Космічна погода

КОСМІ́ЧНА ПОГО́ДА – 1) комплекс природних явищ космічного походження, що впли­­вають на роботу технічних систем і стан організмів (переважно здоров’я людей); 2) науковий напрям, розділ фізики космосу, що об’єднує прикладні дослідження динамічних явищ у сонячному, міжпланетному та навколоземному космічному се­­редовищах з точки зору їхнього впливу на роботу технічних сис­тем і стан організмів (на відміну від сонячно-земної фізики, яка займається фундаментальними дослідження цих явищ, хоча чіт­кої межі між цими напрямами немає). Див. також Атмосфера, Клімат, Погода.

К. п. як науквоий напрям є міждисциплінарним і охоплює дослідження сонячної активності (збурень магнітного поля та атмосфери Сонця), сонячно-земних зв’язків, геомаг­нітної активності (збурень магніт. поля Землі і навколоземного сере­­довища), радіаційного стану в навколоземному просторі, ефектів впливу на технол. та біол. системи. Практичним завданням дослідження є зни­ження шкоди від негатив. проявів К. п. Як окремий напрям К. п. сформувався у 1980-х рр., особливо після магніт. бурі 1989, що вивела з ладу електромережу Канади. У російськомов. літературі поняття «К. п.» пов’язують з ім’ям рос. лікаря А. Чижевського, який застосував його на поч. 20 ст. для пояснення кореляції між кількістю соняч. плям і епідеміями тифу.

У 21 ст. спостереження та прогнозування К. п. стали важливими через її вплив на дієздатність апаратури та сенсорів супутників, балістику низькоорбітал. польотів, радіо- та ін. види зв’язку, точність сис­тем супутник. навігації, трубопроводи і електр. мережі, а також на стан здоров’я космонав­тів і пасажирів літаків під час трансатлант. перельотів. Для по­­передження потенційно небезпеч. подій в режимі реал. часу здійснюється безперерв. моніторинг різних параметрів К. п.

Першими проявами К. п. як ком­­плексу природ. явищ, відомих людству, були полярні сяйва, описані ще у 3 тис. до н. е. Після створення на поч. 19 ст. нім. вченим К.-Ф. Ґауссом магнітометра стали відомі й збурення геомагніт. поля. 1851 англ. фізик і математик Е. Себін показав їхній зв’язок з кількістю плям на Сонці. Знач. розвитку дослідж. К. п. набули після надзвичайно сильної геомагніт. бурі 1859, викликаної одним з найбільших спалахів на Сонці. Тоді вчені впер­ше зафіксували геомагнітні індукц. струми та зняли магнітограми. 1868 був запропонований перший геомагніт. індекс АА. 1861 шотланд. фізик Б. Стюарт відкрив геомагнітні пульсації, а 1882 передбачив існування іоно­сфери. Це передбачення 1902 розвинули англ. фізики А. Кеннелі та О. Гевісайд, 1925 – англ. фізик Е. Епплтон і амер. фізик С.-Дж. Барнетт, а згодом амер. фізики Г. Брейт (народився у Миколаєві) та М. Туве відкрили її експериментально. На поч. 20 ст. норвез. науковці К. Біркеланд та К.-Ф.-М. Стьормер (іноз. чл. АН УРСР) розробили сучасну теорію поляр. сяйв. 1912 австр. фізик В.-Ф. Гесс відкрив зливи косміч. частинок. У 1930-х рр. під керівництвом англ. фізика та математика С. Чепмена розроблено перші теор. моделі навколозем. косміч. простору, а Дж. Бартельс створив планетар. геомагніт. індекс K_P. Протягом Міжнар. геофіз. року (1957–58) були створені геомагнітні індекси D_ST та AE та запущені перші космічні апарати. 1958 за допомогою першого амер. косміч. апарату «Explorer-1» амер. астрофізик Дж.-А. Ван-Аллен відкрив радіац. пояси. Подальший поступ у вивченні К. п. майже повністю пов’язаний зі спостереженнями на косміч. апаратах. 1959 рос. радіотехнік К. Грінгауз на косміч. апараті «Луна-2» відкрив со­­няч. вітер, модель якого розроблена за рік до того амер. фізиком Ю.-Н. Паркером, а 1971 фізики Д. Робертс, Ґ. Брюкнер та Р. Тусі за даними косміч. апарату «OSO-7» відкрили коронал. викиди маси.

Осн. джерело К. п. – сонячна активність: спалахи, коронал. ви­киди маси, швидкі потоки з коронал. дір, сонячні космічні про­мені та ін. (хоча до К. п. зараховують і деякі явища несоняч. по­­ходження, напр., галактичні кос­мічні промені). Викинуті Сонцем частинки прискорюються у сонячному вітрі – потоці плазми, що витікає з соняч. поверхні, переважно з поясу стримерів у соняч. екваторіал. площині. Цей потік простягається у всіх напрямах в площині екліптики далеко за межі орбіти Нептуна та переносить з собою міжпланет­не магнітне поле. Завдяки взаємодії цього міжпланет. магніт. поля з влас. магніт. полем ін. тіл Соняч. системи (які його мають), навколо них утворюється ма­гнітосфера – порожнина в потоці соняч. вітру, процеси в якій контролюються планетар. магніт. полем. Розміри та форма магнітосфери залежать від параметрів соняч. вітру, переважно від його динаміч. тиску та величини пд. компоненти міжпланет. магніт. поля. При різкому підвищенні цих двох параметрів на небес. тілі відбувається магнітна буря – різка зміна магніт. поля всією його поверхнею.

Вона су­проводжується перебудовою ма­­гнітосфери (магнітосфер. суббурями), які призводять до перерозподілу високоенергет. час­тинок, що істотно змінює радіац. обстановку в радіац. поясах – зонах магнітосфери, заповнених захопленими високоенергет. частинками, які потрапляють туди або з атмосфери, або з соняч. вітру. Ці частинки істот­но впливають на роботу косміч. апаратів і можуть викликати їхній частк. або повний вихід з ладу. Одним з проявів цього пе­­рерозподілу є їхнє висипання в аврорал. зони, розташ. навколо магніт. полюсів. Висипання спостерігаються у вигляді поляр. сяйв. Зазвичай поняття «К. п.» стосується процесів у навколозем. просторі та на Землі, хоча аналог. явища спостерігають­ся і на ін. тілах Соняч. системи, що мають власне магнітне поле.

Вплив Сонця на тіла Соняч. сис­теми пов’язаний також з його електромагніт. випромінюванням. Далеке ультрафіолет. випромінювання Сонця з довж. хвилі бл. 30 нм майже повністю поглинається у верх. шарах атмо­сфери Землі, зумовлюючи їхню іонізацію. Воно є осн. причиною існування іоносфери. Під час спа­лахів його потік може зміню­ва­тися в декілька разів. Разом зі зміною динаміки магнітосфери це призводить до генерації іоно­сфер. збурень, які перешкоджа­ють радіозв’язку та спотворюють сигнали глобал. навігац. су­­путник. систем, зокрема й GPS.

В Україні регулярні моніторингові оптичні спостереження сонячної активності провадять у Києві від 1916. До того, від 18 ст. нерегулярні спостереження вели у Львові. 1923 у СРСР створено Службу Сонця з центром в Ас­трономічній обсерваторії Київського університету. Згодом її центр перенесено до Гол. астрон. обсерваторії АН СРСР у Ленінграді (нині С.-Пе­тербург), але інформація про швидкі процеси передається до світ. центру в Брюселі (раніше – в Цюриху) безпосередньо з обсерваторій Харків. та Львів. університетів. 2012 у Гол. астрон. обсерваторії НАНУ (Київ) відновлено та модернізовано третій в світі за спектрал. розділ. здатністю соняч. телескоп АЦУ-5. За даними його спостережень 1998 Е. Гуртовенко та Р. Костик розро­били систему соняч. сил осци­ля­торів, що донині є стандартною у всьому світі. Від 1962 цен­тром радіоспостережень в Служ­бі Сон­ця є Крим. астрофіз. обсерваторія (смт Наукове Бахчи­сарай. р-н). Наприкінці 1970-х – на поч. 1980-х рр. розпочався регуляр. моніторинг стану іоно­­сфери в спеціально створеному Інституті іоносфери НАНУ та Міністерства освіти і науки України (Харків) з використанням другого за розміром в світі радару некогерент. розсіювання. Нині його фахівці завершують створення п’ятого в світі іоносфер. нагрів. стенду, який буде найпотужнішим в серед. широтах. Крім нього, регулярні дослідж. іоносфери проводять в Радіоастрон. інституті НАНУ (Харків), який є піонером і світ. лідером у декаметр. радіоспо­стереженнях, Харків. університеті, який володіє єдиним в Європі радаром частк. відбиттів. Багато цінної інформації про К. п. отримано за допомогою розроблених в Україні косміч. приладів, зокрема приладів Гол. астрон. обсерваторії НАНУ, встановлених на рос.-укр. косміч. апараті «Коронас-Ф» (див. Коронас), та Інституту косміч. досліджень НАНУ та ДКАУ (Київ), які експлуатувалися у складі декількох десятків косміч. апаратів.

Від 1958 в Інституті геофізики НАНУ (Київ) ведуться регулярні геомагнітні вимірюван­ня. Нині 3 укр. геомагнітні обсерваторії сертифіковані міжнар. мережею Intermagnet. Україна представлена в міжнар. комітетах з К. п. і суміж. напрямів. Осн. дослідж. з К. п. в Україні стосуються еволюції магніт. полів у соняч. атмосфері, дистанц. діагностики стану соняч. вітру й іоносфери Землі, методик прогнозування геомагніт. активнос­ті. Результати досліджень публі­куються в наук. журналах «Кінематика і фізика небесних тіл», «Космічна наука і технологія», «Радіофізика і радіоастрономія». Лекції за напрямом читають в Київ., Харків. та ін. університетах для студентів фіз. спеціальностей.

Літ.: Петрукович А. А. и др. Солнечно-земные связи и космическая погода // Плазмен. гелиогеофизика: В 2 т. Т. 2. Москва, 2008; M. Moldwin. An intro­duc­tion to space weather. Cambridge, 2008; Кременецький І. О., Черемних О. К. Кос­мічна погода: механізми і прояви. К., 2009.

О. К. Черемних, І. О. Кременецький, О. С. Парновський

Рекомендована література

1. Петрукович А. А. и др. Солнечно-земные связи и космическая погода // Плазмен. гелиогеофизика: В 2 т. Т. 2. Москва, 2008;
   Google Scholar Internet
2. M. Moldwin. An intro­duc­tion to space weather. Cambridge, 2008;
   Google Scholar Internet
3. Кременецький І. О., Черемних О. К. Кос­мічна погода: механізми і прояви. К., 2009.
   Google Scholar Internet

завантажити статтю