«Взрывы на Солнце»: доктор физико-математических наук Сергей Богачев — о магнитных бурях
Ноги ватные, голова болит, силы на исходе. Ну что со мной? А, понятно! Привет от Солнца — магнитная буря! Но что это такое на самом-то деле и действительно ли эти бури так на нас влияют?
Попробуем разобраться с помощью заведующего лабораторией солнечной астрономии Института космических исследований РАН, доктором физико-математических наук Сергеем Богачевым.
— Сергей Александрович, думая о земном, мы смотрим на небо: что там с погодой. А правда, что привычка «валить» плохое самочувствие на магнитные бури — наша, российская?
— Я бы так не сказал. Недавно, кстати, я спросил об этом одного знакомого, физика, работающего ныне в Институте Макса Планка в Германии: а как у вас там, таблетки пьют при магнитных бурях или нет? Говорит — пьют. И другой мой знакомый, живущий в США, подтвердил: весной, когда были сильные магнитные бури, там все газеты пестрели сообщениями об этом.
— А почему мы все чаще говорим о магнитных бурях — больше знаем об этом или возросла солнечная активность?
— Давайте начнем с физических аспектов, поскольку мы находимся в физическом институте и я — физик. Магнитная буря — объективное физическое явление. В каком-то смысле понять ее можно через понимание того, что такое погода. Как ее понимает физик? Мы погружены в атмосферу Земли, воздух которой обладает определенными характеристиками — у него есть температура, влажность, давление атмосферное и даже скорость перемещения. Собственно, из этого и складывается понятие погоды. Эти четыре параметра для физика — характеристики газа, и не более того. Но через эту аналогию можно понять и что такое космическая погода. Помимо атмосферы мы погружены еще и в магнитное поле. Да, мы его не так ощущаем, как воздух. Но если положим перед собой компас и посмотрим, как его стрелка поворачивается на север, убедимся, что это поле есть. Причем экранироваться от него, то есть защититься, невозможно. Иногда говорят: а вот если взять железный ящик, то…
Повышение радиации: чем опасен выброс солнечной плазмы
— Но никакого «то» не выходит?
— Нет, конечно. Экранировать можно электрическое поле, но не магнитное: где бы вы ни были, оно всегда будет с вами. И оно, как и окружающий нас воздух, тоже меняет свои характеристики. В простейшем варианте магнитное поле Земли просто испытывает некие вариации, колеблется. Колебания эти в целом небольшие: почти невозможно глазами увидеть, как стрелка компаса «сходит с ума», хотя теоретически такое возможно. Но если вы поставите на стол даже среднечувствительный прибор, он во время магнитной бури покажет эти колебания. Когда ученые говорят, что была магнитная буря, они говорят так не потому, что погадали на кофейной гуще, а потому, что объективные приборы показали, что магнитное поле Земли испытывает некую вариацию. Если бы оно, магнитное поле, могло быть воспринимаемо нашими органами чувств, мы привыкли бы к этому с детства — как к явлению. Так, даже маленький ребенок ощущает температуру — если вернуться к параллели с погодой. Но магнит мы напрямую не чувствуем: положите его на руку, и не ощутите ничего, кроме его тяжести. И точно не испытаете ничего похожего на ощущения человека, сунувшего пальцы в розетку. Потому что электрическое поле мы прекрасно чувствуем, а магнитное — нет.
И это одна из причин, почему магнитные бури некоторым людям кажутся чем-то особенным, из области потустороннего. Но если вы чего-то не чувствуете, это не значит, что это нечто к вашему организму нейтрально. Человек не почувствует и смертельной дозы радиации, если попадет в зону ее действия, но последствия… Поэтому, хотя мы, физики, и не знаем, полезно воздействие магнитного поля или вредно, зато знаем, что магнитные бури — это объективные явления, и, даже если вы их не чувствуете, они есть и, возможно, действуют на вас. Органы чувств в данном случае просто обманывают.
— Но при этом к магнитному полю чувствительны птицы.
— Я не орнитолог, конечно, но ориентация птиц основана в том числе на магнитном поле, это общеизвестный факт. Видимо, у них отвечает за это очень тонко настроенный орган. Но перейдем к причинам: почему поле колеблется. Про перемены, происходящие с обычной погодой, все более-менее понятно: к нам поступает энергия Солнца, часть Земли она нагревает, другая часть в это время охлаждается, начинаются изменения давления, на это накладывается вращение Земли, день — ночь и так далее. С магнитным полем все сложнее. Кстати, его колебания начали измерять не вчера, а еще в XIX веке. Одна из очень сильных магнитных бурь была зарегистрирована еще 1 сентября 1859 года — это «Событие Кэррингтона».
Магнитная буря уровня G3 обрушится на Землю в ночь на воскресенье
— А в чем оно выразилось?
— Вышел из строя телеграф. Были очень мощные полярные сияния, вплоть до экватора. Но тогда никто не понимал причин происходящего. Были предположения, что так как Земля — магнит, — то в ее центре «дрожат» источники магнитного поля, существовали и другие гипотезы. Но сейчас мы понимаем, что никакого отношения ни к той буре, ни к другим источники в центре Земли не имеют. Все эти колебания, особенно резкие, — это реакция Земли на внешние удары, то есть на удары из космоса. Для наглядности: у вас есть щит, его ударили палицей, он ее отразил, но сам начинает трястись. В некотором смысле магнитное поле Земли является именно таким щитом. Многое, «прилетающее» к нам из космоса, отражается обратно в космос. А основные удары наносит нам Солнце. На нем бывают взрывы огромной силы, например, в миллион раз больше, чем энергия, которую все человечество употребляет за год, причем выделяется эта энергия за 10 секунд.
— Осознать трудно…
— Да. Но если вы представите земной взрыв, из центра которого разлетается выброшенная земля, вытесняются массы воздуха, то, по аналогии, можно представить, как после взрыва на Солнце в космос с огромными скоростями, более 1000 км в секунду, выбрасываются части солнечной атмосферы. В результате те облака газа, которые еще каких-нибудь три дня назад были частью Солнца, долетают до нас и сильно бьют по Земле. Облака эти имеют огромные скорости и огромные размеры, несколько миллионов километров. Но Земля все равно их отражает.
Что такое магнитная буря простыми словами
— А если бы такое облако не было отражено, что было бы?
— Мало хорошего, как минимум потому, что резко выросла бы радиационная нагрузка, возможно, до смертельных доз. К нам все-таки «прилетает» плазма с температурой под миллион градусов…
— Все было бы сожжено?
— Сожжено — вряд ли, так как облака имеют низкую плотность и их тепловое воздействие слабое. К тому же даже если бы не сработал магнитный щит, то плазму задержала бы атмосфера, да она и задерживает. Например, явление, известное как полярное сияние, связано как раз с тем, что часть плазмы все же просачивается сквозь поле и приходится работать атмосфере Земли. Магнитное поле Земли имеет воронки — каспы, они расположены у полюсов. Это области открытого магнитного поля, где «щит» не работает, и через эти воронки, как по тоннелю, прилетевшие к нам частицы пытаются просочиться сюда, к нам, где на их пути встает атмосфера. Врезаясь в атмосферу Земли, они заставляют светиться атомы кислорода и азота, и мы наблюдаем полярное сияние. Происходит эта «битва» на большой высоте, не менее ста километров. Но в итоге атмосфера пока всегда побеждает — непосредственно к нам не проникает ничего. И такая система солнечно-земных связей существует долгие века.
— А правда, что северное сияние можно наблюдать и в Москве?
— Когда частицы переполняют воронки на полюсе, они могут разбегаться на более низкие широты (как это было во время упомянутой магнитной бури 1859 года). В Москве я сам северного сияния не видел, но на чистом деревенском небе под Калугой наблюдал, и оно было видно хорошо. Говорят, что можно вечно смотреть на пламя костра и звездное небо. Я думаю, надо добавить к этому и полярное сияние. Это очень сильное впечатление.
— Раньше обо всем этом говорили меньше, чем сейчас.
— И да, и нет. Магнитные бури — это часть космической погоды, а людям во всем мире всегда был интересен космос. Те же американцы выделяют на это миллиарды долларов; телескоп Хаббл или Джеймс Уэбб не приносят им денег, но общество требует красивых снимков из космоса! Мы чувствуем также большой интерес к Солнцу и связанным с ним физическим явлениям — вспышкам, магнитным бурям, сияниям. Это процесс мирового масштаба. И он постоянно растет.
«Слабые сосуды»: как пережить магнитные бури без вреда для здоровья
— Изучают магнитные бури только физики?
— Конечно, нет. В этой тематике работают медики, биологи. Встречается и совсем необычный интерес, например со стороны людей, прогнозирующих землетрясения. По всем направлениям собрана большая и интересная статистика. Открою секрет, что я сам недавно увлекся влиянием магнитных бурь на здоровье человека, а также на климат. Очень интересно. По первому направлению помогают очень хорошие друзья, коллеги, из поликлиники № 1.
— Но если мы нечувствительны к магнитному полю, то как оно может на нас влиять?
— Как известно, постоянное магнитное поле не вызывает электрические токи, а переменное — вызывает. Если у вас есть проводящая рамка, замкнутый контур, и сквозь нее проходит переменный магнитный поток, по рамке начинает течь электрический ток. А теперь вспомним, что магнитная буря — это не постоянное, а именно переменное магнитное поле. В постоянном поле мы действительно живем спокойно. Но когда оно начинает меняться, то все токопроводящие контуры, погруженные в это поле (а в него погружено все на Земле), получают избыточные токи разной величины, которая зависит от размера контура. А теперь представьте, как наша страна опутана разного рода сетями, огромным количеством переплетенных контуров. Естественно, когда магнитное поле начинает колебаться в масштабах планеты…
— То и во всех этих контурах появляются токи. Но каковы же тогда нагрузки!
— Вот именно. Хотя с нагрузками в сетях пока успешно справляются. А вот если говорить про человека… В теле человека ведь есть контуры, хотя и значительно меньшего размера. Самый простой пример — центральная нервная система. Да, этот контур не сопоставим по размерам с гигантскими электросистемами, но для человека — очень важен! Тем более что человек сам по себе система очень чувствительная и может реагировать на тонкие воздействия, как химические, так, возможно, и электрохимические. Вторая система — система кровообращения. Это тоже замкнутый контур. В этой системе человека, как в любой жидкости, много ионов — заряженных частиц, которые тоже взаимодействуют между собой электрически. Поэтому и изучают эту историю в первую очередь кардиологи, ведь система кровообращения непосредственно влияет на сердце.
— Но некоторые ваши коллеги настаивают: у человека нет некого «рецептора», который принимал бы магнитное поле.
— Это в некоторой степени поверхностно. Да, мы не чувствуем прямо магнитного поля, но механизмы его воздействия на живые системы существуют. Это именно то, о чем мы сейчас говорили: формирование токов в погруженных в поле замкнутых контурах. Можно спорить о том, сильное это воздействие или слабое, способно оно повлиять на здоровье или нет. Но отрицать наличие такого механизма в целом невозможно. Важны и индивидуальные факторы — мы все разные, кто-то более чувствителен, кто-то менее.
— Можно пофантазировать? Вы говорите — «контур». Тогда берем кровеносную систему человека. Кровь — сложная субстанция, состоит из белых и красных кровяных телец, которые хаотично взаимодействуют, имея общее направление движения — «бегут по венам». Но если на них воздействовать магнитом, они, наверное, могут получить более упорядоченное движение…
— Да, хотя это и не значит, что они все пойдут в одном направлении, но, безусловно, обретут более четкую направленность. Ведь что такое ток? Он появляется, когда положительно заряженные частицы движутся в одном направлении, отрицательно заряженные — в другом, а это значит, что в системе появляется дополнительное электрическое поле или разница потенциалов, которые влияют и на среду, в данном случае на кровь.
— А тогда, включая логику, можно додуматься и до такого: узкие, тонкие сосуды, через которые кровь и так проходит плохо, наверное, во время магнитных бурь начинают работать еще хуже…
— Может быть, хотя, наверное, лучше спросить у врачей. О многом, кстати, говорит то, что в СанПиН нет ограничений по нахождению человека в стационарном магнитном поле, но зато есть ограничения на время нахождения в переменных магнитных полях. Иными словами, даже на уровне нормативных актов закреплено, что человеку в переменном магнитном поле длительно находиться опасно, хотя, конечно, в нормах говорится о более сильных промышленных полях. Но здесь опять же мы приходим к тому, что у каждого может быть свой индивидуальный порог.
— Итак, за все говорим спасибо взрывам на Солнце. А вы можете их предугадывать?
— По большей части современные методы прогноза являются эмпирическими. Как они работают. Скажем, вы знаете из жизненного опыта, что если на небе собрались тучи, то с большой вероятностью пойдет дождь. И можете таким образом предсказать его, ничего не понимая в физике атмосферы. Из примера видно, что можно что-то предсказывать, не понимая сути происходящего, теоретически. Так и мы, к сожалению, часто не можем строго математически описать солнечную вспышку или, например, рассчитать по формуле, какой будет солнечная активность через, скажем, пять лет. Но при этом мы накопили так много наблюдений, что это позволило нам установить кучу закономерностей и делать по ним довольно точные прогнозы. За Солнцем, кстати, наблюдают не со вчерашнего дня, а с 1749 года.
— С чего же это началось?
— С появления телескопа. Он позволил увидеть, что Солнце — не просто ровный шар, а на нем есть детали, например пятна. Их стали смотреть и зарисовывать. В итоге с 1749 года есть непрерывные ряды наблюдений (рисунки, журналы, записи). Эти данные и позволяют вывести ряд закономерностей. Кстати, наблюдениями Солнца часто увлекаются люди, не имеющие отношения к науке. Мало кто знает, что и сам солнечный цикл в свое время открыл не профессиональный астроном, а любитель — немецкий аптекарь по имени Генрих Швабе.
— А солнечный цикл это…
— В середине XIX века заметили, что пятна и активность Солнца имеют цикличность: Солнце не все время вспыхивает и взрывается. Периоды активности и спокойствия чередуются. Последний крупный максимум был в 2012–2014 годах, когда, например, публиковали календари майя, предсказывавшие конец света. Даже фильм тогда сняли, «2012» — как Солнце убивает Землю. Но потом Солнце затихло на 11 лет, это как раз период солнечного цикла. Сейчас мы подошли к очередному пику солнечной активности: он наступает в 2023–2025 годах, после чего активность опять пойдет на спад. Иными словами, нынешний пик произошел по графику, и это хорошо. Цикл — как пульс у человека, пока он есть, Солнце живо. К 2029 году Солнце станет другим, активность его станет очень слабенькой.
— В итоге на сколько дней вперед вы можете предугадывать ситуацию?
— На два-три дня вперед хорошо все описываем, на четыре-пять — как в полутумане, а на несколько недель вперед — почти как во тьме. Наши прогнозы открыты, они публикуются в свободном доступе на сайте ИКИ РАН. Самый длинный прогноз — 27 дней. В целом на такой срок мы примерно угадываем основные тренды, но предсказать конкретные вспышки так далеко не можем. И никто не может. Поэтому сейчас, когда вспышек много, то и «неблагоприятных дней» получается почти всегда больше, чем мы отмечаем. Но даже сейчас в максимуме цикла предсказывается порядка 75 процентов магнитных бурь.
ПРЯМАЯ РЕЧЬ
Андрей Жиляев, доктор медицинских наук, президент Академии медико-технических наук:
— Каждый человек живет под воздействием всевозможных полей, к колебаниям которых он, может показаться, нечувствителен. Однако именно их воздействие приводит к повальному «бегству леммингов», то есть к пятничным маршам людей из города и их воскресным возвращениям обратно: причина отъезда — это попытка избежать хотя бы на время влияния мегаполиса, влияния поля в том числе. Бесспорно, наш организм реагирует и на магнитные бури, причем вне зависимости от того, знаем мы о них или нет. Другое дело, что оценить, что именно воздействует на самочувствие человека в условиях города, трудно, поскольку трудно учесть всю совокупность воздействий, особенно в мегаполисе, где на нас помимо природных полей действуют и поля техногенные. Хочу также заметить, что физиотерапия, в частности магнитотерапия, основана именно на воздействии магнитных полей. То есть если бы этого не было, то и физиотерапии подобной не было бы создано. Сегодня это особенно актуально: кризис химической медицины вывел на авансцену именно физические методы оздоровления человека.