоящего полярного сияния, закрывающего полнеба, не было.
– Можем ли мы попробовать сделать это наземным путем?
– Вы наверняка слышали об американском эксперименте HAARP на Аляске со сверхмощным радаром. У нас в России такой же HAARP — под Нижним Новгородом стоит установка «Сура», которую построили еще в советское время. По мощности он уступает американцам и действует в средних широтах, которые, пожалуй, не так интересны для геофизики, как высокие широты.
Эти установки используются для радионагрева и искусственной модификации ионосферы. Один из изучаемых вопросов: можно ли воздействовать на радиационные пояса, представляющие угрозу для спутниковой электроники, специально подобранным радиолокационным излучением? Для этого, казалось бы, нужно только подобрать частоту излучения, чтобы резонансно воздействовать на высокоэнергетические электроны радиационного пояса и принудительно выбрасывать их в атмосферу.
– Удалось ли вам «уничтожить» радиационный пояс?
– Еще нет. Хотя это очень правдоподобный сценарий, мне кажется, что в лучшем случае удастся вызвать лишь локальные эффекты, но не полное «разрушение» радиационного пояса.
– Реально ли с помощью HARRP управлять не только ионосферой, но и околоземным пространством, погодой и даже расплавленной спутниковой электроникой?
– Это сильное преувеличение. Такие нагревательные установки действительно создают сильное возмущение ионосферной плазмы, но оно очень локально. Они не могут влиять на глобальную динамику ионосферы, а тем более атмосферы в целом. Вызов Aurora Borealis также не удался. От того, что мы создадим сильный прилив где-то в океане, океанские течения не будут течь по-другому.
– Вы и ваши коллеги создали систему, предсказывающую положение Овала Авроры онлайн. Как это работает?
– Наша геоинформационная система опирается на уже установленную статистику между параметрами межпланетной среды и интенсивностью потока частиц на низких орбитах. Подобные измерения частиц разных энергий, встречающихся в атмосфере, проводятся американскими военизированными спутниками уже несколько десятилетий. Данные о потоках частиц могут быть пересчитаны в интенсивность полярных сияний.
Далее наша система получает информацию о параметрах межпланетной среды, которую НАСА в реальном времени передает на Землю, и строит на их основе модель. Примерно через час — время подхода солнечной плазмы к Земле с межпланетного спутника — можно статистически оценить, где должен располагаться овал полярного сияния. Овал огней не стоит на одном месте, а постоянно «размножается». При сильных возмущениях космической погоды полярные сияния смещаются в более низкие широты. Так в 2003 году во время сильной магнитной бури Северное сияние было видно даже в Москве.
Сможет ли человечество когда-нибудь изменить ионосферу по своему желанию?
– Давайте встретимся. Заметные возмущения ионосферы возникают во время суббурь. В среднем во время суббури в ионосферу за несколько часов накачивается энергия порядка 6 пентагов. Эта энергия соответствует примерно 1 мт тротила. Таким образом, чтобы «соревноваться» с природой, нам необходимо каждые 3 дня взрывать мегатонный ядерный заряд в космосе.
Во время холодной войны у американцев были эксперименты, Морские звезды и прочие,
При взрывах ядерной бомбы в верхней ионосфере, при которых возникали как искусственные ауры, так и сильные геомагнитные возмущения, а испускаемые высокоэнергетические электроны образовывали искусственный радиационный пояс, остатки которого фиксируются до сих пор. Такие тесты сейчас запрещены, и смысла в них нет.
– Если мы мало что можем сделать с аурами, почему они представляют интерес для современной науки?
– Все околоземное пространство пронизано близкими к Земле силовыми линиями геомагнитного поля. А силовые линии посылают на Землю потоки частиц и всевозможных электромагнитных излучений. Таким образом, ионосфера оказывается гигантским экраном, на котором мы видим отклики околоземных космических процессов. Также ауры являются отражением тех космических катастроф и «космических землетрясений», которые происходят за сотни тысяч километров от земли.
