Сегодня в мире ведутся серьезные исследования, цель которых – воспроизвести солнечную модель производства энергии в реакторах

shutterstock.com

Смена «настроения» Солнца меняет космическую погоду в целом, и это касается нас, землян: знаменитые солнечные вспышки – резкие и мощные выбросы энергии – приводят к геомагнитным бурям, которые свою очередь сказываются на здоровье, как людском, так и аппаратуры, сетей связи и линий электропередач. Эти процессы сложны для изучения – отчасти потому, что слишком кратковременны для наблюдения, даже для самых больших в мире солнечных телескопов. Таких, к примеру, как расположенный на Канарских островах.

“Просто наблюдать за магнитным полем Солнца недостаточно. Для того, чтобы отследить не только саму вспышку, но и разные этапы ее возникновения, необходимо вести наблюдения несколько раз в час. А это возможно лишь при наличии очень мощного телескопа. Он даст нам качество изображения в 4-5 раз лучше, чем то, что мы имеем сейчас”, - рассказал в интервью Euronews астрофизик Французского национального исследовательского центра (CNRS) Бернар Гулли.

Но европейские астрофизики надеются лучше понять процессы, происходящие на светиле, благодаря новому сверхмощному телескопу. Строительство нового мегателескопа, который разместят на Канарских островах, проходит под эгидой Европейского союза. По замыслу, он должен пополнить глобальную сеть солнечных телескопов. Аппарат будет достаточно большим, чтобы улавливать малые структуры на Солнце.

“Проводя наблюдения сегодня, мы должны учитывать, что состояние атмосферного слоя очень влияет на качество картинки. Порой мы просто почти ничего не видим. Новый телескоп будет оснащен системой адаптивной оптики, которая не будет реагировать на помехи атмосферного слоя”, - добавляет координатор проекта “Европейский солнечный телескоп”, сотрудник Института астрофизики (Канары) Мануэл Колладос. Ученые знают, какие части светила более подвержены вспышкам, внезапному и мощному высвобождению энергии. Они могут сказать с точностью до двух-трех дней, когда эти вспышки произойдут. С новым телескопом прогнозирование станет намного точнее.

К тому же Европейский телескоп, как надеются астрофизики, позволит глубже проникнуть в процессы ядерного синтеза, происходящего на светиле. Любопытство ученых имеет чисто прикладную основу. По их мнению, если воспроизвести принципы солнечных реакций на земле, человечество будет навечно обеспечено энергией.

“Энергия на солнце вырабатывается по принципу ядерного синтеза. Мы сегодня не исключаем, что в этой реакции – секрет к обеспечению наших земных потребностей в энергии. Речь идет о неистощимом, экологически чистом источнике энергии”, - говорит испанский физик Хектор Наварро.

Сейчас этот проект находится на предварительной стадии развития. Но к 2020 году планируется его окончательное производство. Причин сомневаться в успехе проекта на сегодняшний момент нет.

Австралийские ученые хоть и не участвуют в этом проекте, но своей разработкой дают возможность наблюдать за небесными светилами всем желающим прямо у себя дома. Для этого нужен уже даже не телескоп, а обычный ноутбук. Они подают пример всем любителям астрономии, расшифровывая данные, которые получают от телескопа “Харлингтен” в течение 24-х часов в сутки.

“Как и в прежние времена, мы ведем наблюдения, улавливая изменения световых волн. Они засекаются объективами. которые в применении к телескопу называются зеркалами. Сегодня наша главная задача – наблюдение за планетами, и мы надеемся, что сможем обнаруживать новые небесные тела. Примерно по 20-30 в год”, - говорит австралийский астроном Эндрю Коул, работающий в этом проекте.

Общий вес "австралийского" телескопа – 4 тонны, его создание обошлось примерно в 4,5 миллиона евро, самая дорогая часть – линза или зеркало – стоила примерно треть от указанной суммы.

В проекте принимают участие ученые из университета Тасмании (Австралия), к работе и наблюдением привлекают студентов старших курсов, изучающих астрофизику. Но люди со всего мира могут в любой момент подключиться к этой работе. "На такого рода научную практику готовы приехать и те, кто учится в университетах США, и есть также просьбы от студентов из Германии и других стран Европы”, - поясняет Эндрю Коул. Программа студенческого участия в наблюдениях и расшифровке данных, полученных телескопом “Харлингтен”, в дальнейшем будет расширена.

Солнечные вспышки можно сравнить с единовременным взрывом тысячи водородных бомб. Длятся они всего несколько минут, но их энергия может достигать 10³² эрг. Такой величины не получить, даже если сжечь все разведанные человечеством запасы нефти и угля – всё равно выйдет в сто раз меньше. Во время вспышки раскалённый шар испускает потоки заряженных элементарных частиц и электромагнитное излучение всех диапазонов, от рентгеновского и гамма-излучения до метровых радиоволн. Всё это приносит немало неприятностей нашей беззащитной планете: нарушается радиосвязь и навигация, возникают помехи в работе спутников, меняется погода, а многие земляне чувствуют недомогание.

Вспышки на ближайшей к нам звезде находятся под пристальным вниманием астрономов. Оптические телескопы на разных континентах отслеживают тонкие измерения магнитных полей на фотосфере, видимой поверхности светила. Спутники наблюдают в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах солнечную корону, верхнюю часть звёздной атмосферы, горячую и разреженную. Зафиксировав очередной взрыв на Солнце, учёные могут спрогнозировать магнитную бурю на родной планете, однако с предсказанием самих вспышек дела обстоят сложнее. Один из методов – отслеживать поляризацию солнечного радиоизлучения, то есть изменения вектора электрического (а соответственно – и магнитного) поля радиоволн.

– В активных областях на Солнце в преддверии вспышек начинает меняться поляризация радиоизлучения. Прямой стопроцентной зависимости тут нет, но сейчас эта идея начинает использоваться во всём мире. Наблюдая поляризованное излучение активных областей, мы видим, как живут магнитные поля в нижней короне над пятнами. Например, если спектр поляризации в коротковолновой части сантиметрового диапазона резко возрос – значит, восходит новый магнитный поток и могут возникнуть условия для генерации мощной вспышки, – рассказывает Владимир Богод, сотрудник САО РАН.

Сейчас уже считается доказанным, что в преддверии вспышек начинает меняться структура магнитного поля в активной области в широком интервале высот – от фотосферы до нижней короны. Это происходит по разным причинам. На изменение конфигурации магнитных полей могут влиять как собственные движения пятен, так называемой замагниченной плазмы, так и всплытие из-под фотосферы новых магнитных потоков. Обычно это магнитные поля с напряжённостью 2000–3000 гаусс. В результате трёхмерная магнитная структура активной области усложняется. В ней появляются перекрестия силовых линий разного направления, так называемые особые точки. Там происходит преобразование магнитной энергии в другие виды тепловой и нетепловой энергии, вплоть до выбросов энергичных частиц электронов и протонов. Все эти процессы проявляются в поляризованном радиоизлучении в широком диапазоне частот и во время вспышки, и до, и после неё.

 Пример многоволновых наблюдений Солнца за первые дни марта. Несмотря на то, что в оптике сейчас Солнце спокойно, в радиодиапазоне активность присутствует и меняется изо дня в день, что указывает на активные процессы в нижней короне

Некоторые типы вспышек можно предсказать достаточно точно, другие – нет. В прошлый одиннадцатилетний цикл солнечной активности российские астрофизики уверенно предрекали около 85% вспышек. В нынешнем цикле излучение в его максимуме слабее и разнообразнее по проявлениям. В частности, недавно обнаружено, что и в слабых вспышках могут генерироваться протонные события, значительно влияющие на атмосферу Земли. Поэтому нужно создавать новые методики прогноза, которые адаптивно бы подстраивались под цикл активности.

Спектр поляризованного радиоизлучения необходимо регистрировать на всех частотах одновременно, так как процесс постоянно меняется и при последовательной регистрации частот единая картина попросту не сложится. Именно широта частотного спектра – одно из главных преимуществ радиотелескопа РАТАН-600 в Карачаево-Черкесии, где специально создан поляризационный спектрограф, мгновенно перекрывающий диапазон излучения от 750 мегагерц до 18 гигагерц.

Похожие исследования ведут не только в кавказской обсерватории. Есть проекты Frequency Agile Solar Radiotelescope в США и Chinese Spectral Radioheliograph в Китае. В Сибири пытаются провести модернизацию крупного радиогелиографа, хотя Владимир Богод считает РАТАН более перспективным по сочетанию параметров чувствительности, точности поляризации, перекрытия по частотному диапазону и детальности спектральных характеристик.

Один из лучших инструментов изготовили японцы в Обсерватории Нобеяма. Он обладает высоким пространственным разрешением (10 угловых секунд) на частоте 17 и 34 ГГц. Хозяева полностью оплачивают командировки иностранных учёных со всего мира, в том числе из России. Однако у этого телескопа нет спектра настолько широкого, как у кавказского, что осложняет изучение магнитной структуры активных солнечных областей.

РАТАН обладает многими бесспорными преимуществами, однако астрофизики жалуются на его ветхость. Идейно он не устарел, но техника требует обновления. Многие операции приходится выполнять вручную. По словам Владимира Богода, современное оборудование позволит в несколько раз поднять точность инструмента и по диапазону, и по возможностям слежения, а также в десятки раз сократить потребление электроэнергии благодаря замене старых энергозатратных приводов на экономичные. Также может быть повышен частотный диапазон телескопа. Предельную длину волны можно довести с 8 до 3 миллиметров. Инструменты с площадью несколько сот квадратных метров, способные вести наблюдения на таких частотах, в мире можно пересчитать по пальцам одной руки.

По мнению сотрудников обсерватории, модернизация телескопа может идти небольшими этапами в несколько десятков миллионов рублей. Первый значительный шаг составит 80–100 миллионов рублей, благодаря чему будет реализовано высокоточное слежение, необходимое для изучения как ближнего, так и дальнего космоса. Полная автоматизация будет стоить около полумиллиарда.

Источник: Strf.ru

Источник: novosti-kosmonavtiki.ru.