Погода просто космос!

Что такое космическая погода и почему её важно изучать? Какое влияние на самолёты и спутники она оказывает, и правда ли, что часто летающие самолётами люди могут получить опасную дозу облучения? Об этом рассказывает кандидат технических наук Кирилл Холодков, ведущий научный сотрудник Института физики Земли и Института прикладной геофизики.

— Кирилл, что такое космическая погода?

— Космическая погода — это явления в межпланетном пространстве, которые возникают вследствие изменений на Солнце. Если бы Солнце было всегда спокойным — не было бы и погоды. Но оно изменчиво, на нём появляются и исчезают пятна, происходят вспышки и выбросы. Пятна или, иначе, активные зоны — это регионы фотосферы Солнца в которых сформировались особенности магнитного поля. Изменения в конфигурации магнитного поля в этих регионах чаще всего являются источником рентгеновских вспышек, протонных вспышек, а также корональных выбросов массы. Корональные выбросы масс, а также корональные дыры — регионы Солнца, где магнитные силовые линии направлены от звезды и где скорость солнечного ветра увеличена. Они служат источником геомагнитных бурь — эпизодов нестабильности земного магнитного поля. Это приводит к, например, снижению эффективности трансформаторов в энергосистемах, затрудняет коротковолновую связь, а также служит причиной усиления северного сияния.

Рентгеновские вспышки достигают Земли примерно за 8 минут и способны вызвать кратковременное затруднение связи на дневной стороне. Протонные вспышки достаточной мощности угрожают космическим аппаратам, экипажам орбитальных миссий, а также, при определенных условиях — пилотам и пассажирам самолётов. Многие феномены космической погоды опаснее при их совместном проявлении. Именно так случилось 11-12 мая, когда соединились геомагнитная буря от серии корональных выбросов двумя-тремя днями ранее и протонная вспышка. Всё это произошло на фоне череды рентгеновских вспышек самых разных масштабов.

— А что из всего этого вы изучаете?

— Я и моя команда занимаемся исследованиями и реализацией практических способов мониторинга и оценки опасности космической погоды согласно тем регламентам, которые выпустила международная организация гражданской авиации ИКАО по поводу феноменов, опасных для аэронавигации.

— О каких опасных феноменах идёт речь?

— Для гражданской авиации выделяется четыре феномена. До 2019 года их было три. Это повышенная мощность дозы радиационного облучения на эшелонах авиаперелётов; деградация и сбой в работе спутниковой радионавигации; затруднение при использовании высокочастотной связи (ВЧ) – той, которую суда применяют в случае больших дистанций, так называемая загоризонтная связь на диапазоне 3–30 МГц. Четвёртый вид опасности пока ещё не введён и не является обязательным к исполнению – это нарушение двусторонней спутниковой связи.

Кирилл Холодков. Фото из личного архива.

Во всём этом первое и самое главное – экономический фактор: авиаперевозчики предпочитают использовать полярные маршруты между Америкой и Евразией. Время в пути сокращается значительно, но появляются дополнительные риски: заметную часть своего пути воздушное судно проводит над территорией, которая не населена, на которой нет твёрдой земли. Здесь важна загоризонтная радиосвязь. Нет прямой видимости с диспетчерскими башнями, поэтому можно пользоваться спутниковой связью, хотя в этом месте она тоже затруднена. Вообще все феномены космической погоды, которые влияют на экономику, в полярных зонах выражены гораздо сильнее. ИКАО регламентированы радиация, ВЧ-связь и радионавигация как основные три точки, для которых выпущены регламенты по выпуску сводок космической погоды. При этом в современных воздушных судах радионавигация не является обязательной системой для безопасного пилотирования. Экипажи способны выполнять полёт и со сбоями в этой системе. Это немного снижает безопасность, но не является чем-то, без чего самолет не полетит и не сядет.

— Космическая радиация может навредить пассажирам самолётов?

— Редки события, когда за один перелёт человек накопил бы такую дозу, которая могла бы ему угрожать. Даже часто летающий пассажир, даже в совсем плохих условиях космической погоды не подвергает риску своё здоровье.

— А что насчёт экипажей воздушных судов? Они летают точно больше, чем пассажиры.

— Вот для них риск заметно выше. Именно забота о возможности дальнейшей работы лётного состава стала одним из драйверов того, чтобы следить за подобными явлениями.

— Если человек летает почти каждый день, как можно снизить эту дозу?

— При выполнении полета в экваториальной зоне, в средних широтах, даже при серьёзных проявлениях феноменов космической погоды очень тяжело получить такие мощности доз, чтобы накопить за год опасные значения. Другое дело – трансполярные перелёты. Там это возможно. При неблагоприятных условиях космической погоды соответствующие рейсы могут быть перенаправлены, задержаны, может быть избрана другая высота совершения полёта.

— А такое случается?

— Возможно, вы слышали о перенаправлении и задержках судов из-за вулканического пепла. Вулканическая активность на Земле происходит не в одиннадцатилетнем цикле, как наша солнечная активность, она есть всегда, и она локальная. Случались серьёзные извержения, которые затрагивали пол-Европы. Такое вполне возможно и у нас на Дальнем Востоке.

Однако с момента начала работы центров космической погоды, с ноября 2019-го года, ещё не случалось настолько сильных феноменов космической погоды, сводки о которых так или иначе затронули бы трансполярные перелёты. На данный момент их не так много, но не так давно было значительно больше. Ковид и международная напряженность сильно снизила их численность. Эта ситуация изменится со временем, их снова станет больше, и тогда информация о космической погоде будет востребована.

Но и сейчас, если мы знаем о надвигающихся, с высокой степенью уверенности, эффектах космической погоды, мы можем выпустить прогноз, в котором будет написано, что на подсолнечной, освещенной стороне Земли мы будем наблюдать, например, нарушения радионавигации или высокочастотной связи.

— Правильно ли я понимаю, что сейчас аэропорты получают не только обычный прогноз о том, что, например, надвигается циклон, но и ваши прогнозы космической погоды?

— Сводки космической погоды выпускаются глобальными центрами космической погоды, они распространяются по традиционной фиксированной авиационной связи и по более продвинутой системе передачи авиационных сообщений (Aeronautical message handling system). Они доходят до всех, кто хочет получать эту информацию. ИКАО регламентирует, что данное метео-обеспечение вам должно быть доступно, и вы, если хотите, можете его учитывать.

— Наши, российские аэропорты хотят его получать?

— Надо спросить у них, но у них есть такая возможность. К сожалению, нет механизма, который позволил бы нам оперативно получать обратную связь по поводу решений, принятых диспетчерами, но я уверен, что это важная информация.

— Ни разу не слышала, чтобы рейсы отменили или задержали из-за магнитной бури или повышенной радиации.

— Если бы 11-12-го мая, когда была очень высокая геомагнитная активность и вспышки на Солнце высокой мощности, вам предстояло лететь, скажем, из Мурманска в Онтарио, то я бы настоятельно вам это не рекомендовал делать, особенно в час наиболее неблагоприятных условий. И думаю, такой рейс отложили бы на пару часов. Но таких рейсов не было.

— А что с загоризонтной связью?

— Загоризонтная связь нарушается вследствие магнитных бурь, снижается максимальная частота, которую судно может применять для связи, возможно её полное прекращение. На нашей планете мало мест, где судно не может связаться даже релеем, через судно-посредник, с диспетчером, хотя такие места всё же есть.

— Что это за места?

— Например, они есть над Атлантикой – там, где лежат маршруты рейсов из Бразилии в Европу. В определённые моменты традиционная связь, которая используется на воздушных судах, там может не обеспечить постоянство. Поэтому суда используют загоризонтную связь либо двустороннюю спутниковую связь. Все самолёты, которые способны выполнять такие длинные перелеты, я уверен, обладают всеми этими опциями. Региональные суда не совершают такие перелёты.

Четвёртый феномен, о котором я говорил вначале, это нарушение двусторонней спутниковой связи. Очень мало подтверждённых данных, что такая связь страдает в условиях возмущения космической погоды. Они используют гораздо более высокие частоты, которые меньше подвержены возмущениям в ионосфере – верхнем слое атмосферы, который состоит из заряженных частиц. Что-то может пойти не так, только если с самим спутником, который обеспечивает связь, будут проблемы. Известны случаи, когда из-за космической погоды были утрачены спутники, которые находились на разгонной части своей орбиты. Space-X потерял какое-то количество спутников, потому что вследствие неблагоприятной космической погоды было немного увеличено сопротивление атмосферы, и это было не учтено в расчётах.

— Значит, ваша работа – составлять сводки и предоставлять их?

— Этого мало – важно еще наладить коммуникации с другими центрами. Мониторинг глобальной космической погоды – очень интенсивная в плане данных штука. Нужно собирать данные с огромного количества станций, учитывать огромное количество моделей, нужно постоянное взаимодействие, координация. К моменту, когда это станет актуально (а это обязательно произойдёт, и довольно скоро), это не должно стать неожиданностью. Мы должны быть к этому готовы.

— Почему вы начали работать в 2019 году? Ведь это был солнечный минимум, ничего не происходило?

— Да, могло показаться, что это пустая работа. Обыватель и сейчас может подумать, что на Солнце ничего не происходит, бури не объявляют, голова не болит, какая космическая погода? Но нет, это не только натурные наблюдения, это ещё и инфраструктура, комьюнити, которое сформировалось из экспертов космической погоды разных стран. Участвовали представители и центра прогнозирования космической погоды национального агентства атмосферы и океанов США, и консорциум из европейских стран: Финляндии, Польши, Германии, учёные из Австралии, Канады, Японии, Китай. Это большая многонациональная команда, которая выработала единую стратегию. Научная часть всей этой истории – международная, без изоляционизма. Хотя центр космической погоды США, например, работает чуть ли не с 1977-го года, и работает по прикладной части. У них серьёзное научное бюро, исследования идут заметно впереди внедрённых в эксплуатацию методик. Но когда вы договариваетесь о производственной, прикладной части, становится понятно, что инженерные подходы и этика работы с данными – у всех разные. Это как культурные различия – требует согласования сейчас, и лучше раньше, до того, как начнётся эпоха, когда у нас много судов в воздухе, мы сильно зависим от них, а у нас не налажено взаимодействие. Вот почему центры работают так активно уже сейчас.

— Ваше мнение: может ли влиять космическая погода на здоровье и самочувствие людей?

— Я не посвящал себя тематике влияния эффектов космической погоды на физиологические процессы в человеческом теле. Но я слежу за всем, что происходит в сфере космической погоды, и мне не попадались большие научные исследования, которые однозначно бы делали вывод о такой зависимости. Не отрицаю, что есть исследования, в которых замечены какие-то нюансы. Без упрека к авторам, исследователям, но представительность, воспроизводимость – это важный фактор. В отличие от полностью контролируемых экспериментов с медикаментами или с вмешательствами, когда мы понимаем, в какой момент и что мы делаем, космическая погода – это фактор неопределённости. Мы не можем попросить Солнце дать больше рентгеновского излучения, чтобы произвести нужное нам измерение, и оценки влияния тут тоже разные. Поэтому я лично крайне скептичен, хотя не отрицаю, что влияние может быть. Я бы в массовых СМИ не торопился об этом писать, как о неоспоримом факте.