Brainy is sexy: профессор Сколтеха и эксперт по космической погоде Татьяна Подладчикова — о том, почему наука — это модно

В начале пути сложно понять, что тобой движет. Меня очень вдохновила история о двух космических аппаратах «Вояджер», которые были запущены в космос в 70-х годах с целью исследовать солнечную систему за ее пределами. На случай встречи с разумной жизнью где-то в космосе на спутники поместили информационную пластинку, покрытую золотом, для защиты от космической пыли. На ней написано «Здравствуйте, приветствую вас» на 55 языках, в том числе и на русском. Также там есть записи музыки Баха, Бетховена, Стравинского, Чака Берри и множество фотографий: Земли, Солнца, людей, структуры ДНК и т.д. Впервые в истории человечества спутники пересекли границу гелиосферы – гелиопаузу. Это зона, до которой Солнце достает своими щупальцами. За эту границу солнечный ветер, непрерывный поток заряженных частиц от Солнца, уже не распространяется. Впервые спутник, созданный руками человека, коснулся чего-то не принадлежащего нашей солнечной системе, столкнулся с межзвездным ветром. Это одна из самых величайших космических миссий в истории человечества, силы и смелости человеческой мысли.

Мой путь начался с Солнца, когда мне случайно предложили спрогнозировать силу 11-летнего цикла солнечной активности, а также разработать метод прогнозирования геомагнитных бурь. В результате родилось два новых сервиса космической погоды, которые работают в реальном времени уже более 10 лет. Человеку и всем живым существам присуще любопытство, которое заставляет его идти дальше. Новое знание вдохновляет, несет силу и красоту. В научных исследованиях очень важно помнить о красоте. И меня глубоко трогает и вдохновляет красота нашего объекта исследования – Солнца.

Каждую секунду Солнце превращает 600 миллионов тонн водорода в гелий. В этот момент Солнце преобразует 4 миллиона тонн материи в энергию! Эта энергия – основной источник света, тепла и благоприятной жизни на Земле. Но в то же время Солнце – это источник мощных выбросов, которые вызывают сильные возмущения на Земле и в околоземном космическом пространстве. И наша работа заключается в изучении настроения Солнца, как это настроение передается Земле и как защищать наше общество и технологии в космосе и на Земле от опасностей космической погоды.

Космическая погода – это новая прикладная наука. Она требует постоянного мониторинга деятельности Солнца и космического пространства и направлена на разработку операционных служб. Однако нам предстоит проделать немалый путь, прежде чем мы сможем до конца разобраться в том, что происходит на Солнце и понять все тонкости взаимодействия между Солнцем и Землей. Поэтому в Сколтехе мы не только разрабатываем новые сервисы космической погоды, но также изучаем, почему на Солнце происходят вспышки, чем нам грозят мощные солнечные выбросы и магнитные облака, куда дует солнечный ветер, почему случаются геомагнитные бури.

Итак, множество вопросов, которые надо решить профессору. Ответить на входящие административные вопросы, отшутиться от гор документации и отчетов, пообщаться со студентами, дать несколько ценных наставлений, поддержать морально, откорректировать несколько текстов. Провести пару-тройку встреч, лекций и консультаций. Мягко подтолкнуть студентов и аспирантов, чтобы они серьезнее относились к своим дипломам, через несколько часов подтолкнуть настойчивее и строже. Обсудить с коллегами новую кампанию солнечных наблюдений и предстоящий доклад на конференции. Вспомнить о том, что ты пропустил обед. И только под вечер сесть спокойно заниматься своими научными задачами, статьями и насладиться сполна теми немногими знаниями, которые позволяет нам открыть природа. Отдых, конечно же, приятно провести на свежем воздухе и в компании друзей. Обсудить события и приятные радости.

Космическая погода оказывает непосредственное влияние на технологические системы и человека в космосе и на Земле. Со стремительным развитием технологий это влияние будет неуклонно возрастать. В 1859 г. из-за событий на Солнце произошла одна из самых мощных геомагнитных бурь за всю историю наблюдения. В Северной Америке и Европе из строя был выведен телеграф, а в те времена — это основное средство связи для ведения бизнеса и личных контактов. Если подобное событие произойдет в наши дни, то современные устройства никак не защищены. Мы окажемся без электричества, телевидения, интернета, радиосвязи. И как раз в июле 2012 г. на Солнце произошел выброс энергии, сравнимый с событием в 19 веке, но нам повезло, потому что эти выбросы не задели Землю. По оценкам специалистов, ущерб от подобного экстремального события может составить несколько триллионов долларов и восстановление инфраструктуры и экономики займет до 10 лет.

В 1989 г. мощная геомагнитная буря из-за активных событий на Солнце привела к отключению электричества в Квебеке, почти на сутки без тепла, света и радиосвязи остались 6 миллионов человек. Финансовые потери составили около 300 млн. долларов. А в октябре и ноябре 2003 г. мощные геомагнитные бури привели к фактически мгновенному сбою радиокоммуникаций по всему миру, сбою работы GPS и телевидения, отключению сотовой связи в некоторых странах мира.

В ближайшем будущем аппаратура, роботы и люди направятся в космос, на Луну и чуть позже на другие планеты, к астероидам и обратно. Это невероятное освоение космоса должно быть безопасным. Нужно защищать нашу технику и человека от космических бурь и экстремальных условий, от которых не защищены в космосе ни техника, ни мы. Не защищены так хорошо, как на Земле, хотя и на Земле мы не всегда защищены, особенно техника и средства коммуникации. Точное знание космической погоды обеспечит безопасность человека и техники в ближнем космосе, в солнечной системе и на Земле. Хороший капитан не выведет свой корабль в море во время шторма!

Во многих странах космическая погода включена в национальный план управления рисками стихийных бедствий. Основные пользователи сервисов космической погоды – это разработчики и операторы спутников, организации, связанные с космическим туризмом, а также полетом человека в космос, космические страховые компании, авиакомпании, операторы электростанций и трубопроводов, ученые и инженеры.

Спутники уже очень прочно вошли в нашу повседневную жизнь и широко используются для организации связи, навигации, наблюдения Земли, мониторинга погоды и климата и других задач. Сейчас вокруг Земли летает более 4000 тыс. спутников. Во время мощных активных событий на Солнце тысячи спутников могут выходить из строя, мощная бомбардировка частицами съедает и разрушает электронные органы спутника. Поэтому во время повышенной солнечной активности спутники могут переводить в резервный режим, выключать чувствительное оборудование и прекращать любые спутниковые маневры. Ведь потеря и перезапуск спутника – это миллиардный бюджет.

Активные события на Солнце могут привести к нагреву верхней атмосферы Земли, ее размер увеличивается, разбухает, и в итоге спутники тормозятся, сходят с орбиты или даже падают. На пике солнечной активности каждые 2-3 недели могут осуществляться маневры для поддержки орбит спутников. Когда спутник сходит с орбиты и встречается с космическим мусором, даже маленькая частичка, меньше 1 см, летящая на огромной скорости, может действовать как бомба при столкновении с космическим аппаратом.

С момента запуска в космос первого спутника в 1957 году на орбиту вокруг Земли, Солнца и других небесных тел было размещено боле 41 500 тонны искусственных объектов. С тех пор большинство объектов — корпуса ракет, большие куски космического мусора — вернулись обратно в атмосферу Земли неконтролируемым образом. Это подвергает опасности людей и объекты инфраструктуры на Земле. Поэтому в настоящее время ведутся работы по прогнозированию солнечной активности для оценки времени возвращения космических аппаратов на Землю, корректировки орбит спутников, предупреждения столкновений, моделирования космического мусора.

Также во время активных солнечных событий могут возникать перебои в связи, навигационный сигнал может ошибаться на сотни метров или вовсе ослепнуть. Например, 4 ноября 2015 г. солнечная вспышка привела к остановке работы авиасообщения в Швеции из-за нарушения радиосвязи и работы радиолокационных систем. А 10 сентября 2017 г. на Солнце произошла одна из самых мощных вспышек на Солнце за последние 12 лет. Космонавты на борту МКС вынуждены были перейти в специальное укрытие на борту станции, в котором разной электроники больше и стены толще. В условиях высокой солнечной активности маршрут может быть изменен, или рейс может быть отменен, особенно если это перелеты на высоких широтах, в полярные регионы. Во время вспышки на Солнце человек может получить дозу радиации больше, чем 100 флюорографических обследований. Но такие мощные вспышки происходят достаточно редко, может быть один раз в 11 лет.

Возмущения магнитного поля Земли во время магнитных бурь приводят к тому, что во всех длинных проводящих системах возникает электрический ток. Также воздействие на энергосистемы может быть очень серьезным. Геоиндуцированные токи втекают в заземления станций и изнутри разрушают всю инфраструктуру, в итоге перегорают трансформаторы – так было в Квебеке в 1989 году. В трубопроводах нарушается защита от коррозии, они ржавеют и выходят из строя. Обычно трубы служат 15 лет, но уже через 3 года появляются коррозийные пятна, ток нарушает антикоррозийную защиту. На железной дороге зеленый свет светофора может спонтанно переключиться на красный. В итоге все поезда стоят. В 1972 г. активные события на Солнце привели к самопроизвольному срабатыванию морских мин у побережья Вьетнама. Мины среагировали на резкое изменение магнитного поля Земли, как будто на проплывающие рядом корабли.

На Земле мы находимся под надежной защитой магнитного поля Земли. Человек приблизительно 20% своей жизни проводит в условиях геомагнитных бурь. Мы об этом не думаем. На максимуме солнечной активности может быть около 50 бурь в году. Система Солнца-Земля находится в равновесии, и все живое на Земле адаптировалось к этим условиям. Для здоровых людей это не страшно. Однако реакция у людей с проблемами со здоровьем и более слабой адаптацией может быть иная. Количество вызовов скорой помощи может увеличиваться на 20% во время повышенной геомагнитной активности.

Наш мир обладает хорошей акустикой, и многие прекрасные идеи могут прийти не одному человеку, а сразу нескольким исследователям. Всем известная история с изобретением лампочки. Да, конечно, хочется сделать великое открытие или решить важную задачу, но не для того, чтобы продемонстрировать превосходство, а для того, чтобы найти ответ, чтобы сделать нашу жизнь лучше. И это стремление и любопытство, которое толкает тебя вперед каждый день, нельзя назвать амбицией. Это движущий импульс, который вдохновляет на поиск, ошибки, изучение, размышления, решения. Настоящий успех — это когда мы можем получить новое полезное знание, ведущее к пониманию сути наблюдаемых явлений, контролю и прогнозированию будущего развития событий, а также надежным решениям, принимаемым на основе полученных результатов. Я бы сравнила это с альпинизмом. Почему альпинист идет в гору? Откуда у него такая неистовость и стремление к познанию? Откуда у него жажда увидеть неизведанное? Несмотря на риски и опасности, он все равно идет. И очень важно сохранить этот движущий импульс на этом пути.

Самое главное — это вдохновить. Все, что существует в нашем мире, согласно Платону, начинается с идеи. Платон также рассуждал о потенциале общества, способного генерировать и воплощать эти идеи. Человеку свойственно развиваться, человека всегда будет тянуть в неизведанные области, как и во внешнем космическом, так и во внутреннем интеллектуальном пространстве. Я думаю, что у нашего общества есть огромный потенциал создавать достойные и интересные идеи. Важно это сохранять, развивать, и готовить подходящую смену, которая все сделает еще лучше. Тем не менее, научная работа — это большой труд. И те, кто начинают заниматься наукой, должны по-настоящему любить свое дело.

Наука присутствует в нашей жизни каждый день, в наших мыслях и делах. То, как мы живем — это результат развития науки. Когда вы включаете свет в доме, вы же даже не задумываетесь о том, что когда-то много лет было посвящено разработке электричества. Электричество, интернет, медицина, телефон, автомобиль, самолёты, фильмы — все это результаты научных открытий.

Да, наука становится модной. Сейчас популярно создавать искусство с помощью науки, шить одежду из новых типов ткани. Снова в умы граждан возвращается мечта о космосе, мечта стать космонавтом, полететь на Марс. Каждый следующий шаг в науке делает нашу жизнь лучше. Например, цифровой фотоаппарат пришел в нашу повседневную жизнь из космических технологий, когда нужно было научиться делать фотографии в космосе с помощью телескопов.

Любопытный человек способен задавать себе вопросы и искать на них ответы. Открытия в науке дают импульс человеческой мысли. Паровоз вдохновлял живописцев и музыкантов, теория Дарвина подтолкнула к изучению генетики, мечты Константина Циолковского привели к созданию реактивного двигателя, полету Юрия Гагарина в космос и началу космической эры.

Поэтому нужно заниматься популяризацией науки. Но делать это качественно не так просто. Жорж Санд, французская писательница, говорила, что «простота – это то, что труднее всего на свете».

Простота, доступность и юмор – это инструменты, которые влияют на наш мир, и влияют в лучшую сторону, делая наш мир счастливее. Но может потребоваться немало времени, чтобы понять и открыть простые вещи. Например, 11–летний цикл солнечной активности. В европейской цивилизации, с изобретением телескопа, Галилей и другие астрономы в XVII столетии заметили, что на Солнце есть пятна. Однако одиннадцатилетнюю периодичность солнечной активности открыли лишь в XIX веке, и то случайно, благодаря аптекарю из Германии Генриху Швабе. Он увлекался астрономией и с помощью любительского телескопа стремился обнаружить гипотетическую малую планету внутри орбиты Меркурия. Планету он так и не нашел, но благодаря систематическим наблюдениям открыл циклы солнечной активности. 250 лет – это достаточно долго для открытия такой простой взаимосвязи, которая требует только систематических наблюдений. И какие бы ни бушевали бури, желаю всем хорошей космической погоды!