Космічна погода

Визначення і загальна характеристика

КОСМІ́ЧНА ПОГО́ДА — 1) комплекс природних явищ космічного походже­н­ня, що впли­­вають на роботу технічних систем і стан організмів (пере­важно здоровʼя людей); 2) науковий напрям, роз­діл фізики космосу, що обʼ­єд­нує 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 звʼязків, 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.» повʼязують з імʼям 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 звʼязку, точність сис­тем супутник. навігації, трубо­проводи і електр. мережі, а також на стан здоровʼя 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 звʼязок 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 повʼязаний 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 повʼязаний 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 радіозвʼязку 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 пʼятого 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

Завантажити статтю