Чтение онлайн

И вот в 1973–1975 годах произошло важное событие: свидетельства влияния космических процессов на движение воздуха вблизи поверхности Земли, пожалуй, впервые в истории выдержали пристрастную проверку специалистов-метеорологов, державшихся другой точки зрения. Эта дискуссия, в которой участвовали известные ученые-космофизики Роберте, Вилкокс, Хайнс и их сотрудники, в отличие от предыдущих велась без ссылок на неизученность и сложность атмосферы, была конкретной и доказательной. Такой характер обсуждения стал возможен только потому, что запуски космических аппаратов позволили получить детальные данные о космосе. Люди стали представлять себе ход процессов в нем и научились прогнозировать некоторые из них. Эти события заслуживают подробного рассказа.

Значительная их часть стала мне известна благодаря Сергею Михайловичу Мансурову. В 1973 году он был приглашен американскими коллегами участвовать в работе национального симпозиума по гелиогеофизике. Материалы этого симпозиума, с которыми познакомил меня, вернувшись, Мансуров, были очень интересны: кажется, это был первый случай, когда совещание по атмосфере проводилось с широким участием специалистов по космосу. На эти материалы я ссылалась, доказывая у себя в институте, что космофизикам пришло время заняться изучением атмосферы. Начальство пошло мне навстречу. Так кончилась пора моего знакомства с солнечно-атмосферными связями и началась работа по их выявлению.

Гелиогеофизиков часто называли дилетантами, и это звучало как упрек. Однако история знает немало случаев, когда дилетанты, заинтересовавшись каким-либо процессом, выпавшим из поля зрения ученых-профессионалов, делали неожиданные открытия. Например, 11-летний цикл в изменениях солнечной активности был открыт в середине прошлого века астрономом-любителем, аптекарем по профессии, Швабе, который лично в течение 22 лет наблюдал в подзорную трубу с крыши своего дома за числом солнечных пятен на диске Солнца. Профессионалы, его современники, систематически таких наблюдений не вели.

А история открытия ионосферы! Решающий шаг в освоении диапазона коротких волн, в установлении дальней радиосвязи был сделан, как мы помним, радиолюбителями.

В 1973 году Роберте высказывался о себе как о дилетанте в метеорологии. Действительно, основное направление его исследований — космофизика. В одной из своих метеорологических работ он совместно с Олсоном попытался выявить реакцию атмосферы на отдельные возмущения магнитного поля Земли на материале гигантских атмосферных вихрей — циклонов. Циклоны часто образуются над бухтой Аляска в северной части Тихого океана. Робертс и Олсон проследили их развитие по синоптическим картам. Они отдельно рассмотрели циклоны, появлению которых предшествовало 10 магнитоспокойных дней, а в другую группу объединили циклоны, появившиеся после резкого магнитного возмущения. Циклоны второй группы оказались более мощными, особенно в начальный период своего развития (это различие наиболее заметно на высоте 9 километров). Поскольку возмущения магнитного поля Земли вызываются электрическими токами, текущими на высотах более 100 километров, уровень геомагнитной активности характеризует возмущенность ближнего к Земле космоса. Вывод, который сделали Роберте и Олсон, был в духе гелиогеофизики: за периодом возмущенности космоса следовало появление мощных циклонов у поверхности Земли.

Это был удивительный результат, особенно если учесть, что возмущения в космосе — это возмущения крайне разреженной среды: ведь плотность воздуха на высоте 100 километров более чем в миллион раз меньше его плотности на высоте 9 километров. Намного меньше разница в плотности между желе, лежащим на блюде, и самим блюдом. Но попробуйте, раскачивая ложкой верхний слой желе, сдвинуть с места тяжелое блюдо! Желе будет колыхаться, блюдо стоять. Наоборот, если тронуть само блюдо, желе сразу же ответит сильными колебаниями. Этот пример поясняет, почему известный специалист по атмосфере и физике космоса канадец Хайнс, проведя со своими сотрудниками тщательный анализ и согласившись с результатами Робертса и Олсона, дал им противоположное истолкование — с позиций традиционной метеорологии. По мнению Хайнса, естественнее было бы считать, что перемещения воздуха в плотной атмосфере у поверхности Земли вызывают быстрые движения вышележащей разреженной атмосферы. На высоте 100 километров и выше, как известно, — ионосфера: воздух электропроводен, поскольку он содержит в виде небольшой примеси заряженные частицы. Как мы знаем, движение такого проводника в магнитном поле Земли вызывает электрический ток в нем и соответственно магнитные возмущения: работает ионосферное динамо. Процессы в нижней атмосфере, продолжая развиваться, могут привести к зарождению циклона. Поскольку этот циклон возникнет уже после начала магнитного возмущения, он может быть ошибочно принят за следствие появления тока в верхних слоях атмосферы; другими словами, за результат космического воздействия. На самом деле обстановка в ближнем к Земле космосе будет определяться приземными процессами. Это рассуждение очень красиво и убедительно. Таков вообще стиль работ Хайнса. Его исследования по распространению атмосферных волн и уже упоминавшаяся нами совместная с Аксфордом работа по конвекции плазмы в магнитосфере считаются классическими.

В дискуссию вступил космофизик Вилкокс. Он предложил сопоставить развитие циклонов с данными о магнитном поле в обдувающем Землю солнечном ветре — межпланетном магнитном поле. Южная составляющая этого поля управляет важнейшими процессами в магнитосфере. Но южная составляющая — это еще не все магнитное поле. Оно интересно и в целом. Несмотря на возмущения, магнитное поле в солнечном ветре имеет довольно упорядоченную структуру. Если представить себе, что лист бумаги изображает плоскость солнечного экватора (Земля и другие планеты движутся примерно в этой самой плоскости), затем поставить на листе точку — Солнце и нанести границы раздела между областями, где магнитные силовые линии межпланетного поля идут от Солнца, и областями, где они тянутся к Солнцу, то получится своеобразная геометрическая фигура с плавно загнутыми лучами, которые выходят из одной точки (Солнца) и делят межпланетное пространство на четыре сектора. Впрочем, бывает иногда и другое число секторов. Анализируя данные измерений с борта спутника, ученые сделали вывод, что по мере удаления наблюдателя (космического аппарата) от плоскости солнечного экватора эта расчлененность сходит на нет и остаются спиральные силовые линии только одного направления: по одну сторону от плоскости экватора они все тянутся от Солнца, по другую — к Солнцу.

Схема секторной структуры межпланетного магнитного поля в экваториальной плоскости напоминает мне древний символ Солнца, бытовавший у многих народов мира. Его видят археологи на найденных в Зауралье предметах, его чертили вместо подписи в налоговых документах аборигены Сибири, и чем древнее документ, тем отчетливее, "сознательнее" нарисован этот знак. Он встречается также на вышитых архангельских полотенцах, смотрит на нас с фасада старой русской избы.

Славяне во время языческих праздников, посвященных солнцу, зажигали деревянное колесо и пускали его катиться вниз по склону. Что должны были означать изогнувшиеся по спирали языки пламени?

Как нам известно, солнечный ветер — это расширяющаяся в пространство корона (самая внешняя часть атмосферы) Солнца. Близкую к видимой поверхности Солнца часть короны можно наблюдать во время полного затмения: вокруг солнечного диска, закрытого Луной, образуется светящийся ореол. При этом местами проглядывает и структура магнитного поля в этой части короны. Происходит так вот почему. Солнечное вещество представляет собой плазму, газ, обладающий электропроводностью. Как и всякий газ, плазма стремится уйти из области повышенного давления. Как и всякому проводнику, ей труднее двигаться поперек магнитных силовых линий, чем вдоль них, причем тем труднее, чем больше величина магнитного поля. В видимой части короны магнитное поле достаточно сильно, чтобы плазма "предпочитала" растекаться вдоль силовых линий (заметим, что на больших расстояниях от Солнца это не так, и там, наоборот, движущееся вещество тянет за собой вмороженные в него силовые линии). Поскольку физические характеристики плазмы неодинаковы в различных точках поверхности Солнца, вдоль силовых линий вытянутся неодинаково светящиеся волокна. Магнитное поле короны станет как бы видимым.

Однако, глядя с Земли на Солнце, мы не увидим спиральных волокон: наша планета расположена в плоскости этих спиралей. Ученые считают, что спиральная структура магнитного поля возникает в плоскости, перпендикулярной оси вращения Солнца, именно благодаря его вращению. Возникает вопрос: всегда ли наружные слои Солнца вращались вокруг теперешней оси? Если предположить, что нет (хотя какими-либо указаниями на это наука не располагает), то люди могли во время затмения увидеть изогнутые волокна, исходящие из Солнца. Эта картина — затемненный диск Солнца и светящиеся искривленные лучи — показалась бы солнцепоклонникам сокровенным ликом божества. Такое должно было запомниться.

Вернемся, однако, к дискуссии о влиянии космических факторов на развитие земных циклонов. Предложение Вилкокса проследить за циклонами, возникшими после того, как Земля перейдет из одного сектора межпланетного магнитного поля в другой, основано на наблюдаемом факте увеличения геомагнитной активности в момент перехода через секторную границу. Ясно, что такое усиление магнитной возмущенности на Земле вызвано чисто космическими факторами и не зависит от процессов в приземных слоях атмосферы. Дискуссия подошла к решающей точке: если на циклонах сказывается переход через секторную границу, значит, космические факторы влияют на состояние приземных слоев атмосферы, если нет — результаты Робертса и Олсона ничего не доказывают.

По методике этих исследователей были проанализированы циклоны Северного полушария Земли. Оказалось, что циклоны "чувствуют" переход через секторную границу. Хайнс снял свое возражение и согласился, что в данном случае космические факторы действительно влияют на процессы в нижней плотной атмосфере.

Почему на этот раз дискуссия не потонула в ссылках на сложность и неизученность вопроса? Прежде всего потому, что у людей появилось связное представление о космосе. При доказательстве можно было опереться на знание общей картины магнитного поля в солнечном ветре, на известное и потому прогнозируемое увеличение магнитной возмущенности при подходе Земли к границе между секторами. Все это получено благодаря систематическим исследованиям, проведенным непосредственно в космосе и на Земле. Сочетание наземных и космических средств наблюдения — чрезвычайно мощный инструмент исследования.