Солнечная задача
Солнце всегда было и остается основным источником света и тепла для людей, животного и растительного мира. Находясь в зависимости от небесного светила и постоянно визуально наблюдая за движением Солнца, человек обожествлял его и поклонялся ему.
С глубокой древности люди старались как можно больше узнать о Солнце, понять его природу, разгадать тайны, которые оно хранит.
Визуально-оптические методы изучения окружающего мира возникли на основе наблюдения постоянных и ярких источников света - небесных светил, прежде всего Солнца. Наше светило своими циклическими изменениями оказывает глобальное влияние на различные аспекты жизни человека, его социальную среду, на биосферу, животный мир.
Именно оптика и оптические методы играют особую роль в наблюдении и изучении Солнца.
Изучение оптических свойств и явлений, таких как скорость распространения света, люминесценция, спектроскопия, дискретность излучения и распространения света и др., привело к созданию фундаментальных основ современной физики - теории относительности, теории строения атомов и молекул, квантовой механики.
Перенос солнечной энергии на Землю осуществляется несколькими путями. Основной компонент солнечного воздействия - это электромагнитные волны, или поток световых квантов-фотонов. Температура солнечной поверхности составляет примерно 6000 градусов, а в центре светила она достигает нескольких миллионов градусов. Каждую секунду солнце излучает энергию, равную превращению 600млн тонн водорода в гелий. Примерно за 5 млрд лет существования оно потеряло за счет излучения лишь долю процента своей массы. Около 10% солнечной энергии достигает земной поверхности в виде ультрафиолетового излучения, более 50% приходится на видимый диапазон и менее 40% - на инфракрасное излучение. Современная земная атмосфера играет роль фильтра для излучения космоса. Она прозрачна для видимого, ближних ультрафиолетового и инфракрасного излучений и радиоволн сравнительно узкого диапазона. Остальные виды излучений отражаются или поглощаются атмосферой, вызывая нагрев и ионизацию ее верхних слоев. Часть излучения возвращается в межпланетное пространство. Излучение Солнца в видимом диапазоне атмосфера поглощает слабо, но сильно рассеивает даже при отсутствии тумана или облаков. До поверхности планеты доходит около половины света, падающего на верхнюю границу атмосферы.
При взрывах на Солнце на его поверхности возникают пятна, которые являются источником дополнительной энергии, переносимой к Земле потоками заряженных частиц. Приближаясь к Земле, они оказываются захваченными магнитным полем и "сортируются" по зарядам и массам, образуя электрический контур с радиусом до 25000км. Магнитное поле этого контура ионизирует атмосферу, ее проводимость резко возрастает, возникают сильные токи, обнаруживаемые в виде магнитных возмущений (бурь). Количество сильных магнитных бурь в течение года невелико: единицы в годы "спокойного" Солнца и десятки в годы активности. Умеренные магнитные бури случаются часто и охватывают земной шар обычно в дни весеннего и осеннего равноденствия.
Земля непрерывно бомбардируется потоком частиц, называемым солнечным ветром. Столкновение солнечного ветра с магнитным полем Земли возбуждает электрические поля и токи. Хвост магнитосферы Земли вытягивается в межпланетное пространство на длину в тысячу радиусов Земли. В нем заключена огромная энергия, часть которой приходится на область, находящуюся вблизи Земли. С ней связано образование полярных сияний.
Мы знаем, что большие солнечные вспышки рождают потоки высокоэнергетических частиц, опасных для космонавтов и космических аппаратов. Выбросы корональной массы вызывают ударные волны, которые также ускоряют энергичные частицы и, кроме того, переносят плазму и магнитное поле, взаимодействующее с Землей. Возникающие при этом возмущения земного магнитного поля могут вызвать нарушения в работе линий электропередачи на Земле, в функционировании космических аппаратов, представлять опасность для здоровья космонавтов и пассажиров авиалайнеров, пересекающих полярные области Земли.
Содействовать осуществлению решающего вклада в понимание происхождения солнечной активности, которая управляет явлениями космической погоды, позволит создание Национального гелиогеофизического комплекса.
Обновление инструментов
Российская академия наук уже давно не осуществляла крупных инвестиционных проектов. Однако в данном случае именно ради обновления материальной базы государство готово пойти намногомиллиардные затраты. В итоге появится кардинально новая, беспрецедентная по своим возможностям система наблюдения за Солнцем и всем, происходящим между Землей и дневным светилом. Асоздать ее должен флагман российской оптоэлектронной промышленности - холдинг "Швабе", входящий в госкорпорацию "Ростех".
О "Швабе" "Ко" своим читателям уже рассказывал (см. "Ко" от 26.11.2012). Мы сообщали, что название холдинга происходит от фамилии пионера российской оптической отрасли Федора Борисовича Швабе. Оптическому холдингу предстоит участие в новом проекте, направленном на развитие отечественной фундаментальной науки. Если говорить упрощенно, из цехов "Швабе" должны выйти новые телескопы, с помощью которых российские ученые будут наблюдать за Солнцем.
"Ростех" примет участие в реализации одного из наиболее масштабных проектов РАН в современной российской истории, - говорит генеральный директор корпорации "Ростех" Сергей Чемезов. - Создание Национального гелиогеофизического комплекса будет способствовать развитию целого ряда направлений фундаментальной науки. Предприятия корпорации обладают всеми необходимыми компетенциями и современной производственной базой для решения этой задачи. Весьма символично, что при определении головной организации для осуществления этого крупного проекта выбор пал на одну из ведущих холдинговых компаний ГК "Ростехнологии" - ОАО "Швабе", которое презентовало свой бренд в 2012 г. не где-нибудь, а в Московском планетарии".
В Саянской солнечной обсерватории в Мондах должен появиться солнечный телескоп-коронограф с диаметром зеркала три метра, не имеющий мировых аналогов. Сейчас в Саянах работает автоматизированный солнечный телескоп (АСТ), который постоянно модернизируется - ныне он может принимать волны одновременно в инфракрасном и видимом диапазонах. Это инструмент мирового класса, но для решения современных задач солнечной физики нужен прибор с диаметром зеркала не менее трех метров. Наиболее близкий аналог- солнечный телескоп продвинутой технологии (ATST) в США с диаметром зеркала четыре метра.
Крупный солнечный телескоп позволит получать точные знания о микроструктуре самых глубоких слоев атмосферы, заглянуть в подфотосферные слои и развить модели эволюции активных областей. В конечном итоге мы придем к физически обоснованным моделям солнечно-земного взаимодействия, которые будут основаны на решающих солнечных данных вместо тех приближений, которые используются сегодня.
Крупный солнечный телескоп должен дать важные результаты для солнечной физики. Солнечная физика занимает центральное место в атмосфере, поскольку Солнце служит уникальной "лабораторией" для исследования фундаментальных физических процессов в астрофизических объектах Вселенной, которые не могут непосредственно наблюдаться. Солнце представляет наилучшую возможность для наблюдения магнитогидродинамических и плазменных процессов при астрофизических условиях. Изучение плазменных процессов в магнитном поле на Солнце с помощью крупного телескопа может привести к кардинальным изменениям в нашем понимании солнечной и звездных атмосфер, звездной активности и эффектов солнечной переменности на Земле.
Коронограф должен быть построен к 2020 г.
Ряд других оптических инструментов к 2020 г. будет установлен в селе Торы Тункинского района Бурятии на территории геофизической обсерватории ИСЗФ СО РАН.
Многоволновой радиограф, который должен появиться в результате сотрудничества ученых и "Швабе", заменит существующий на данный момент Сибирский солнечный радиотелескоп в урочище Бадары Тункинского района Бурятии, наблюдающий корону на частоте 5,7 ГГц, что сегодня уже представляется недостаточным. Идущий ему на смену многоволновой радиогелиограф способен "видеть" трехмерную структуру полей и вести измерения на разных длинах волн.
"Наиболее близким аналогом является проект радиогелиографа FASR(США), предполагающий создание многоволнового интерферометра с диапазоном принимаемых частот от 50 МГц до 20 ГГц", - значится в смете к проектной документации Национального гелиогеофизического комплекса. "Солнечный крест" с антенной-решеткой из трех отдельных подрешеток будет состоять из 528 антенн.
Инструмент должен быть введен в строй к 2019 г.
Еще один проект - установка системы радаров в Листвянке на базе Байкальской астрофизической обсерватории ИСЗФ СО РАН. В районе байкальского поселка появится комбинированный радар некогерентного рассеяния НР-МСТ (в мире функционирует десять радаров такого типа, каждый имеет уникальную конструкцию, ближайший аналог - AMISR (Advanced Modular Incoherent Scatter Radar) производства Стэнфордского исследовательского института). Начало строительства - ориентировочно 2015 г., завершение - 2020 г.
В рамках проекта Национального гелиогеофизического комплекса Россия получит собственный сегмент международной сети superDARN (сеть когерентных радаров декаметрового диапазона). Их работа направлена на изучение воздействия солнечного ветра на магнитосферу и ионосферу Земли. Российский сегмент будет уделять особое внимание состоянию ионосферы в азиатской части страны (от Камчатки до Урала).
Это еще не полный перечень составляющих будущего комплекса, который к 2020 г. будет реализован на территории Иркутской, Свердловской областей, Якутии, Магадана и других субъектов Федерации.
Новый комплекс позволит отслеживать процессы, происходящие в ближнем космосе и околоземном пространстве, изучать воздействие солнечного ветра на магнитосферу и ионосферу, наблюдать вариации параметров мезосферы и термосферы, исследовать структуру и физику верхней атмосферы Земли и приблизиться к решению фундаментальной задачи физики - объяснению природы прогрева солнечной короны.
Совокупную стоимость комплекса вполне можно сопоставить с объемами инвестиций в какой-нибудь крупный индустриальный проект: на создание системы наблюдения за Солнцем из бюджета будет выделено 17 млрд руб. Председатель президиума ИНЦ СО РАН Игорь Бычков отметил: "Такого прорыва в работе РАН не было давно. Переоценить случившееся нельзя".
Вызываем специалиста
Разумеется, многомиллиардный проект родился не сразу. С 2007 г. Институт солнечно-земной физики (ИСЗФ) Сибирского отделения Российской академии наук боролся за проект обновления национальной космической приборной базы, которая, в частности, включает в себя производство иустановку многоволнового радиографа, уникального прибора нового поколения, позволяющего наблюдать за солнечной короной. Все эти годы академик Гелий Жеребцов значительнуючасть своего рабочего времени проводил в кабинетах правительства,пытаясь доказать необходимость обновления национальной приборной базы.
В апреле, как сообщил председатель президиума СО РАН Александр Асеев, заявка была подана в Минэкономразвития. С 24 июня нынешнего года академик Гелий Жеребцов назначен и.о. заместителя председателя СО РАН по совместительству, чтобы курировать проект Национального гелиогеофизического комплекса. Виюне же Минэкономразвития внесло изменения в федеральную адресную инвестиционную программу на 2013 г. и плановый период 2014-2015 гг.
Однако открыть финансирование мало: нужно было еще найти подрядчика, который был бы способен реализовать столь амбициозный мегапроект на мировом уровне. Разумеется, ни одно предприятие в одиночку с таким объемом не справится. Это под силу лишь холдингу, объединяющему научно-производственные и производственные объединения, конструкторские бюро и государственные оптические институты.
Для реализации амбициозного научного проекта нужен был флагман приборостроения. И нет ничего удивительного, что в этом случае оказалась востребованной компетенция холдинга "Швабе", являющегося ведущим национальным разработчиком и производителем оптоэлектроники. У"Швабе" имеется опыт производства продукции и военного, и гражданского назначения. В активе холдинга- производство оптико-электронных систем и комплексов, медицинской техники, в том числе единственное в России производство оборудования для выхаживания новорожденных, разработки в области энергосберегающей светотехники, золотая медаль за проект "Судовой лазер", способный разрезать ледовый покров толщиной 1-2 м. Холдинг также участвует в создании Международного экспериментального термоядерного реактора (International Thermonuclear Experimental Reactor).
Это далеко не полный перечень достижений "Швабе", но, как отметил генеральный директор компании Сергей Максин, "холдинг не собирается почивать на лаврах и тешить себя мыслями о предыдущих заслугах. Мы ориентированы только на развитие!"
Смотреть на Солнце - понимать Землю
В начале октября холдинг "Швабе" выиграл конкурс на реализацию мегапроекта "Национальный гелиогеофизический комплекс РАН". Нет сомнений в том, что существующие мощности "Ростеха" и холдинга "Швабе" в сотрудничестве с Институтом солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН позволят справиться с поставленной задачей в заданные сроки.
Проектные работы будут выполняться в три этапа в течение 2013-2015гг. "В ходе реализации проекта холдингу "Швабе" предстоит не только разработать и изготовить перспективные оптические и радиотелескопы, радиолокаторы и другие уникальные астрономические приборы, но и построить всю необходимую инфраструктуру", - подчеркнул Сергей Максин.
Все это, естественно, даст импульс к созданию большого количества рабочих мест в стратегически важных с социальной точки зрения азиатских регионах страны.
По данным Минэкономразвития, проектная документация по радиогелиографу должна быть готова к 2016г., по оптическим инструментам в селе Торы - к 2014 г., по остальным субпроектам - к 2017 г.
"Проект уникальный не только для Иркутского научного центра, ноидля страны в целом, - заявил Игорь Бычков. - Инструменты, которые планируется построить, сопоставимы с лучшими мировыми образцами и по качествубудущих инструментов, ипо охвату - проектбудет реализован натерритории Иркутской, Свердловской областей, Якутии, Магадана и многих других субъектов".
Для осуществления проекта на базе входящего в холдинг"Швабе" Лыткаринского завода оптического стекла будет создан координационный центр. Совместно с ИСЗФ СО РАН будут проработаны вопросы сотрудничества российских и зарубежных предприятий по оптической части проекта и по радиоастрономии.
Уверенность "Швабе" и Сергея Максина в успехе мегапроекта можно понять: она основана не на пустом месте. За их спиной - 663 предприятия "Ростеха", высококлассный топ-менеджмент госкорпорации во главе с Сергеем Чемезовым, представление которого в деловых и политических кругах не только России, но и далеко за ее пределами просто излишне.
Подписывайтесь на нас:
Еще по теме
