Нарушение работы электросетей и системы GPS, откладывания или отмены трансполярных авиарейсов — все эти проблемы может вызвать неблагоприятная космическая погода. Что это такое, как часто случается и как можно ее спрогнозировать, «День» обсудил с кандидатом физико-математических наук, представителем Украины в международной программе International Living With a Star (ILWS) и Рабочей группе по космической погоде Европейского космического агентства (ESA SWWT) Алексеем Парновским. А также узнайте из интервью, почему до сих пор не был запущен украинский спутник «Микросат», как именно нужно менять украинскую науку и чему стоит поучиться у ученых из африканских стран.
КАК ИМЕННО КОСМИЧЕСКАЯ ПОГОДА ВЛИЯЕТ НА ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЛЮДЕЙ
— Что такое космическая погода?
— Космическая погода — это любые факторы космического происхождения, кроме астероидов, которые тем или иным образом влияют на деятельность людей. Существует много их проявлений, но ключевые — это быстрые изменения магнитного поля, вспышки на Солнце, которые приводят к прерыванию радиосвязи, повышению радиации и др. Что касается радиации, то речь идет только о верхней атмосфере, это уровень трассы самолетов, летающих на высоте более 10 км, а до земли эта радиация не доходит. Она наиболее выражена вблизи полюсов.
— Как и на что именно влияет космическая погода?
— Основное влияние идет на технические системы. Наиболее масштабный в плане экономических убытков — это воздействие, связанное с быстрыми изменениями магнитного поля. Длинные линии электропередач работают, как огромная антенна, которая эти сигналы принимает. Как следствие — сбои в электроэнергетической системе или оборудование вообще выходит из строя. Это наиболее актуально для северных и южных стран. Так в 1989 году в Квебеке вышла из строя местная электросеть, и, соответственно, все население Квебека 9 часов сидело без электричества.
Следующее по убыткам — воздействие на авиацию, связанное с открытыми недавно трансполярными трассами, по которым пассажиры летают из Европы в США. Когда происходит магнитная буря, вспышка на Солнце и выброс частиц, там возникает повышение радиационного фона, болем того, еще и прерывание радиосвязи, что особенно опасно с точки зрения управления воздушным движением. Поэтому самолеты или стоят, пока это закончится (обычно несколько часов), или вынуждены лететь по длинному маршруту и, соответственно, тратить больше горючего. В обоих случаях авиакомпании несут убытки.
Третье влияние связано с пользователями таких навигационных спутниковых систем, как GPS. Суть в том, что такие системы работают на основе достаточно слабых радиосигналов, передаваемых со спутников на наземные приемники. Например, GPS в вашем смартфоне получает радиосигнал с нескольких спутников, а на основе этого определяет ваше местоположение. Когда происходит событие космической погоды, то у вас эти сигналы или распространяются дольше, чем обычно, или вообще так искажаются, что приемнику их невозможно различить. Поэтому вы или определяете свое положение с погрешностью, доходящей до ста метров, или вообще не можете определить свое пребывание. И это достаточно большая проблема. Конечно, не для рядовых граждан, которые просто со смартфоном пытаются куда-то добраться, а, скажем, в сельском хозяйстве, где сейчас массово используют беспилотные комбайны, которые ездят по GPS. Для судоходства это также является проблемой.
Четвертая область, где ярко проявляется влияние космической погоды, — это нефтегазодобычи. Дело в том, что сегодня, особенно для добычи сланцевых нефти и газа, используют такую ??технологию, как направленное бурение. Там у вас гибкий бур, которым нужно с большой точностью управлять, чтобы он попал точно в нефтеносный или газоносный пласт. Затем туда закачивается под большим давлением специальная жидкость и оттуда выдавливается газ или нефть. Чтобы осуществить это, вам нужно точно знать расположение буровой платформы, с которой вы это делаете, а также нужно точно знать ориентацию буровой головки. Если у вас продолжается бурение и из-за космической погоды возникает неопределенность относительно положения платформы и ориентации головки, то это опасная операция. Соответственно, такие действия прекращаются. Прекращение работы такой платформы — это 6 млн евро в день.
Космические аппараты целиком (к счастью, это не очень часто происходит, но такие случаи есть) или временно могут выходить из строя.
— А влияют ли магнитные бури непосредственно на людей на земле?
— Сейчас это дискуссионный вопрос. Когда мы смотрим на статистику — количество обращений относительно плохого самочувствия, особенно в отношении сердечно-сосудистых заболеваний, то действительно корреляция с уровнем космической магнитной активности прослеживается. Другой вопрос, что когда мы формируем небольшую группу добровольцев и начинаем их исследовать, то ничего такого обнаружить не удается. Действительно ли это влияет на людей или это эффект чисто психологический (людям дали предупреждение — и у них начинает болеть голова) — точно неизвестно.
ПРОГНОЗЫ КОСМИЧЕСКОЙ ПОГОДЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
— Как часто случается неблагоприятная космическая погода?
— У солнца есть цикл активности, который длится в среднем около 11 лет. Начинается с фазы минимума, затем происходит подъем, фаза максимума, спад и снова минимум. Когда фаза минимума — у нас целый год может ничего серьезного не быть, как, например, сейчас. А может быть наоборот, как в 2001 или 2003 годах. Тогда был максимум, и выбросы происходили чуть ли не каждую неделю, иногда — до нескольких выбросов в день. То есть это происходит довольно часто.
Другой вопрос, что они имеют разную интенсивность, и не все из них имеют угрожающие последствия. В то же время даже если он не выведет сразу из строя какой-то высоковольтный трансформатор, то все равно уменьшит срок его службы. Даже в такой низкоширотных стране, как Испания, где, кажется, ничего такого не должно ощущаться, частота замены этих трансформаторов достаточно точно коррелирует с солнечным циклом.
— То есть можно предположить, когда именно будет неблагоприятная космическая погода?
— Да. Есть чисто статистическое прогнозирование, связанное с солнечным циклом. Понятно, что когда максимум солнечной активности, то эти явления более активны и вам стоит ожидать каких-то более серьезных проявлений, а когда минимум — меньше. Кроме того, существует оперативный прогноз космической погоды. На сегодня это до трех дней. В принципе, есть идеи, как это можно было бы довести до недели, десяти дней. Но пока три дня — это всего. И есть совсем точный прогноз, количественный, который на несколько часов. Я занимаюсь разработкой именно таких прогнозов.
— Как именно прогнозы космической погоды регулируют деятельность упомянутых вами отраслей, в частности авиации?
— Международная организация гражданской авиации является руководящим органом в этой области. И все самолеты, которые осуществляют международные рейсы, должны выполнять ее постановления и правила. В недавнем приложении к этим правилам они обязали, кажется, к 2030 году все национальные службы, которые управляют гражданской авиацией, ввести у себя внутренние правила, которые будут заставлять авиакомпании и, соответственно, диспетчерские службы учитывать прогноз космической погоды и брать его во внимание при планировании полетов. Так же, как это происходит с обычной атмосферной погодой.
— А относительно других сфер?
— Что касается нефтегазодобычи, обычно этим занимаются крупные компании, которые имеют свои научно-исследовательские подразделения. Они заказывают для компании соответствующие сервисы от правительственных или от коммерческих компаний; как правило, берут там данные, а окончательный прогноз делают сами, исходя из своих потребностей, своего расположения. В нефтегазовой отрасли крайней мере это работает так.
Нам стоит многому поучиться у жителей африканских стран, которые это делают уже много лет, и у них впечатляющие успехи в космической погоде, например. У них такая система: лучших выпускников направляют в США или Западную Европу, они там учатся, работают некоторое время, затем возвращаются в Африку, преподают, занимаются наукой и продолжают поддерживать связи с Западом. И это работает. Кроме того, у них есть Панафриканское сотрудничество между разными странами. Это большое Панафриканское сообщество достаточно сплоченное, и они активно друг другу помогают — это уникальный опыт
А что касается GPS, то компании, которые предоставляют эти услуги по спутниковой навигации, имеют на Земле сеть так называемых контрольно-корректирующих станций. Они все эти изменения отрабатывают и своим пользователям дают коррекции. Другой вопрос, что не все компании понимают все нюансы, которые при этом возникают. Главная проблема заключается в том, что если у вас эти эффекты на определенном участке имеют определенную силу, то это не значит, что в 20 км они будут иметь такую ??же силу. Поэтому, чтобы правильно вносить коррекции, нужно иметь много данных из разных мест.
«ВПЕРВЫЕ В ИСТОРИИ УКРАИНЫ ЦЕЛЫЙ СПУТНИК ПОСВЯЩЕН РЕШЕНИЮ НАУЧНЫХ ЗАДАЧ»
— Читала, что наука определяет солнечную активность не только нынешнюю, но и ту, которая была в прошлом...
— Этим занимается наука палеоклиматология. Существует много различных методов, которые позволяют это реконструировать. Если брать не очень давнюю историю, когда человечество уже существовало, то даже картины могут нам это продемонстрировать. Например, одна из самых известных картин Питера Брейгеля-старшего «Охотники на снегу» дала ценную информацию об одном из периодов аномально низкой солнечной активности — так называемом минимуме Шперера. Также зарисовки полярных сияний в японских летописях позволили оценить частоту возникновения наиболее мощных магнитных бурь.
Есть еще один метод — бурение льда, когда смотрят его изотопный состав. Существуют и другие методы. Благодаря им можно говорить о качественных изменениях солнечной активности. Однако не знаю, можно ли определять конкретные цифры.
— Существует утверждение, что на Западе космическая погода практически направлена, а у нас это больше теоретическая дисциплина. Каково ваше мнение на этот счет?
— До недавнего времени у нас космической погоды как таковой не было вообще. Нужно понимать, что есть две родственные дисциплины: космическая погода и солнечная-земная физика. Они исследуют то же, только солнечная-земная физика это делает с фундаментального взгляда, чтобы выяснить какие-то причины, механизмы, формулы написать, а космическую погоду интересуют практические вещи, что именно сейчас конкретно делать.
Я занимался и тем, и тем и стараюсь до сих пор что-то практическое в Украине организовать. Мы в Главном центре специального контроля организовали оперативный центр космической погоды. То есть к ключевым задачам работы этого центра еще добавили то, как их технические средства и международные данные можно использовать, чтобы вести оперативную деятельность по космической погоде. Правда, сейчас это в зачаточном состоянии, и неизвестно когда оно выйдет на реально практическую деятельность, особенно учитывая то, что этим в Украине занимается до десяти человек.
— А как дела со спутником «Микросат». Каковы его функции и на каком этапе находится его подготовка?
— Научный руководитель этого эксперимента — Георгий Лизунов. «Микросат» выполняет двойную функцию, это научно-технологический спутник. Во-первых, это действительно впервые в истории Украины, когда целый спутник посвящен решению научных задач. Его отличием от других экспериментов является то, что вместо изучения отдельных, наиболее ярких событий, он будет смотреть все, что происходит, и набирать статистику. Таких статистических исследований до сих пор не проводилось. Кроме того, на борту есть несколько технологических экспериментов, суть которых — отработка новых технологий создания спутников или их компонентов, чтобы потом их использовать в будущем.
Что касается запуска. Расходы на запуск должны быть предусмотрены Общегосударственной целевой научно-технической космической программой Украины. Последняя такая программа завершилась в 2017 году, а следующая, которая должна была начаться с 2018-го, так и не была принята. В последующие годы в ее проекте просто переписывались даты, не меняя сути работ. Эта программа еще не принята, поэтому запуск будет не ранее 2023 года. Как только Верховная Рада примет космическую программу и в пределах нее Государственное космическое агентство заключит пусковой контракт, через 18 месяцев после этого состоится запуск спутника.
— В то же время Украина принимает участие в международных миссиях, например в 2017 году...
— Это проект 7-й рамочной программы ЕС, который назывался QB50. Он предусматривал запуск в космос 50 наноспутников. Их размеры — 10 на 10 в 20/30 см. Это такие маленькие параллелепипеды, которые весят 2,5 или 4 кг. И один из таких спутников делал КПИ вместе с китайским университетом, участвуя в этой миссии.
ОДНА ИЗ САМЫХ ИЗВЕСТНЫХ КАРТИН ПИТЕРА БРЕЙГЕЛЯ-СТАРШЕГО «ОХОТНИКИ НА СНЕГУ» ДАЛА ЦЕННУЮ ИНФОРМАЦИЮ ОБ ОДНОМ ИЗ ПЕРИОДОВ АНОМАЛЬНО НИЗКОЙ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ — ТАК НАЗЫВАЕМОМ МИНИМУМЕ ШПЕРЕРА
Однако здесь важно понимать одну вещь. Полезную нагрузку, которой проводилось измерение, им присылали бельгийцы и голландцы, которые руководили этим проектом, а КПИ делали только саму платформу, кубик, на котором она относилась, служебные системы. Это важный момент, несомненно, но так можно сказать, что Украина принимала участие и в других случаях, когда КБ «Южное» делало платформу для какого-то аппарата, на который ставились зарубежные приборы. Поэтому следует понищать, между полезной нагрузкой и служебной есть большая разница.
— Вы входите в несколько международных рабочих и координационных групп. Как происходит сотрудничество?
— В каждой глобализированной сфере деятельности обязательно появляются международные координационные структуры, которые нужны для того, чтобы, во-первых, люди не занимались дублированием одних и тех же разработок, чтобы было «мировое разделение труда», а во-вторых, чтобы обмениваться знаниями и опытом. Такая же ситуация и в космической погоде. Так сложилось, что эта координация появилась слишком поздно, поэтому было очень много организаций, которые какую-то маленькую часть этой деятельности имели в своем составе.
И это усложняет работу. Потому что есть такая организация, как Комитет космических исследований, которая занимается в основном научным аспектом, есть Всемирная метеорологическая организация, которая имеет свои аспекты, есть Международный комитет метеорологических спутников и т.п. И все имеют в этом свой интерес, свои традиции работы, общие принципы. Сейчас работа продолжается в направлении того, чтобы все привести к общему знаменателю. Это медленно движется, в частности потому, что основной организацией является комитет ООН по использованию космоса в мирных целях. А поскольку он работает на основе консенсуса, это очень долгая работа.
Во все эти группы входят одни и те же люди говорят подобные вещи. В частности, рассматривают следующие вопросы: стандартизация данных, обмен оперативной информацией, разработка новых индексов, метрик, характеристик.
Для Украины участие в таких группах важно по нескольким соображениям. Во-первых, это участие в мировом разделении труда, то есть возможность для украинских специалистов участвовать в международных проектах. Во-вторых, это обмен опытом и возможность объединения ресурсов различных стран, то есть увеличение эффективности использования средств, которые на это выделяются. В-третьих, это перенос в Украину передовых организационных практик ведущих стран. И последнее по перечню, а не по значимости, это продвижение украинских идей и разработок на мировом рынке.
«ПРОБЛЕМА УКРАИНСКОЙ НАУКИ ПРЕЖДЕ ВСЕГО ИНСТИТУЦИОНАЛЬНАЯ»
— Как бы вы охарактеризовали положение Украины в этой сфере?
— У нас общая научная проблема заключается в том, что люди, которые раньше этим занимались, — уже преклонного возраста. Представителей следующего поколения, от 30 до 45 лет, не очень много. А дальше никого — молодых сейчас нет в науке.
Проблема украинской науки прежде всего институциональная. Структуры, которые должны заниматься наукой в Украине, не всегда это выполняют. Не буду называть конкретные институты, так как вина в этом общая. Конечно, есть исторические предпосылки, почему так произошло: 90-е годы не были использованы для проведения реформ, наоборот, была попытка заморозить ситуацию.
Сейчас нам это все вредит, потому что в нашей науке сохранилась плановая система советского образца, с поправкой на экономические реалии. Изменилось очень мало. И все попытки исправить ситуацию наталкиваются на огромное сопротивление. Будучи спикером по вопросам науки политической партии «Демократична сокира», я написал проект такой программы реформирования украинской науки, в котором изложил свое видение, как это можно сделать. И она уже получила положительное одобрение научного сообщества.
— Каковы основные шаги этой программы?
— Для начала нужно понимать текущую ситуацию. Она такова: есть отдельные группы, которые вопреки всем неблагоприятным условиям продолжают работать. Нужно их выявить, перенести в нормальную среду — с нормальным финансированием, инфраструктурным обеспечением, правилами работы, чтобы лишить их токсического воздействия той системы, которая есть сейчас. Там работает принцип ведра с крабами — когда кто-то пытается выбраться, другие его начинают тянуть назад. Поэтому нужно их оттуда вытаскивать и переводить.
В то же время предполагается сокращение большого количества научных учреждений и их укрупнение. Потому что каждое из них должно иметь полный набор руководящего и вспомогательного персонала, что приводит к очень неэффективному использованию денег, к чрезвычайной административной нагрузке на научных работников, и как результат, вместо того, чтобы проводить исследования, они перекладывают бумажки. Это недопустимо. В программе также указаны конкретные механизмы, как обеспечить баланс интересов, антикоррупционные меры, невозможность узурпации власти. Все это прописано и есть на сайте партии.
— А как насчет популяризации науки? К счастью, появляется все больше инициатив, например «Дни науки»...
— Пять лет назад, когда началась популяризация науки, у нас была критическая ситуация с отношением общества к науке вообще. Науку воспринимали как некоего «тунеядца», которому неизвестно за что выделяют средства. После того как на волонтерских началах началась популяризация, по крайней мере это отношение удалось изменить.
Вторая проблема — ученых стало очень мало, и надо как-то мотивировать людей любого возраста, любого бэкграунда заниматься наукой. Единственный способ для осуществления этого — популяризация. Следует объяснять людям, что такое наука, это интересно, и чтобы ею заниматься, не нужно быть гением.
Сегодня, когда значительно повысились возможности для молодежи учиться за границей и при этом упало качество украинского образования, как среднего, так и высшего, то трудно найти достойных кандидатов в украинских вузах. Поэтому если мы не можем брать молодежь официальными путями, то нам нужны обходные пути. Сейчас есть замечательный проект — Киевский академический университет, на базе инфраструктуры бывшего Киевского отделения МФТИ. Это попытка сделать западного плана университет в Украине, и во главе этого стоит очень хорошая команда. На него возлагаются большие надежды.
— Что касается учебы за рубежом. Проблема, как я понимаю, заключается не в том, что студенты едут в другие страны, чтобы учиться. А что потом не возвращаются и не делятся полученными знаниями...
— Конечно, нет ничего плохого, чтобы учиться за границей. Дело в том, что наука, особенно фундаментальная, сейчас очень глобализированная. Нормальным является закончить университет в одной стране, аспирантуру — в другой, на постдок поехать в третью, а затем получить позицию в четвертой. Иначе — очень сужается мировоззрение, понимание. Ни в коем случае не надо «мариноваться в собственном соку», нужно ездить, общаться с другими людьми, надо слышать разные взгляды на проблемы, обмениваться опытом — это очень важно. Потому что только так сегодня можно достичь каких-либо значительных результатов.
И, конечно, потом нужно делиться знаниями. В этом нам стоит многому поучиться у жителей африканских стран, которые это делают уже много лет, и у них впечатляющие успехи в космической погоде, например. У них такая система: лучших выпускников направляют в США или Западную Европу, они там учатся, работают некоторое время, затем возвращаются в Африку, преподают, занимаются наукой и продолжают поддерживать связи с Западом. И это работает. Кроме того, у них есть Панафриканское сотрудничество между разными странами. Это большое Панафриканское сообщество достаточно сплоченное, и они активно друг другу помогают — это уникальный опыт.
«ВСЕ ЭТО ВРЕМЯ МЫ ИЗУЧАЛИ ТОЛЬКО 5% ВЕЩЕСТВА В КОСМОСЕ»
— Ваша совместная с отцом книга «Як влаштовано Всесвіт. Вступ до сучасної космології» — тоже пример популяризации науки.
— Она для этого писалась и издавалась. Бэкграунд для ее прочтения требуется минимальный. Если есть непонятные астрономические термины, то мы рекомендуем прочитать книгу Азимова «Вселенная. От Плоской Земли до Квазаров», это старая книга, но, по-моему, до сих пор лучшее вступление в астрономию.
В нашей книге много фактов, которые могут удивить читателей. Во-первых, у нас до сих пор не так много качественной научно-популярной литературы. А эта книга отличается даже на фоне научно-популярных, потому что мы с отцом профессионалы в этой сфере и поместили в книгу последние сведения по этой теме на момент ее выхода. Кроме того, космология — наука, которая сейчас находится в революционном состоянии. Не так давно космологи узнали, что все это время мы изучали только 5% вещества во Вселенной. Поэтому в книге много поводов для удивления.
