[Проект «Атоми», присвячений талановитим українським науковцям, які творять не лише в Україні, але і за кордоном. Ми розповімо про їхні життєві шляхи, масштабні відкриття, а також проекти та дослідження, які змінюють світ.
Спецпроект створений за підтримки компанії SoftServe]
***
13 березня 1989 року Землі дістався викид сонячної плазми, що спровокував потужну магнітну бурю. Північне сяйво спостерігали у Флориді та Сімферополі, дехто навіть думав, що почалася Третя світова. Буря лише за 18 секунд встигла вивести з ладу трансформатор на атомній електростанції в Квебеці. Почалося каскадне відімкнення електроенергії, і лише завдяки тому, що витримало кілька запобіжників на одній із підстанцій, у темряву не занурилося усе Східне узбережжя США. Електропостачання відновлювали дев’ять годин. Ця аварія дала серйозний поштовх дослідженням космічної погоди.
В Україні її вивчає, зокрема, наукова група Олексія Парновського, старшого наукового співробітника київського Інституту космічних досліджень. Науковець розказав The Ukrainians про те, як космос впливає на наше життя, чи може магнітна буря призвести до «кінця світу», а також анонсував запуск у 2018 році першого українського суто наукового супутника.
Школа Ландау
Олексій — випускник Київського природничо-наукового ліцею №145 (який, що цікаво, також закінчували фізик-теоретик Сергій Шарапов та математик Марина В’язовська). Батько Олексія, доктор наук, фахівець з релятивістської фізики, дав сину чудову наукову підготовку. Представник наукової школи Ландау, Сергій Парновський прищепив синові таке ставлення до фізики, в якому головне розуміння, а не деталі.
У 2004 році Олексій закінчив Фізтех КПІ, та задача із фізики космічної плазми, з якої починав наукову кар’єру, себе вичерпала. Він почав шукати щось прикладне, адже із фінансуванням фундаментальних досліджень було складно.
— Космічна погода — дуже практичний напрямок фізики космосу, — розповідає науковець. — Неформальне визначення — це дослідження космічних чинників, які впливають на діяльність людей. Раніше їх пов’язували суто із космічними польотами, починаючи із програми «Аполлон». Та після магнітної бурі 1989 року, коли в Квебеці дала збій енергосистема, цим стали займатися на широку ногу, вкладати великі гроші, і на Заході це комерціалізована сфера. У нас, на жаль, превалює ставлення до неї як до академічної дисципліни.
Корональні викиди маси
Чому ж магнітні бурі виводять техніку із ладу? Корональні викиди маси — потужні плазмові спалахи на Сонці. Вони можуть досягти Землі, і за деяких умов змінюють магнітне поле на поверхні планети, через взаємодію з власним магнітним полем.
— Магнітне поле змінюється, від цього виникає електричний струм. Поверхневі струми наводяться у протяжних провідних об’єктах на кшталт ліній електромереж. І виводять їх із ладу. Це називають геомагнітним індукційним струмом. Напруга може сягати десятків тисяч вольтів на кілометр.
Важливо прогнозувати космічну погоду, аби знати де трапиться основний удар, і мати змогу зменшити його вплив
Інженери навчилися захищати техніку від цих струмів. Додаткові лінії захисту, додаткова індуктивність, що уповільнює зміни електричного струму. Також важливо прогнозувати космічну погоду, аби знати, де трапиться основний удар, і мати змогу зменшити його вплив.
— Я розробляв моделі для прогнозування змін магнітного поля на поверхні, базуючись на супутникових даних. Фізика процесу дуже складна, поки що не існує адекватної математичної моделі. Тому я статистичними методами обробляв супутникові дані і намагався перейти від глобального прогнозування погоди до регіонального. Регіонально — це Україна, Східна Європа.
Найпотужніший із відомих магнітних буревіїв відбувся в 1859 році, коли із ладу вийшла значна частина телеграфної системи Канади та Швеції. Тоді людству це обійшлося, адже електроніки та супутникового зв’язку ще не було. Зараз така буря могла би призвести до світової катастрофи.
Про «кінець світу»
— Окремий напрямок досліджень — а що найгіршого може статися? Ми маємо дані із двох типів джерел. Перше — наше Сонце. Що буде, якщо буря 1859 року повториться? Моделювання показує, що наслідки будуть несприятливими для людства, але не фатальними. Сучасна електроніка це переживе. Будуть масові відімкнення електроенергії, можливо, на відновлення піде кілька років — багато трансформаторів вийде з ладу, а їх не так швидко виробляють. Певна кількість промислових об’єктів буде знищена, та в цілому людство з цим впорається.
В середині 2000-х космічний апарат STEREO зафіксував корональний викид маси, що летів зі швидкістю, вдвічі більшою, ніж той, що призвів до бурі 1859 року.
— От якби він влучив у Землю, наслідки були б значно більшими, — Олексій вміє «заспокоїти». — Інше джерело інформації — спостереження за зорями. Людство існує невелику кількість часу, у космічних масштабах. Малий час спостережень ми можемо компенсувати великою кількістю зірок. Телескоп «Кеплер» шукає планети поза Сонячною системою. Із зірок, за якими він спостерігає, науковці вибрали дуже схожі на наше Сонце. І дивилися, які бувають на них плями, — наявність плям пов’язана із потужністю викидів.
Із 100 тисяч спостережуваних зірок 10% можуть викликати магнітні бурі, принаймні вдесятеро сильніші, ніж буря 1859 року. Трохи менше ніж відсоток зірок дає бурі, в 100 разів сильніші. У деяких зірок плями займали майже третину поверхні. Це катастрофічне явище. Якби Сонце втнуло щось подібне, шансів у людства було б небагато. Радіація убила б усе живе.
Не лякайтеся, Сонце – спокійна зірка, і вірогідність такої катастрофи надзвичайно низька. Проте любителі «жовтих сенсацій» у 2012 році спекулювали на цій темі, описуючи один із сценаріїв «кінця світу» саме через катастрофічну магнітну бурю.
Пітер Брейгель-старший та Малий льодовиковий період
Та, можливо, Сонце провокувало масові вимирання тварин в інші епохи?
— Палеогеліофізика вивчає сонячну активність у минулому. За річними кільцями дерев, а також через буріння льоду в Антарктиці. За ізотопним складом льоду можна робити висновки. Ми точно знаємо, що такого не було. Та от за часів вікінгів була подія, вп’ятеро сильніша, ніж 1859 року. Це збіглося із «малим кліматичним оптимумом», коли клімат був теплим. Що вища сонячна активність, то тепліше.
Не тільки за льодом науковці дізнаються про сонячну активність. Деякі дані можуть дати навіть картини великих художників!
— Пітер Брейгель-старший жив під час Маундерівського мінімуму — часу низької сонячної активності. Із його картин ми знаємо, що було дуже холодно, і Сонце зображено дуже великим. Звичайно, це не фотографії, але непогане документальне свідчення.
Маундерівський мінімум збігся із Малим льодовиковим періодом XIII-XVI століть. Часом дуже холодних зим у Північній півкулі, коли по Темзі каталися на ковзанах. На картині «Мисливці на снігу» люди гуляють по заледенілому ставку в Нідерландах — нині така погода в країні рідкість. Сонячна активність впливає на клімат, тільки він настільки складна система, що одним Сонцем потепління чи похолодання не пояснити.
Північне сяйво в Харкові
Північне сяйво — найпрекрасніший приклад космічної погоди. Олексій спробував розповісти про фізику північного сяйва більш-менш науково строго та без математики.
— Корональні викиди маси мають власне магнітне поле. Магнітне поле має направленість, яка встановлюється за силовими лініями. Якщо воно направлене на північ і додається до магнітного поля Землі, спрямованого на південь, в якійсь точці напруженість поля буде дорівнювати нулю. Відбувається так зване магнітне перез’єднання, в результаті чого силова лінія з Землі і з космосу об’єднуються, лінія ніби перекидається крізь магнітосферу. Відбувається перенос плазмової маси з денної сторони Землі на нічну. Частинки опиняються в середовищі, де погано утримуються через зміну магнітної конфігурації, і починають падати. Стикаючись із атомами в атмосфері, вони гальмуються і випромінюють електромагнітні хвилі. От так виникає північне сяйво.
Північне сяйво — найпрекрасніший приклад космічної погоди
Під час потужних бур північне сяйво може бути не таким вже і північним.
— У 1859 році його спостерігали в Пуерто-Рико. 2003-го було яскраве сяйво в Харкові, мені колеги пересилали фотографію.
Болить голова?
Після розпаду Радянського Союзу стало можливим авіасполучення через Північний полюс. От тільки на цих широтах бурі можуть переривати радіозв’язок, що небезпечно. Пасажири ж можуть отримати за переліт річну дозу радіації. Міжнародна організація цивільної авіації та Євроконтроль вкладають чималі гроші у розробку методів точного прогнозування космічної погоди. Це ж важливо і для космічних апаратів.
А от як космічна погода вплине саме на вас, якщо ви не плануєте перельоту в США чи не працюєте на космічній станції? Доволі часто люди пов’язують погане самопочуття із магнітними бурями. Та чи правильно це?
— Це дискусійне питання. Більшість фахівців схиляються до того, що якийсь вплив є. Існує дві основні точки зору. Перша — у людини є орган чи система, яка реагує на зміну магнітного поля. Скільки не досліджували, такого органу поки що не знайшли. Друга ідея мені видається правдоподібнішою. Що за рахунок магнітних бур в атмосфері генерується інфразвук, який впливає на людей. Схоже, як іде атмосферний фронт і від нього поширюються хвилі. Вплив, найімовірніше, опосередкований. Але це не остаточно встановлений факт.
Космічні метеорологи
Якщо прогнозували сонячний день, а ви намокли від дощу — нарікають на метеорологів. За неточні прогнози космічної погоди можна сварити «космічних метеорологів» із Міжнародної служби космічного простору із штаб-квартирою в Боулдері, штат Колорадо. Вона має установи у провідних країнах. В Україні, на жаль, ні.
— Я останніми роками лобіював створення такого центру в нас. Минулого року це майже вдалося, та, на жаль, все ж не реалізували, хоча у нас є 90% необхідної інфраструктури. Та я не покладаю рук. Він буде корисним і пересічним громадянам, і промисловості, і аварійним службам. Зменшення зносу трансформаторів, магістральних трубопроводів, підвищення якості мобільного зв’язку і безпеки авіаперельотів. Якщо ви «метеозалежні» і знаєте про наближення бурі, скоригуйте свою денну діяльність. Або ж ідете в туристичний похід — будьте обережні із GPS, бурі знижують його точність.
Стиль роботи в США і Європі дуже різний. У нас ситуація схожа на європейську, тільки все доведено до фарсу — сильно забюрократизовано, заформалізовано. В Америці повна меритократія
Олексій працював у кількох таких центрах, зокрема у Боулдері. Що являють собою ці центри? Мережа датчиків і саме серце — операційний зал. Там цілодобово сидять чергові, зазвичай дві людини на зміну — раз у 12 годин змінюють одне одного. Вони постійно слідкують за параметрами сонячної активності. Мають дві функції: якщо щось відбувається, телефонують оперативним черговим відповідних служб та на основі цих даних створюють прогнози. Переважно це роблять вручну, майже як 50 років тому. Автоматизувати процедуру важко через велику кількість параметрів. Тому покладаються на досвід та інтуїцію чергових.
Прагматичний підхід
— Мої поїздки по Європі, Америці дали переконання, що в науці наші вчені не сильно поступаються західним. Ми програємо в організації процесу. Наш науковець змушений займатися купою роботи, якою займатися не повинен. Це підготовка усяких папірців, фінансова звітність. Для цього є адміністратори, це їхня робота.
— Стиль роботи в США і Європі дуже різний. У нас ситуація схожа на європейську, тільки все доведено до фарсу — сильно забюрократизовано, заформалізовано. В Америці повна меритократія. Всі формальності зведені до мінімуму. Більшість питань вирішують в робочому порядку, навіть в Європі це важко уявити. Якщо ти можеш босу за 5 хвилин пояснити, навіщо тобі те і те, він без усіляких папірців це тобі забезпечить. З іншого боку, якщо ти не підтримуєш потрібного рівня, тебе просто викинуть на вулицю, і ніхто не буде плакати. Прагматичний підхід.
Український науковий супутник
Наразі основна робота Олексія — побудова першого українського суто наукового супутника. Він анонсує запуск на 2018 рік.
— Ми готуємо космічну місію, український супутник «Мікросат». Його розробляє КБ «Південне» на замовлення Державного космічного агентства. Наша група відповідає за експеримент «Іоносат-Мікро». Це перший в історії України супутник, для якого наука — основне завдання. Ідея — досліджувати верхню термосферу, іоносферу. Раніше люди переймалися, аби найкраще вихопити окремі події, які їх цікавили. У нас інший підхід. Ми займемося моніторингом. Тобто будемо спостерігати за всім. Такого систематичного вимірювання ніхто не здійснював, ми будемо першими.
Коренями проект іде до початку 90-х, до так званого проекту «Попередження». Тоді намагалися передбачати землетруси, шукаючи аномалії в іоносфері. Ще один попередник — експеримент «Варіант» на борту апарату «Січ-1М». Запуск у 2004 році був невдалим, супутник вийшов на неправильну орбіту. Та обладнання увімкнулося, науковці отримали цікаві дані. Це надихнуло команду «Мікросату».
Значна проблема напряму — кадри.
— Люди віком 30-35 років виконують основну роботу в науці. Частина їде, та більшість залишається. Якийсь приток є, та він, на жаль, не покриває наших потреб. І, найгірше, він обмежений не тим, що не хочуть іти. А тим, що нема людей з потрібним рівнем підготовки. Продукт, який готують університети, настільки низької якості, що доводиться їх майже усьому вчити на робочому місці, та й не всі здатні це засвоїти.
Ми готуємо космічну місію, український супутник «Мікросат». Це перший в історії України супутник, для якого наука — основне завдання. Ідея — досліджувати верхню термосферу, іоносферу
Гроші дає Державне космічне агентство. Тільки от Олексій не зміг назвати навіть приблизного кошторису проекту, настільки багато у нього аспектів – ракета, службові системи, наукова апаратура, що все це годі порахувати. Сам супутник роблять конструктори в КБ «Південне». Два прилади виготовляють в Польщі та Болгарії.
Правильна космічна політика
— Ситуація із космічною галуззю неоднозначна. У нас є невідповідність можливостей і амбіцій, що проголошують. Іноді читаєш деякі проекти, і єдина реакція — «не по Савці свитка». Сили розпорошуються на велику кількість незрозумілих робіт, замість сконцентруватися на основних пріоритетах.
Неоднозначність ситуації в галузі добре ілюструє те, що у конструкторського бюро «Південне», на думку науковця, справи йдуть добре. А от у «Південмашу», на тій же території, все значно гірше.
Треба розуміти, що не можна ставитися до освіти, як «6 років пробув — і на виході класний спеціаліст». Треба займатися самоосвітою
— Грошей нема, зарадити тому вони не можуть, безсильно стоять із простягнутою рукою. Є інші промислові підприємства в проміжних ситуаціях між цими крайнощами. Є космічне агентство, яке мало б формувати космічну політику, але воно цього не робить. Фактично цю роботу за них виконує наш інститут, і вони не дуже до нас прислухаються.
На думку науковця, правильна державна космічна політика полягає в тіснішій співпраці із західними партнерами.
— Співпраця не у вигляді «ви нам даєте гроші, ми вам даємо звіт», бо це банальна торгівля технологіями, а за принципом «ми встановимо прилад на ваш апарат, можете свій встановити на наш». Космічне агентство має працювати над тим, аби зняти бар’єри, насамперед юридичні. На жаль, ним керують випадкові люди, які не розуміють цих проблем.
Знання будь-якою ціною
— Студентам, які закінчать виші найближчим часом, я раджу їхати за кордон. Бо при усьому своєму патріотизмі мушу сказати, що особливих перспектив зараз немає — буде важка невдячна робота. Ми поступово це змінюємо, співпрацюємо із владою. Нещодавно прийняли новий закон про науку, зараз питання його імплементації — коли це зроблять, ситуація буде кращою. Та це не рік і не два.
Щодо тих, хто зараз лише вступатиме… Важко сказати, що буде за 5-6 років. Шанс на зміни є. Я раджу Фізтех КПІ. Академія наук створює Київський академічний університет. Ті речі, які я про нього знаю, — дуже непогані. Вони намагаються систему Каліфорнійського технічного університету у нас запровадити.
У світі, що змінюється дуже швидко, потрібно постійно навчатися, аби бути конкурентоздатним. Цю тезу поділяє і Олексій.
— Основне — треба розуміти, що не можна ставитися до освіти, як «6 років пробув — і на виході класний спеціаліст». Треба займатися самоосвітою. У нас є чудовий проект Prometheus із онлайн-курсами. Треба будь-якою ціною і всіма можливостями отримувати ті знання і компетенції, які, на вашу думку, знадобляться вам у житті.
