The words you are searching are inside this book. To get more targeted content, please make full-text search by clicking here.
Discover the best professional documents and content resources in AnyFlip Document Base.
Search
Published by sto.chelovek, 2022-05-16 02:14:21

2021_04

2021_04

ЗЕМЛЯ № А (340)
ИЮЛЬ-АВГУСТ, 2021
И
l55N °044-3948
космонавтика
астрономия

е в с е И е н н а ягеофизика

Vv:

§

СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ
И СОЦИАЛЬНЫЕ КАТАКЛИЗМЫ: ТЕКУЩИЙ МОМЕНТ
«ТЯНЬГУН» НАЧИНАЕТСЯ
НОВЫЙ АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЦЕНТР ГАИШ МГУ

МАГНИТНОЕ ПЕРЕСОЕДИНЕНИЕ
И ДЕНЬ ВЗЯТИЯ БАСТИЛИИ

СОЛНЦЕ ПОД МИКРОСКОПОМ
КАК МАШИННОЕ ОБУЧЕНИЕ ПОМОГАЕТ

ИЗУЧАТЬ СОЛНЦЕ



ЗЕМЛЯ №4 (340)
ИЮЛЬ-АВГУСТ, 2021
И
ISSN 0044-3948

космонавтика
астрономия

ВСЕЛЕННАЯгеофизика

Научно-популярный журнал В НОМЕРЕ:
Российской академии наук
Издается под руководством Колонка главного редактора 3
Президиума РАН 8
Выходит с января 1965 года ЛЕДЕНЦОВ Л.С., СОМОВ Б.В. Магнитное 24
6 раз в год пересоединение и День взятия Бастилии 35
«Наука»
Москва БОГАЧЕВ С.А., УЛЬЯНОВ А.С., КИРИЧЕНКО А.С., 46
ЛОБОДА И.П., РЕВА А.А. Солнце под микроскопом -
На стр. 1 обложки: природа вспышек, микро- и нановспышки 49
Корональный выброс 61
массы 31 августа 2012 года. ИЛЛАРИОНОВ Е.А., САДЫКОВ В.М. Как машинное
Для сравнения размеров обучение помогает изучать Солнце 82
на изображении показана Земля.
Изображение: NASA/GSFC/SDO Гипотезы, дискуссии, предложения 92
РОДКИН М. В. Солнечная активность и социальные 104
катаклизмы: текущий момент 108
110
Космонавтика XXI века
ЛИСОВ И. А. «Тяньгун» начинается

Обсерватории, институты
ШАТСКИЙ Н.И., ТАТАРНИКОВ А.М., КОРНИЛОВ В.Г.,
ПОТАНИН С.А., ЧЕРЕПАЩУК А.М., БЕЛИНСКИЙ А.А.,
ПОСТНОВ К.А. Новый астрономический центр
ГАИШ МГУ: Кавказская горная обсерватория

История науки
СЕЛИВАНОВА О.В. Пионеры ракетной техники.
Документы личных фондов Н.А. Рынина
и С.П. Королёва в Архиве РАН

Люди науки
ЕРЕМЕЕВА А.И. Ян Хендрик Оорт

История космонавтики
Майкл Коллинз

Литературный космос
СИНЕЛЬНИКОВ М.И. Пройдя по зеленой Земле...

Table of Content and Selected Abstracts

© Российская академия наук, 2021
© Редколлегия журнала «Земля и Вселенная» (составитель), 2021
© ФГУП «Издательство «Наука», 2021

Earth&Universe: Astronomy, Geophysics, Cosmonautics
Bimonthly popular scientific magazine of the Russian Academy of Sciences & NAUKA Publishing.

Founded 1965.
Published by NAUKA Publishing, Profsoyuznaya Str., 90, 117997, Moscow, Russia.

Редакционная коллегия: Editorial Board:
Editor-in-chief
главный редактор Acad. Dr. LevM. ZELENYI
академик Л.M. ЗЕЛЁНЫЙ, Acad. Dr. Anatoly M. CHEREPASCHUK
Dr. Konstantin V. IVANOV
летчик-космонавт Pilot-cosmonaut Alexander Yu. КALER 1
П.В. ВИНОГРАДОВ, Dr. Olga Yu. LAVROVA
Dr. Alexander A. LUTOVINOV
зам. главного редактора Deputy Editor-in-chief
кандидат филолог, наук Dr. Oleg Yu. MALKOV
О.В. ЗАКУТНЯЯ, Dr. Igor G. MITROFANOV
Acad. Dr. Igor I. MOKHOV
доктор исторических наук RAS Corr.Member Dr. Igor D. NOVIKOV
К.В. ИВАНОВ, Dr. Stanislav P. PEROV
Dr. Konstantin A. POSTNOV
летчик-космонавт Dr. Mikhail V. RODKIN
А.Ю. КАЛЕРИ, Faina B. RUBLEVA
Dr. Vladislav V. SHEVCHENKO
кандидат физ.-мат. наук RAS Corr. Member Dr. Boris M. SHUSTOV
О.Ю. ЛАВРОВА, RAS Corr. Member Dr. Alexey L. SOBISEVICH
RAS Corr. Member Dr. Olga N. SOLOMINA
доктор физ.-мат. наук RAS Corr. Member Dr. Vladimir A. SOLOVYEV
А.А. ЛУТОВИНОВ, Pilot-cosmonaut Pavel V. VINOGRADOV
Deputy Editor-in-chief
зам. главного редактора Dr. Olga V. ZAKUTNYAYA
доктор физ.-мат. наук
О.Ю. МАЛКОВ,

доктор физ.-мат. наук
И.Г. МИТРОФАНОВ,

академик И.И. МОХОВ,

член-корр. РАН
И.Д. НОВИКОВ,

доктор физ.-мат. наук
С.П. ПЕРОВ,

доктор физ.-мат. наук
К.А. ПОСТНОВ,

доктор физ.-мат. наук
М.В. РОДКИН,

научный директор
Московского планетария
Ф.Б. РУБЛЁВА,

член-корр. РАН
A.Л. СОБИСЕВИЧ,

член-корр. РАН

О.Н. СОЛОМИНА,

член-корр. РАН
B.А. СОЛОВЬЁВ,

академик
A.М. ЧЕРЕПАЩУК,

доктор физ.-мат. наук
B.В. ШЕВЧЕНКО,

член-корр. РАН
Б.М. ШУСТОВ

Колонка главного редактора

Дорогие читатели, коллеги, друзья! В этом номере мы попытались «рас-
Вы держите в  руках номер журнала, крыть» Солнце с разных сторон. Но по
ходу подготовки оказалось, что даже
посвященный Солнцу. Его приглашен- одного номера недостаточно для пуб­
ным редактором выступил Иван Вик- ликации всех поступивших статей, по-
торович Зимовец, старший научный со- этому мы начали немного раньше  –
трудник Института космических иссле- с  предыдущего номера и  планируем
дований РАН. продолжить в следующих.

«Солнечная» тема знакома ему очень Я с большим удовольствием предос­
хорошо: в 2010 г. защитил кандидатскую тавляю традиционное «открывающее
диссертацию по специальности «Физи- слово» Ивану и желаю Вам интересно-
ка Солнца». Иван Зимовец – ученый сек­ го чтения, а Ивану дальнейших успехов
ретарь секции «Физика Солнца» Совета в солнечной науке и ее популяризации!
РАН по космосу, а также заместитель на-
учного руководителя космического про- Главный редактор журнала
екта «Интергелиозонд». Соавтор более «Земля и Вселенная»
50 публикаций в  рецензируемых науч-
ных журналах и 1 монографии. академик Лев Матвеевич Зелёный

Дорогие читатели! притягательный объект исследований.
Вы открыли № 4 журнала «Земля Солнце изучают очень давно. Можно
считать, что его систематическое ис-
и  Вселенная» за 2021 год. Это летний следование началось с  конструирова-
выпуск. Мы пишем эти строки в  душ- ния Галилеем (и параллельно несколь-
ной комнате, на улице безоблачное кими другими учеными) телескопа, об-
небо, аномальная жара и  ярко светит наружения с его помощью и зарисовки
Солнце. Что обычно приходит в  голо- солнечных пятен в 1610 году. С тех пор,
ву в  первую очередь при упоминании благодаря развитию науки и  техники,
о  нем? Скорее всего, что это ближай- а  также неиссякаемому любопытству
шая к нам звезда, источник света и теп- и кропотливой работе многих поколе-
ла (по сути, это одно и то же), необходи- ний ученых, удалось накопить огром-
мых для всего живого на Земле. О Солн- ный объем знаний о  нашем дневном
це мы вспоминаем каждый день, по- светиле.
скольку от него зависит погода за окном
и, следовательно, что надеть с утра при Сейчас известно, что Солнце  – это
выходе из дома. Может казаться, что вполне рядовая звезда, желтый кар-
Солнце – это вполне обыденный и скуч- лик, коих огромное множество в нашей
ный объект. Просто яркий диск, меняю- и других галактиках. Оно прожило уже
щий цвет (от желто-белого до красного) около 5 миллиардов лет, что составля-
и немного форму в зависимости от вре- ет примерно половину его жизни. Для
мени дня, состояния неба и положения описания общих свойств Солнца как
на  нем. Если повезет, иногда на этом звезды разработана сложная и  доста-
диске можно заприметить маленькие точно точная физико-математическая
темные пятнышки, если приглядеть- модель, называемая стандартной сол-
ся через подзорную трубу или бинокль нечной моделью. Согласно ей, основ-
с установленными фильтрами, ослабля- ная энергия Солнца выделяется в  его
ющими яркость, чтобы не ослепнуть. ядре за счет процесса термоядерного
синтеза и  далее переносится различ-
Однако для ученых, называемых ными способами к поверхности и сбра-
солнечными физиками или гелиофизи- сывается в  окружающее космическое
ками (по-гречески Солнце – «гелиос»), пространство.
Солнце представляет собой крайне
3
Земля и Вселенная, 4/2021

Изображения Солнца в различных диапазонах спектра, 15 июня 2021 г.
(с сайта www.solarmonitor.org)

Мы знаем, что Солнце  – не про- радиоволн до жестких рентгеновских
стой стационарный газовый шар. Оно и гамма-лучей).
проявляет активность, всплески кото-
рой повторяются с  периодом пример- Процессы трансформации магнит-
но 11 лет. Эта активность связана с  ге- ной энергии порождают большое коли­
нерацией и выходом магнитных полей чество разнообразных и  захватываю-
из недр светила на поверхность, в част- щих явлений солнечной активности,
ности, в  виде упомянутых уже солнеч- таких как солнечные вспышки, плаз-
ных пятен – сгустков магнитных полей. менные струи (джеты), корональные
Над солнечной поверхностью, видимой выбросы массы (КВМ), разнообразные
невооруженным глазом, (фотосферой, осцилляции и  волны в  плазменных
что означает «шар света» на греческом) структурах и  множество других, менее
магнитные поля имеют сложную струк- масштабных. Верхний, наиболее про-
туру в  виде многочисленных «замкну- тяженный, но не видимый в  оптиче-
тых» и  «открытых» магнитных трубок. ском излучении, слой атмосферы Солн-
Там энергия магнитного поля может ца – корона – постоянно испускает по-
трансформироваться в  другие виды  – токи плазмы, называемые солнечным
во внутреннюю, кинетическую и меха- в­ ет­ром.
ническую энергию ионизированного
газа (плазмы), кинетическую энергию Мы действительно обладаем боль-
ускоряемых до релятивистских скоро- шими знаниями и  о  внутренних слоях
стей заряженных частиц, энергию элек- Солнца, и о внешних. Почти для всех ос-
тромагнитного излучения в  очень ши- новных процессов и явлений на Солнце
роком диапазоне спектра (от  длинных учеными разработаны модели. И может
казаться, что о нашем дневном светиле
4 известно практически все. ­Некоторые

Земля и Вселенная, 4/2021

ученые, работающие в других областях, с­ ильных магнитных полей, удержива-
считают, что на Солнце уже нечего ло- ющих плазму. На Солнце наблюдается
вить, кроме «блох», имея в  виду, что великое множество магнитных конфигу-
там уже все открыто и  понятно. Мож- раций, чем и определяется разнообразие
но успокоиться и  ­заниматься другими эффектов солнечной активности.
­делами. Мол, за исследования С­ олнца
«не светит» Нобелевская премия. К  примеру, возьмем солнечные
М­ ожет быть, последнее и  верно. Но вспышки  – мощнейшие природные
настоящие исследователи вдохновля- взрывы во всей Солнечной систе-
ются не премиями. Гелиофизики зна- ме (о  них подробно говорится в  двух
ют, что Солнце все еще хранит множе- с­ татьях этого номера). Несколько деся-
ство важных и интересных загадок, ре- тилетий назад казалось, что уже скоро
шения которых только еще пред­стоит довольно легко можно будет построить
­отыскать. единую теорию вспышек. Но впослед-
ствии оказалось, что они очень не по-
Продолжать углубленное изучение хожи друг на друга. Существует целый
Солнца нужно по ряду веских при- «зоопарк» вспышек. В  зависимости от
чин. Во-первых, это ближайшая к нам начальной, предвспышечной геомет­
звезда, и  поэтому мы можем его раз- рии магнитных полей они проявляют
глядывать очень пристально, с  точно- очень разнообразные свойства. Но не
стью, которой нельзя достичь при на- все так плохо. Сейчас ученые сходятся
блюдениях любого другого астрофи- ко мнению, что в основе всех вспышек
зического объекта. Можно сказать, что общий движитель  – процесс магнит-
с  помощью современных телескопов ного пересоединения (об  этом мож-
мы рассматриваем Солнце как бы под но прочитать в  статье Леденцова и
микроскопом – почти достигнута воз- ­Сомова). Этот «мотор» эффективно «пе-
можность наблюдать на его поверхно- регоняет» энергию магнитного поля
сти мельчайшие магнитные структуры в энергию частиц плазмы, а та, в свою
с  размерами порядка 10–100 км. Та- очередь, переходит в  другие виды,
кие детальные наблюдения позволяют включая излучение, благодаря кото-
физикам аккуратно проверять теории рому мы и наблюдаем вспышки. Здесь
и  корректировать их в  случае необхо- важно добавить, что магнитное пере-
димости. А  далее эти теории можно соединение – это вездесущий процесс,
распространять на множество других, происходящей почти во всех астрофи-
более удаленных звезд. Это подход сол- зических объектах, обладающих плаз-
нечно-звездных аналогий, предполага- мой с магнитным полем: в атмосферах
ющий, что физические законы одина- звезд, в  магнитосферах планет, в  ак-
ковы в  различных уголках Вселенной. креционных дисках, в сталкивающихся
галактиках. Поэтому детальные наблю-
Солнце для нас является естествен- дения и исследования солнечных вспы-
ной, созданной самой природой ги- шек помогают нам лучше разобраться
гантской лабораторией, в  которой мы и с физикой процессов энерговыделе-
можем изучать различные процес- ния в космической плазме в целом.
сы в  космической плазме. В  земных
лабораториях мы не имеем возмож- Вторая ключевая причина, по ко-
ности достигнуть в  совокупности та- торой нам следует продолжать иссле-
ких параметров и  свойств изучаемых дования Солнца, заключается в  том,
плазменных процессов, какие суще- что оно является основным источни-
ствуют на Солнце: очень высоких тем- ком «космической погоды». Дело здесь
ператур плазмы (от  миллионов до де- в  том, что упоминавшиеся выше яв-
сятков миллионов градусов), боль- ления солнечной активности имеют
ших пространственных масштабов отклик во всей Солнечной системе.
(­десятки–сотни тысяч километров, что К  примеру, в  солнечной короне про-
много больше радиуса Земли), а также изошла мощная вспышка. Разогрев

Земля и Вселенная, 4/2021 5

плазмы во вспышечной области до де- ­почувствовать ухудшение самочув-
сятков миллионов градусов приведет ствия. Почему это происходит, пока
к мощным потокам излучения в широ- не до конца ясно, и  ученые продол-
ком ­спектре. Ультрафиолетовое, рент- жают накапливать информацию. Это
геновское и  гамма-излучение, дойдя раздел науки, называем­ ый гелиобио-
до Земли примерно за 8 минут, погло- логия, основы к­ оторой были заложе-
тится в верхних слоях атмосферы, в ре- ны в п­ ервой половине XX века нашим
зультате чего та немного разогреет- соотечественником А.Л. Чижевским
ся и расширится. Это повлечет допол- (об  этом можно кратко прочитать
нительное аэродинамическое трение, в заметке М.В. Родкина).
которое испытают низкоорбитальные
спутники, включая Международную Как видно из приведенного приме-
космическую станцию (МКС). Им при- ра, эффектами солнечной активности
дется тратить дополнительное топли- нельзя пренебрегать. Это становит-
во для корректировки орбит. Всплески ся все более и  более актуально в  свя-
радиоизлучения могут вызвать ­помехи зи с развитием и усложнением разно-
радиосвязи и перебои в системах гло- образных технических систем на Зем-
бального позиционирования. Уско- ле и в космосе. Для дальнейшего осво-
ренные заряженные частицы (солнеч- ения космического пространства и для
ные космические лучи) прилетят поч- полетов людей на соседние планеты,
ти со скоростью света к Земле и могут в  первую очередь на Марс, человече-
вывест­ и из строя электронные системы ство должно решить проблему надеж-
на космических аппаратах. Также они ного количественного прогнозирова-
являются источниками радиации, ко- ния космической погоды. А  для этого
торая может нанести серьезный вред мы должны более глубоко понимать
здоровью космонавтов. Лишь упомя- физику процессов, происходящих на
нем, что космическая радиация явля- Солнце.
ется в настоящее время одним из клю-
чевых факторов, затрудняющих полет Исследования Солнца активно про-
человека на Марс. Вспышка может со- должаются по всему миру. Для это-
провождаться корональным выбро- го применяют новые методы, разра-
сом массы (КВМ), т. е. извержением батывают и  вводят в  эксплуатацию
огромного сгустка плазмы с  магнит- современные, более прецизионные
ным полем, распространяющегося в и­ нструменты. Большие успехи достиг-
межпланетной среде со скоростью до нуты благодаря наблюдению с  косми-
3000 км/с. Примерно через 2–3 дня по- ческих аппаратов, поскольку они по-
сле извержения на Солнце КВМ может зволяют поместить телескопы вне
долететь до орбиты Земли и  натолк- земной атмосферы, поглощающей
нуться на магнитосферу – область, от- солнечное излучение на коротких дли-
граниченную от солнечного ветра зем- нах волн (от ультрафиолета до гамма-­
ным магнитным полем. Это приведет лучей). Также космические аппараты
к  сильному возмущению всей магни- позволяют проводить локальные из-
тосферы и часть энергии КВМ попадет мерения и определять параметры сол-
внутрь. Произойдет мощная магнит- нечного ветра. На данный момент уже
ная буря. Ее результатом могут стать накоплены огромные объемы данных
как красивые атмосферные явления – солнечных наблюдений и их все слож-
северные сияния, так и  различные нее и  сложнее обрабатывать «по ста-
негативные последствия, к  приме- ринке». Большие надежды здесь свя-
ру выход из строя элементов энерго- заны с  внедрением в  солнечную фи-
систем и  масштабные перебои пода- зику методов машинного обучения
чи электропитания. Люди с  пробле- и  искусственного интеллекта (о  неко-
мами здоровья в  это время могут торых работах в  этой области мож-
но прочитать в статье Е. Илларионова
6 и В. ­Садыкова).

Земля и Вселенная, 4/2021

Среди последних солнечно-гелио­ ­комплексы различных инструментов,
сферных миссий выделяются две  – которые должны позволить выполнять
Солнечный зонд «Паркер» (Parker Solar наблюдения в  различных диапазонах
Probe) и  «Солнечный Орбитер» (Solar спектра. Таким образом, в ближайшем
Orbiter). Первый был запущен NASA будущем в космосе ожидается мощная
(США) в 2018 г. и назван в честь выдаю­ флотилия для получения новых сведе-
щегося астронома-физика Юджина ний о нашей звезде.
Паркера (Eugene Parker), теоретически
предсказавшего наличие и  свойства К сожалению, Россия пока не может
солнечного ветра в  середине XX  века, принять полноценное участие в  этом
которые подтвердились эксперимен- грандиозном «космическом заплыве».
тально на космических аппаратах. Два основных отечественных солнеч-
Кстати, он стал первым ученым, в честь ных космических проекта: «Интергели-
которого назвали космический аппарат озонд» (близок, по сути, к «Солнечному
при его жизни. Особенностью зонда Орбитеру») и АРКА – «заморожены», как
«Паркер» является возможность очень минимум, до 2025 г. в силу финансовых
близкого подлета к Солнцу – примерно сложностей. Так же, как и  на проходя-
на расстояние около 10 солнечных ра- щем во время написания этой заметки
диусов. Ранее ни один космический ап- чемпионате Европы по футболу, наша
парат, созданный людьми, не подходил страна пока не может на равных сорев-
к Солнцу так близко. Будем надеяться, новаться с другими странами в исследо-
что он успешно достигнет своей цели ваниях Солнца из космоса. Но все-таки
и  не повторит судьбу легендарного есть и «лучики света в темном царстве».
Икара. Это позволит исследовать свой- В  частности, хоть и  со сложностями,
ства солнечного ветра в  непосредст­ но продвигается возведение Сибирского
венной близости от источника, что Радиогелиографа (СРГ) в  Бадарах (рес­
крайней важно для определения меха- публика Бурятия), и  уже начаты неко-
низмов его генерации. торые наблюдения. Готовится ряд инте-
ресных солнечных экспериментов для
Второй проект – «Солнечный Орби- доставки на МКС. Ведутся наблюдения
тер», запущенный Европейским косми- за Солнцем и  модернизация инстру-
ческим агентством при участии NASA ментальной базы в нескольких других
в  2020 г. В  результате серии гравита- наземных российских обсерваториях.
ционных маневров возле Венеры он
сможет выйти из плоскости эклипти- Поэтому российские солнечные
ки примерно на 30 градусов, что долж- физики (солнечники, как они себя
но позволить ученым заглянуть на сол- иногда позитивно называют) стара-
нечные полюса. Это крайне интересные ются не унывать. Согласно «стандарт-
и слабо исследованные области Солнца. ной модели», Солнце продолжит све-
Их изучение позволит лучше понять тить еще как минимум 4–5 млрд лет,
механизмы генерации, эволюции и вы- и  интересная работа для них обяза-
хода солнечного магнитного поля. тельно найдется. Текущий, 25-й цикл
солнечной активности набирает обо-
Другие космические державы также роты. По некоторым прогнозам, уро-
пытаются не отставать в  эксперимен- вень его активности будет ниже пре-
тальных исследованиях Солнца. Так, дыдущего, 24-го, а тот, в свою очередь,
в конце 2021 или начале 2022 г. ожида- был ниже 23-го, т. е. мы находим-
ется запуск китайской солнечной об- ся в  эпоху понижения солнечной ак-
серватории Advanced Solar Observatory S тивности. Интересно, как это скажет-
(ASO-S). Примерно в  это же время ся на климате Земли и на нас с вами?
­Индия планирует запустить свою сол- ­Наблюдения покажут.
нечную обсерваторию Aditya-L1 («Ади-
тя»  – «Солнце» на санскрите) в  точку Иван Викторович Зимовец,
Лагранжа L1 системы «Солнце–­Земля». канд. физ.-мат. наук,
На борту этих обсерваторий будут
старший научный сотрудник ИКИ РАН
Земля и Вселенная, 4/2021
7

Гелиофизика

МАГНИТНОЕ ПЕРЕСОЕДИНЕНИЕ
И ДЕНЬ ВЗЯТИЯ БАСТИЛИИ

ЛЕДЕНЦОВ Леонид Сергеевич,

кандидат физико-математических наук

СОМОВ Борис Всеволодович,

профессор, доктор физико-математических наук
Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ

DOI: 10.7868/S0044394821040010

Солнечные вспышки в настоящее время стали эталоном для изучения вспышечных
процессов электромагнитной природы в современной астрофизике, в частности,
в  рентгеновской и гамма-астрономии. В отличие от вспышек на других звездах
и аналогичных явлений во Вселенной солнечные вспышки представляют
возможность для всестороннего изучения процесса магнитного пересоединения
в  высокотемпературной сильно замагниченной плазме короны, а также в низко­
температурной слабоионизированной плазме фотосферы.

БАСТИЛЬСКАЯ И ДРУГИЕ нитных волн, протяженным корональ-
КРУПНЫЕ ВСПЫШКИ ным выбросом массы (КВМ) и большим
увеличением потока ускоренных ча-
14 июля 2000 г. около 10:10 UT вбли- стиц в  межпланетном пространстве.
зи центра солнечного диска в активной Эта вспышка получила название Ба-
области NOAA 9077 произошла круп- стильской вспышки в  честь Дня взя-
ная солнечная вспышка класса X5.7 (это тия Бастилии. Бастильская вспышка
означает, что измеренный пик интен- до сих пор остается идеальным при-
сивности рентгеновского излучения на мером сильной солнечной вспышки,
орбите Земли достиг 5.7 × 10–4 Вт/м2). наблюдавшейся несколькими косми-
Событие характеризовалось ярким све- ческими и  наземными обсерватория­
чением во всем диапазоне электромаг- ми и  подробно изученной многими
исследовательскими группами. Совре-

8 Земля и Вселенная, 4/2021

менные многоволновые наблюдения собой суммирование серии последова-
Солнца показывают, что вспышка име- тельно вспыхивавших жестких рент-
ла довольно характерное временнóе геновских (Hard X-Ray, HXR) источни-
развитие для крупных вспышек. От- ков в  основаниях мягкой рентгенов-
личительной особенностью Бастиль- ской (Soft X-Ray, SXR) аркады. Спутник
ской вспышки стала особая стройность TRACE получил изображения арка-
наблюдавшихся магнито-плазменных ды в далеком ультрафиолете (Extreme
структур в сочетании с удачным распо- UltraViolet, EUV) с высоким простран-
ложением на диске Солнца, позволив- ственным и временны´м разрешением.
шим запечатлеть это яркое солнечное На этих изображениях отчетливо вид-
событие во всей красе. на структура аркады в виде набора от-
дельных ярких петель, заполненных
Спутник Yohkoh наблюдал раннюю горячей плазмой. Видео, составленное
фазу (~10:11–10:13 UT) и  часть им- из изображений со спутника TRACE,
пульсной фазы (от  ~10:19 UT) вспыш- доступно на странице миссии: https://
ки (рис. 1). Телескоп мягкого рентге- sdowww.lmsal.com/TRACE/POD/movies/
на (Soft X-ray Telescope, SXT) на борту BastilledaySlinky3band.mov
Yohkoh отснял большую аркаду тепло-
вого излучения горячей (порядка не- Солнечные вспышки часто показы-
скольких миллионов кельвинов) плаз- вают двухленточную структуру в хро-
мы в короне. Ширина и длина аркады мосфере, например, в  линии Hα. Во
составили ~30 000 км и  ~ 120 000 км время Бастильской вспышки две ленты
соответственно. Телескоп жесткого также хорошо были видны в Hα и Hβ.
рентгена (Hard X-ray Telescope, HXT) Две яркие ленты в солнечных вспыш-
ясно показал двухленточную структу- ках всегда лежат в  областях с  различ-
ру в энергетических диапазонах 33–53 ными полярностями фотосферного
и 53–93 кэВ. Эти снимки представляли магнитного поля. В промежутке м­ ежду

Рис. 1. Наблюдения Бастильской вспышки со спутников Yohkoh и  TRACE. На правой панели
показаны источники HXR (53–93 кэВ), расположенные в  основаниях SXR-аркады (центральная
панель), наблюдаемой также в  EUV (левая панель). На правой панели белым цветом условно
отмечена нейтральная линия (NL). Источник изображений здесь и  далее: Somov B.V. Plasma
Astrophysics, Part II, Reconnection and Flares, Second Edition. New York: Springer, 2013

SXT/Yohkoh HXT/Yohkoh

TRACE NL
9
Х5. 7 flare, 14 July 2000

Земля и Вселенная, 4/2021

лентами проходит нейтральная линия X
(neutral line, NL) магнитного поля  –
линия смены полярности магнитно- Ph Ch
го поля. Это и другие наблюдательные
свойства солнечных вспышек находят S ns N
убедительную интерпретацию с точки
зрения процесса магнитного пересо- Рис. 2. Всплытие нового магнитного
единения в плазме высокой проводи- потока n, s из-под фотосферы Ph внутри
мости. активной области, магнитное поле
которой определяется источниками S и N.
МАГНИТНОЕ ПЕРЕСОЕДИНЕНИЕ Граница хромосферы показана пунктирной
В ВАКУУМЕ линией Ch

В  астрофизической плазме важную y
роль играют так называемые нулевые B
точки, линии и  поверхности магнит-
ного поля, являющиеся областями, где x
магнитное поле равно нулю B = 0. Они
предопределяют большое количество Рис. 3. Гиперболическая нулевая точка (линия
астрофизических явлений. Нас будут вдоль оси z декартовых координат x, y, z)
интересовать нестационарные явле- потенциального магнитного поля B
ния в  солнечной атмосфере (напри-
мер, вспышки и КВМ), сопровождаемые общее поле, т.е. сумма старых и новых
ускорением частиц до высоких энер- полей, равно нулю. Обозначим эту точ-
гий. Аналогичные явления имеют ме- ку через X, имея в виду, что поле в ее
сто на других звездах, в магнитосферах окрестности имеет гиперболическую
планет и  компактных остатках звезд- структуру, показанную на рис. 3.
ной эволюции. Нулевые точки магнит-
ного поля чаще всего появляются в ме- Нулевые точки Х-типа представля-
стах взаимодействия противонаправ- ют собой наиболее важные топологи-
ленных потоков магнитного поля. Про- ческие особенности магнитного поля.
ще всего рассмотреть этот процесс на Это места, где происходит перераспре-
примере всплывающего потока в сол- деление магнитных потоков, что ме-
нечной атмосфере. няет связность линий поля. Д­ авайте

Рис. 2 показывает источники N и S, Земля и Вселенная, 4/2021
соответствующие магнитному полю
активной области. Источники n и  s
формируют новый поток, всплываю-
щий из-под фотосферы  Ph. На рис. 2
источники расположены на прямой ли-
нии, хотя рассмотрение вполне можно
обобщить на произвольные конфигу-
рации источников на фотосфере. Оче-
видно, можно найти точку над возни-
кающим потоком, где противоположно
направленные, но равные по величине
магнитные поля «встречаются». Здесь

10

­проиллюстрируем тако- а A1 б y A2
й процесс на простейшем I δl
примере двух параллель-
ных электрических токов I
равной величины в ­вакууме,

показанных на рис. 4. Маг- X 2l x
нитное поле этих токов
образует три разных пото-

ка в плоскости (x, y). Два из I A1
них относятся к верхнему
и нижнему токам и распо-

ложены внутри сепарат­

рисы – линии поля A1, ко- Рис. 4. Потенциальное поле двух параллельных токов I:
торая образует кривую (а) начальное состояние, 2l – расстояние между токами;
(б) конечное состояние после того, как они сблизились на δl
в  виде восьмерки с  нуле-

вой X-точкой. ­Третий по-

ток, ­расположенный вне

этой кривой, принадлежит обоим то- соединяются в ней, индуцируя элект­

кам и находится вне сепаратрисы. рическое поле, которое может ускорить

Если сместить токи друг к другу, то заряженные частицы в  окрестности

произойдет перераспределение маг- нулевой точки. Однако пересоедине-

нитного потока. Собственные потоки ние в вакууме значительно проще, чем

токов уменьшатся на величину, пока- пересоединение в высокопроводящей

занную двумя затененными кольца- астрофизической плазме.

ми на рис. 4a, в то время как их о­ бщий

поток увеличится на ту же величину МАГНИТНОЕ ПЕРЕСОЕДИНЕНИЕ
В ПЛАЗМЕ
(з­атененная область на рисунке 4б).

Так линия поля A2 становится н­ овой
сепаратрисой конечного состояния.

Этот процесс реализуется следующим Учитывая ненулевое индукционное

образом. Две полевые линии прибли- электрическое поле E, плазма начина-

жаются к X-точке, сливаются там, об- ет дрейфовать со скоростью vd в  маг-
разуя сепаратрису, а затем пересоеди- нитном поле B, как показано на рис. 5a.

няются, формируя линию поля, кото- Направление дрейфа плазмы в скрещи-

рая охватывает оба тока. Такой про- вающихся электромагнитных полях за-

цесс называется пересоединением висит от взаимного расположения век-

силовых линий или магнитным пере- торов E и  B, поэтому на рис. 5a плаз-

соединением. A2  – последняя пересо­ ма движется к  нулевой точке сверху
единенная линия поля. и снизу, но стремится от нее удалить-

Пересоединение имеет фундамен- ся слева и справа. В непосредственной

тальное значение для природы многих близости от нулевой точки магнитное

нестационарных явлений в  астрофи- поле ослабевает и дрейф прекращает-

зической плазме. Процесс магнитно- ся, однако под действием того же элек-

го пересоединения неизбежно связан трического поля E в этом регионе на-

с  генерацией электрического поля  E чинает течь электрический ток J. Соб-

в  окрестности нулевой точки. Ли- ственное магнитное поле тока меняет

нии магнитного поля перемещаются начальную топологию так, что вместо

в  ­нейтральную точку X-типа и  пере­ одной X-точки на оси x появляются две

Земля и Вселенная, 4/2021 11

аB BE симметричные нулевые точки X1 и X2
E vd (рис. 5б). Те же аргументы, касающие­
ся дрейфовых потоков и  раздвоения
vd vd X-точки, применимы к  новым X-точ-
кам. Результатом взаимодействия ли-
EB нейного тока с  внешним гиперболи-
б ческим полем будет формирование
токового слоя в области пересоедине-
E ния. Пересоединяющий токовый слой
(Reconnecting Current Layer, RCL) пока-
X1 J X2 vd зан жирной сплошной прямой линией
на рис. 5в. Направление электрического
в E vd тока может измениться на краях слоя.
RCL Здесь токи могут течь в направлении,
противоположном (обратные токи) по
Рис. 5. (а) Течения плазмы вследствие отношению к основному току (прямой
электрического дрейфа в окрестности ток) в центральной части слоя.
нулевой точки. (б) Появление вторичных
Х-точек – раздвоение исходной нулевой RCL, как правило, по крайней мере
линии, заданной текущим вдоль нее током J. двумерное и двухразмерное образование.
(в) Тонкий пересоединяющий токовый Первое означает, что одномерные мо-
слой (RCL) дели в принципе неадекватны для опи-
сания RCL. Во внимание должны быть
B0 E y приняты оба потока плазмы: вдоль
слоя (оси x на рис. 6) и  поперек слоя.
v0 Наличие двух размеров означает, что
обычно (для достаточно сильного поля
и высокой проводимости, как в солнеч-
ной короне) ширина RCL 2b намного
больше, чем его толщина 2a. Это важно,
так как чем шире пересоединяющий
токовый слой, тем больше накаплива-
емая энергия магнитного поля в обла-
сти взаимодействия п­ ересоединяемых

2a

x

2b
Рис. 6. Простая модель пересоединяющего токового слоя. Толщина слоя 2a, ширина слоя 2b

12 Земля и Вселенная, 4/2021

a б в
y CL A2
A1

δl

x

A1

Рис. 7. Три состояния магнитного поля: (а) начальное состояние; (б) состояние перед
пересоединением с «непересоединяющим» токовым слоем CL; (в) конечное состояние после
пересоединения

потоков. С  другой стороны, неболь- трические токи смещены в их конеч-
шая толщина является причиной вы- ные положения, но линии магнитного
сокой скорости диссипации нако- поля, если проводимость плазмы мож-
пленной энергии, а также возможнос­ но считать бесконечной, еще не нача-
ти возникновения нестационарных ли пересоединяться. В плазме беско-
процессов в токовом слое. Солнечные нечной проводимости пересоедине-
вспышки и подобные явления в астро- ние взаимодействующих магнитных
физической плазме являются резуль- потоков предотвращает расположен-
татом б­ ыстрого преобразования избы- ный вдоль нейтральной линии X-типа
точной энергии магнитного поля токо- «непересоединяющий» токовый слой
вого слоя в тепловые и направленные (Current Layer, CL). Энергия подобно-
движения плазмы, а также кинетиче- го взаимодействия называется свобод-
скую энергию ускоренных частиц. ной ­энергией магнитного поля – это та
энергия, которая заключена в магнит-
Вернемся к примеру пересоедине- ном поле токового слоя. Из-за конеч-
ния магнитного поля двух параллель- ной проводимости а­ строфизической
ных проводников. Пусть теперь эти плазмы магнитное ­пересоединение
проводники сближаются в высокопро- происходит медленно (или быстро) в
водящей плазме. Начальное (рис. 7а) зависимости от того, насколько высо-
и  конечное (рис. 7в) состояния маг- ка (или низка) проводимость. В любом
нитного поля около этих проводников случае конечное состояние (рис. 7в)
те же, что и на рис. 4. Однако, в отли- после пересоединения оказывается
чие от случая пересоединения в  ва- тем же, что и  состояние на рис. 4б с
кууме, в астрофизической плазме по- линией поля A2 в качестве сепаратри-
является промежуточное состояние. сы конечного состояния или послед-
Назовем его состоянием перед пере- ней пересоединенной линии.
соединением. В  этом состоянии элек-
13
Земля и Вселенная, 4/2021

МАГНИТНОЕ ПЕРЕСОЕДИНЕНИЕ имущественно связаны с  сильными
НА СОЛНЦЕ сложными магнитными полями. Оцен-
ки энергии, необходимой для питания

Впервые о  наблюдении вспышки на больших вспышек, вместе с их ассоци-
Солнце в  белом свете сообщили Кэр- ацией с  магнитным полем, привели
рингтон и  Ходжсон в  1859 г. Истори- к выводу о том, что вспышки должны
чески такие вспышки белого света иметь электромагнитное происхожде-
считались исключительно мощными ние. Постепенно становилось все яс-
импульсными событиями солнечной нее, что вспышка – это результат пере-
соединения силовых линий магнитного

активности. Фактически частота появ- поля в короне Солнца.

ления, а также интенсивность солнеч- Согласно современным представле-

ных вспышек действительно следуют ниям, перед вспышкой происходит про-

11-летнему циклу образования солнеч- цесс накопления свободн­ ой магнитной

ных пятен. С началом частых наблюде- энергии в короне и хромосфере Солнца.

ний вспышек в 1920-е годы понимание Свободной является избыточная энер-

процессов, приводящих к  солнечным гия, превышающая энергию потенци-

вспышкам, стало важной насущной за- ального магнитного поля, то есть того

дачей астрофизики. Уже ранние иссле- поля, чьим источником служат пятна и

дования показали, что вспышки пре- ф­ оновые поля в фотосфере. Другими сло-

вами, свободная энергия

Рис. 8. Классическая схема магнитного пересоединения магнитного поля связана
в солнечной вспышке. Три состояния магнитного поля: (a) с электрическими токами
начальное состояние, (б) состояние перед пересоединением, над фотосферой. Быстрым
(в) конечное состояние после пересоединения изменениям этих токов
соответствует солнечная

a A2 Ch Ph вспышка. Итак, стоит раз-
N X Sx личать две принципиаль-
ные стадии: (1) медленное
A1 накопление энергии и (2) ее
быстрое высвобождение, то
sn есть вспышку.

Вновь обратимся к клас-
сическому примеру эволю-

RCL ции квадрупольной (с че-
б тырьмя источниками маг-
нитного поля) конфигу-

рации солнечных пятен,

показанной на рис. 8. Пят-

Ns n S на противоположной по-
лярности N и S представ-

A2 ляют биполярную группу
в пятен в ­активной области,

A1 пятна n и  s моделируют
­новый всплывающий из-

под фотосферы поток. Все

Ns n четыре пятна расположены
S вдоль оси x, р­ асположенной

14 Земля и Вселенная, 4/2021

в п­ лоскости фотосферы Ph, X S1
над которой расположена S2
хромосфера Ch. Как и  на

рис. 7, здесь показаны три Ph X2 en S
не последовательных со- N es X1 eS
стояния магнитного поля.
Линия A1 является сепара- eN Q zʹ
трисой начального состоя-
ния (рис. 8a). Эта линия бу-
дет пересоединяться пер-
вой. X – нейтральная точка

потенциального поля в на- xʹ X1 yʹ
чальном состоянии, в этом
месте формируется пересо-

единяющий токовый слой Рис. 9. Модель магнитного поля четырех пятен
попарно противоположной полярности. Пятна N и S
на рис. 8б. Линия магнит- лежат в плоскости фотосферы Ph. Сепаратрисы S1 и S2
пересекаются на сепараторе X1X X2 выше плоскости Q
ного поля A2 представляет
собой сеператрису конеч-

ного состояния (рис. 8в), эффективных магнитных «зарядов» eN, eS, en и es

или последнюю пересое-

диненную линию поля. Три

сплошные стрелки под фотосферой на eS, en и  es, совсем не обязательно рас-
рис. 8б показывают медленное всплытие положенные вдоль одной прямой, как

нового магнитного потока (пятна n и s). на рис. 8. Эти заряды лежат в некото-

Пятна увеличились, но силовые линии рой плоскости  Q под фотосферой  Ph

еще не начали пересоединяться. Точнее, (рис. 9). Они являются лишь упрощаю-

они пересоединяются слишком медленно щим математическим приемом – маг-

из-за очень высокой электропроводно- нитные заряды в  природе не обнару-

сти плазмы в солнечной короне. В пер- жены, и  все магнитные поля связаны

вом приближении этим медленным пере- с  какими-нибудь электрическими то-

соединением можно пренебречь. ками. Однако понятие магнитного за-

В общем случае перераспределение ряда может быть полезно, к  примеру,

потоков возникает в  результате мед- для воспроизведения основных харак-

ленных движений и изменений источни- теристик наблюдаемого магнитного

ков магнитного поля в фотосфере. Эти поля, связанного с четырьмя наиболее

изменения могут быть результатом важными пятнами: N, S, n и s. Как след-

либо всплытия новой трубки магнит- ствие, такая квадрупольная модель вос-

ного поля из-под фотосферы (рис. 8), производит только крупномасштабные

либо других движений фотосферной особенности фактического поля коро-

плазмы, в  частности сдвиговых пото- ны, связанного с этими пятнами.

ков  – неоднородных горизонтальных Основными особенностями магнит-

потоков вдоль нейтральной линии фо- ного поля на рис. 9 являются две маг-

тосферного магнитного поля. По этой нитные поверхности, также называе-

причине реальное пересоединение мые сепаратрисами S1 и S2. Они разде-
магнитных полей в  солнечной атмос- ляют все пространство над ф­ отосферой на

фере – всегда трехмерное явление. четыре области и, соответственно, все

Рассмотрим ­четыре ис­точника маг- магнитное поле на четыре магнитных

нитного пол­ я – магнитные «­заряды» eN, потока, имеющих разные связи. Линии

Земля и Вселенная, 4/2021 15

B ­аккумулировать энергию,
необходимую для сол-

нечной вспышки. Реаль-

X2 en X ные силовые линии, под-
ключенные к  сепарато-

eN es ру, показаны на рис. 10.

eS Они приходят к  ­нулевой
X-точке где-то на сепа-

X1 раторе. Если источники

магнитного поля переме-

Q щаются или изменяют-
ся, поле также претерпе-

вает изменения. В  отсут-

Рис. 10. Линии поля, расположенные в сепаратрисах ствие плазмы некоторые
и подключенные к сепаратору за счет трехмерного магнитные потоки прохо-
пересоединения в точке X. Вектор B показывает дят через сепаратор и пе-
продольную составляющую магнитного поля на сепараторе ресоединяются так, что

магнитное поле в  целом

RCL остается потенциальным.
Сепаратор, в  отличие от

нулевой линии, содержит

продольную компонен-

ту магнитного поля, од-

J нако в  присутствии сол-
нечной плазмы он игра-
eN eS ет ту же роль, что и нуле-

вая линия. В  частности,

как только появляется се-

паратор, электрическое

Рис. 11. Схематический вид пересоединяющего токового слоя поле E0, индуцированное
(RCL) на сепараторе с полным током J меняющимся магнитным

полем – создает электри-

ческий ток  J вдоль сепа-

поля сгруппированы в четыре области ратора. Ток принимает форму тон-

в соответствии с их источниками. Се- кого широкого токового слоя (рис. 11).

паратрисы потенциального магнитного В плазме высокой проводимости токо-

поля формируются из силовых линий, вый слой препятствует перераспреде-

начинающихся или заканчивающихся лению магнитных потоков, их пересо-

в нулевых точках X1 и X2. Линия X1XX2, единению. Процесс медленного пере-
лежащая на пересечении двух сепара- соединения приводит к  накоплению

трис принадлежит всем четырем пото- энергии в  форме магнитной энергии

кам (два пересоединяющихся и два пе- токового слоя – свободной магнитно-

ресоединенных потока), которые взаи- й энергии. Если по какой-то причине

модействуют на этой линии – трехмер- процесс пересоединения становится

ном магнитном сепараторе. быстрым, свободная энергия магнит-

Модель потенциального магнит- ного поля быстро преобразуется в ки-

ного поля не включает никаких то- нетическую энергию частиц. Происхо-

ков, и  поэтому в  ней невозможно дит вспышка.

16 Земля и Вселенная, 4/2021

РОЛЬ СХОДЯЩИХСЯ ТЕЧЕНИЙ женную центральную часть активной
В ФОТОСФЕРЕ области с ее внешней частью (не пока-
зана). Для простоты рассмотрим сим-
Двумерные модели пересоединения метричные магнитные поверхности 1′
в солнечных вспышках являются чрез- и 2′. Силовые линии f1′ и f2′ имеют вер-
мерным упрощением и не могут объ- тикальную составляющую Bz противо-
яснить всех особенностей реальных положного знака относительно линий
вспышек. Однако их рассмотрение f1 и f2. Среди магнитных поверхностей,
может быть полезным для определе- показанных на рисунке, две топологи-
ния недостающих элементов модели- чески важны: сепаратрисы S1 и S2, пе-
рования вспышки. Рассмотрим трех- ресекающиеся на сепараторе X.
компонентное пересоединение на се-
параторе в  двух измерениях. С  этим Пусть рис. 12a описывает начальное
упрощением сепаратор представляет состояние магнитной конфигурации.
собой прямую линию X в  короне над Сходящиеся фотосферные потоки пере-
нейтральной линией NL в  плоскости мещают основания магнитных поверх-
фотосферы Ph (рис. 12a). Чтобы уточ- ностей на расстояние δx друг к  другу.
нить обозначения на рис. 12a, начнем На сепараторе X возникает медленно
с  классического примера пересоеди- пересоединяющий токовый слой (RCL
нения в плоскости (x, z). С точки зре- на рис. 12б), который препятствует пе-
ния двумерной модели, это означает, рераспределению взаимодействующих
что все неизвестные функции не зави- магнитных потоков. Это приводит к на-
сят от координаты y. Кроме того, пред- коплению избыточной энергии в виде
положим пока, что продольная компо- энергии магнитного поля RCL. Если J –
нента магнитного поля на сепараторе полный электрический ток в  RCL, b –
By отсутствует. полуширина токового RCL, то величи-
на свободной энергии равна
Выше плоскости фотосферы на
рис. 12a приведены шесть магнитных εf = L / 2c2 · J 2.
поверхностей. На рис. 8 эти поверх-
ности соответствуют силовым линиям Здесь 2l
магнитного поля только в  одном сре- b
зе, например, в плоскости пересоеди- L ≈ 2l ln
нения (x,  z), то есть при y = 0. Сейчас
мы для простоты полагаем, что во всех – самоиндукция RCL, l  – его длина
остальных плоскостях с  y ≠ 0 пересо­
единение протекает аналогично. Это вдоль сепаратора.
не обязательно верно в целом и никог-
да не верно в трехмерных конфигура- В случае Бастильской вспышки дли-
циях магнитного поля в активных об-
ластях на Солнце. на вспышечной аркады составила

Магнитная поверхность 1 на рис. 12a ~120 000 км, то есть l ~ 1010 см. При ти-
состоит из силовых линий, идентичных
линии f1, начинающейся в точке a. По- пичной ширине RCL b ~ 109 см
верхность 2 состоит из силовых линий
типа линии f2. Силовые линии магнит- εf = 3 · 108 J(A)2, эрг.
ного поля f1 и f2 окаймляют м­ агнитный
поток, идущий куда-то вверх (z > 0) Следовательно, необходим ток
и влево (x < 0) и соединяющий изобра- J ~ 3 · 1011–1012 А для такой большой

Земля и Вселенная, 4/2021 вспышки, как Бастильская, чтобы обе-

спечить характерную энергию

εf = 3 · 1031 – 3 · 1032, эрг.

Такие оценки не противоречат оцен-
кам электрического тока на ­основе
измерений компонент м­ агнитного
поля в  фотосфере активной области

17

S1 1 2 f2 f1 S2 1ʹ 2ʹ
a f1ʹ X

X a zy f2ʹ
Ph
xb
NL

б f2 f1 f1ʹ RCL

Ph z y f2ʹ
δx x

NL

в f2 f1 f1ʹ
f2ʹ
X
Ph f2 f1 f1ʹ f2ʹ
Paʹ Pb Pbʹ
NL δxʹ
δxʹ Pa

Рис. 12. (а) Начальное состояние магнитного поля. Сепаратрисы S1 и  S2 пересекаются на
сепараторе X. (б) Сходящиеся потоки в фотосфере формируют пересоединяющий токовый слой
(RCL) в короне. (в) Видимое движение оснований петель в процессе пересоединения. Расстояние
между основаниями вспышечных петель увеличивается со временем

18 Земля и Вселенная, 4/2021

NOAA 9077. Точнее, разница непотен- ­хромосферных ярких пятен Pa и  Pb,
циальной энергии магнитного поля до связанных с этой линией, как показано
14 июля и после Бастильской вспышки на рис. 12c. Фактически две пересоеди-
оказывается даже выше, чем предска- нившиеся силовые линии создают две
зывают приведенные выше оценки. Это другие силовые линии иной м­ агнитной
означает, что некоторая часть свобод- связности. На рис. 12c есть две линии
ной энергии накапливается как допол- поля f1f1′: одна идет вниз (в  хромо­
нительная энергия, связанная с фото­ сферу), вторая движется вверх (в меж-
сферным сдвигом и фотосферным пересо- планетное пространство). Линии поля,
единением. С другой стороны, во время движущиеся вверх, формируют КВМ.
Бастильской вспышки полная тепло- Силовые линии f2 и f2′ пересоединяют-
вая энергия составляла ≤ 3 × 1031 эрг., ся позже. Они производят новую пару
что меньше полной энергии вспышки. пятен Pa′ и Pb′ в других точках хромо­
Это объясняется тем, что значительная сферы. Очевидно, что расстояние между
часть энергии вспышки преобразуется пятнами Pa′ и Pb′ больше, чем расстоя-
в  кинетическую энергию быстрых по- ние между пятнами Pa и Pb.
токов плазмы (КВМ) и энергию ускорен-
ных частиц. Следовательно, модель плоского пе-
ресоединения с  вертикальным RCL
Что можно ожидать в  р­ езультате предсказывает, что вспышечные яр-
­быстрого пересоединения в  RCL во кие ядра, наблюдаемые в  EUV, HXR
время вспышки? Быстро пересоеди- или Hα, должны двигаться в противо-
няющий токовый слой обеспечивает положных направлениях от фотосфер-
мощные потоки энергии вдоль пере- ной нейтральной линии. Однако с на-
соединенных силовых линий. Эти по- блюдательной точки зрения реальные
токи, попадая в верхнюю хромосферу, солнечные вспышки не так просты. Су-
вызывают импульсный нагрев хромо­ ществуют некоторые существенные
сферной плазмы до высоких темпера- особенности, необъяснимые стандарт-
тур. Быстрые электроны (ускоренные ной моделью.
и сверхгорячие) теряют энергию на ку-
лоновские столкновения с  тепловы- РОЛЬ СДВИГОВЫХ ТЕЧЕНИЙ
ми электронами плазмы. Это создает В ФОТОСФЕРЕ
гидродинамический и ­радиационный
­отклик хромосферы, ­наблюдаемый Выше мы пренебрегли составляющей
в  SXR, EUV и  оптическом излучении. магнитного поля, параллельной сепа-
Неупругие столкновения быстрых элек- ратору, чтобы обсудить классический
тронов с тепловыми протонами и дру- пример двумерного пересоединения.
гими ионами генерируют тормозное Однако в  реальных условиях солнеч-
HXR-излучение, в связи с чем основа- ной атмосферы пересоединение всег-
ния пересоединенных силовых линий да происходит при наличии продоль-
также становятся яркими в HXR. Яркие ной компоненты поля. Кроме того,
HXR-ядра во вспышечных лентах по- продольная составляющая магнитно-
зволяют найти места в короне, где про- го поля вблизи сепаратора имеет не-
цесс магнитного пересоединения име- сколько важных физических послед-
ет наибольший темп и  порождает са- ствий для процесса пересоединения
мые мощные потоки энергии. в  солнечных вспышках. Рассмотрим
­только те из них, которые являют-
Поскольку силовые линии магнит- ся важными для понимания видимых
ного поля f1 и f1′ пересоединяются пер- движений хромосферных лент и ярких
выми, они образуют первую пересо­
единенную линию f1f1′ и  первую пару 19

Земля и Вселенная, 4/2021

­HXR-ядер во время большой двухлен- чтобы иметь значение. На рис. 13b, пе-
точной вспышки. реходном между начальным и  конеч-
ным, источники магнитного поля в фо-
В  непосредственной близости от тосфере уже переместились в  их по-
сепаратора X продольная компонен- ложения перед вспышкой, но силовые
та B естественно доминирует, потому линии магнитного поля еще не начали
что ортогональная (перпендикулярная пересоединяться. Фотосферные сдви-
к сепаратору) компонента вектора поля говые потоки вносят дополнительную
B⊥ обращается в  нуль на сепараторе. энергию в состояние перед пересоеди-
По  этой очевидной причине силовые нением. Это энергия магнитного на-
линии магнитного поля, проходящие тяжения, создаваемая сдвигом из-за
вблизи сепаратора, вытягиваются вдоль «вмороженности» солнечной плазмы
него (рис. 10). Получается, что ортого- в магнитное поле: сдвиговый поток ув-
нальные компоненты магнитного поля лекает систему поле–плазма, заставляя
активно участвуют в пересоединении, полевые линии удлиняться.
а  продольные  – нет. Следовательно,
продольная составляющая играет от- Стадия быстрого пересоединения,
носительно пассивную роль в тополо- т.е.  импульсная фаза вспышки, пока-
гическом аспекте процесса, но влияет зана на рис. 13c. Движущиеся вверх
на физические свойства RCL, в частнос­ со скоростью  U силовые линии могут
ти на скорость пересоединения. принимать витую жгутообразную фор-
му, составляя центральную часть КВМ.
Рисунок 13 показывает случай изме- Самое быстрое высвобождение энер-
нения продольных, или сдвиговых, фо- гии в верхней части сепаратора созда-
тосферных скоростей v в основаниях ет сначала пару хромосферных ярких
разных силовых линий f1, и  f2, разме- точек Pa и Pb, связанных с первой пе-
щенных на разных магнитных поверх- ресоединенной линией f1f1′. Затем ли-
ностях  1 и  2. Сходящиеся с  противо- нии поля f2 и f2′, пересоединившись, об-
положных сторон нейтральной линии разуют линию f2f2′ с парой ярких точек
NL-течения в фотосфере Ph формиру- Pa′ и Pb′. Видимое смещение оснований
ют RCL вдоль сепаратора X в  короне петель, от Pa к Pa′ и от Pb к Pb′, состоит
(рис. 13b). Кроме того, к  сходящемуся из двух слагаемых: δx′ и δy′. Первое, δx′,
потоку в фотосфере добавляется сдви- имеет ту же физическую природу, что
говый поток. Сепаратрисы S1 и S2 ока- и  в  классическом двумерном пересо­
зываются вовлечены в крупномасштаб- единении. Второе, δy′, связано с увели-
ное сдвиговое движение вместе с близ- чением длины линий магнитного поля
лежащими поверхностями 1, 2, 1′ и 2′. на двух разных магнитных поверх-
Когда линия поля, например, линия f1, ностях, создаваемом фотосферными
перемещается ближе к н­ ейтральной сдвиговыми потоками вдоль этих по-
линии NL, она удлиняется вдоль NL верхностей. Следовательно, смещение
под действием сдвигового течения. Ли- δy′ во время вспышки представляет со-
нии поля, изначально находившиеся бой эффект релаксации непотенциаль-
в плоскости (x,  z)  – выходят из этой ной составляющей магнитного поля,
плоскости под действием сдвигово- связанной с фотосферным сдвиговым
го потока, за исключением ­верхней течением.
границы короны, которая для про-
стоты иллюстрации предполагается Две пересоединенные силовые ли-
неподверженной воздействию фото­ нии f1f1′ и  f2f2′ имеют разные величи-
сферного сдвига. ны продольной компоненты магнит-
ного поля B. Так как линия f1f1′ на
Вновь предполагаем, что пересоеди- рис. 13c пересоединилась раньше, чем
нение происходит слишком медленно,
Земля и Вселенная, 4/2021
20

a S1 1 2 f2 f1 S2 1ʹ 2ʹ
f1ʹ X
X
Ph a zy f2ʹ

NL x
b

б f1ʹ RCL

Ph f1 f1ʹ
δx f2
f2ʹ
NL v zy v
x

U

в f2 f1 X
f2ʹ
Ph f2
δxʹ f1 f1ʹ
Pa Paʹ
NL f2ʹ Pbʹ
Pb

v δyʹ
δxʹ

Рис. 13. (а) Начальная конфигурация магнитного поля та же, что на рис. 12. (б)  Сходящийся
фотосферный поток формирует RCL на сепараторе X. Кроме того, сдвиговое течение
в  фотосфере v растягивает силовые линии, что увеличивает энергию магнитного поля.
(в) Уменьшающееся расстояние между основаниями петель в следствие релаксации сдвига

Земля и Вселенная, 4/2021 21

линия f2f2′, то в процессе пересоедине- объяснить некоторые особенности ре-
ния продольное поле на сепараторе B альных вспышек.
уменьшилось. В то же время уменьши-
лось и расстояние между яркими осно- Тип II содержит движения HXR-­
ваниями петель вдоль оси y. Такой эф- источников вдоль SNL в противополож-
фект невозможно наблюдать в  стан- ных направлениях (рис. 14б). Такие дви-
дартной двумерной модели с­ олнечной жения характерны для четверти вспы-
вспышки. С  другой стороны, если бы шек. Этот тип движений указывает на
вторая линия поля f2f2′ пересоединялась то, что пересоединяющиеся силовые ли-
раньше, чем первая (если бы она лежала нии сильно растянуты. Угол их наклона
на более близкой к сепаратору магнит- по отношению к SNL меняется по мере
ной поверхности), то продольное поле развития вспышки. Средняя скорость
на сепараторе B в процессе пересоеди- HXR-источников во II типе вспышек,
нения увеличилось бы, а  яркие пятна ~35–40 км/с, значительно выше с­ редней
в основании петель раздвинулись на δy′. скорости во вспышках I типа, ~15 км/c.
Разница между количеством вспышек
НАБЛЮДАЕМЫЕ ДВИЖЕНИЯ I  и  II типа говорит о том, что магнит-
ЯРКИХ ОСНОВАНИЙ ные структуры с сильным сдвигом более
естественны для производства вспышек,
Стандартная модель вспышки предска- чем простые двумерные конфигурации
зывает увеличение расстояния между без сдвиговых потоков в фотосфере.
яркими основаниями петель на протя-
жении вспышки, поскольку в  процесс Тип III аналогичен типу II, за исклю-
пересоединения вовлекаются все более чением того, что HXR-источники дви-
далекие линии магнитного поля. Более жутся в  одном направлении вдоль SNL
полная трехмерная модель пересоедине- (рис. 14в). Так себя проявляет каждая тре-
ния говорит о том, что уменьшение рас- тья вспышка. Параллельные движения
стояния в определенных условиях также оснований петель связаны с  «горизон-
возможно. Первые наблюдения с борта тальным» движением области наиболее
RHESSI подтвердили регулярные, но бо- эффективного энерговыделения вдоль
лее сложные, чем предсказывает стан- сепаратора. Средняя скорость этих дви-
дартная модель, движения оснований жений также составляет около 35–40 км/с.
петель. Так, к примеру, в ­рассмотренной
Бастильской вспышке, кроме прочего, Остальные движения в первом при-
наблюдались движения ярких HXR-­ядер ближении могут быть описаны как со-
от большего сдвига вдоль нейтральной четание трех основных типов (рис. 14д).
линии к меньшему. Среди всех возмож- Доминирующая часть, ~80% вспышек
ных типов движения HXR-источников показывают четкую или смешанную
стоит выделить три основных. картину движений HXR-источников,
свидетельствующую о том, что описан-
Тип I представляет собой движение ные три типа движений являются ос-
ярких оснований почти перпендику- новными элементарными движения-
лярно упрощенной ­нейтральной ­линии ми ярких оснований петель в солнеч-
(Simplified Neutral Line, SNL), пред- ных вспышках. Кроме того, они име-
сказываемое стандартной моделью ют ясную физическую природу: тип I
вспышки (рис. 14a). Однако менее 5% представляет собой пересоединение
вспышек демонстрируют такую карти- в короне, тип II указывает на релакса-
ну движения. Стандартная модель – это цию сдвига, а тип III связан с движени-
сильное упрощение, которое не м­ ожет ем области быстрого пересоединения
по сепаратору.
22
Каковы причины доминирования
одного или двух типов движений над

Земля и Вселенная, 4/2021

a б
225
–400
215 –410
–420
195 –430

175

155 –440
–205 –185 –165 –145 –125 –105 –530 –520 –510 –500 –490

в г
375 07-JUN-00 (X1.2) 15:44:06–15:46:46 UT –240 12-APR-01 (X2.0) 10:15:34–10:20:19 UT

359 –250

343 –260

327 –270

311 –280

295 –8 8 24 40 –290555 565 575 585 595 605
–40 –24

Рис. 14. Различные типы движений HXR-источников (стрелки) на фоне магнитограммы.
Пунктирные и  сплошные линии под стрелками отмечают соответственно начальное
и  конечное положения источников. Прямая полупрозрачная линия показывает упрощенную
нейтральную линию (SNL) поверх нейтральной линии магнитограммы (ломаная сплошная
линия). (a) I тип; (б) II тип; (в) III тип; (г) комбинация I и II типов

другими в разных вспышках? Ясно, что магнитных полей (с целью реконструи-
не только структура магнитного поля ровать топологию коронального поля),
активной области (а точнее, его топо- но и их эволюцию в течение достаточ-
логия) определяет характер вспышки. но длительного времени до вспышки.
Так медленная эволюция магнитно-
го поля до вспышки влияет на способ Литература
накопления энергии в активной облас­
ти. Поэтому в  целом, чтобы ответить Somov B.V. Plasma Astrophysics, Part I,
на поставленный вопрос в конкретном Fundamental and Practice, Second Edition. New
событии, следует проанализировать не York: Springer, 2013.
только распределение фотосферных Somov B.V. Plasma Astrophysics, Part II,
Reconnection and Flares, Second Edition. New
Земля и Вселенная, 4/2021 York: Springer, 2012.

23

Гелиофизика

СОЛНЦЕ ПОД МИКРОСКОПОМ —
ПРИРОДА ВСПЫШЕК.
МИКРО- И НАНОВСПЫШКИ

БОГАЧЕВ Сергей Александрович,

доктор физико-математических наук

УЛЬЯНОВ Артём Сергеевич,

кандидат физико-математических наук

КИРИЧЕНКО Алексей Сергеевич,

кандидат физико-математических наук

ЛОБОДА Иван Петрович,

кандидат физико-математических наук

РЕВА Антон Александрович,

кандидат физико-математических наук
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН)

DOI: 10.7868/S0044394821040022

В се мы живем в объятиях Солнца – вспышек. Воздействие этих факторов
ближайшей к  нам звезды. Это со- на живые организмы, в том числе орга-
седство приносит нам тепло и  свет  – низм человека, имеет исключительно
основу для жизни. В то же время Солн- негативные последствия, что лишний
це является источником жесткой ра- раз напоминает нам на какой приспо-
диации, а  также энергичных частиц, собленной для жизни планете мы жи-
распространяющихся от него в сторо- вем. Земля защищает нас от жестких
ну планет, в том числе в сторону Зем- солнечных излучений благодаря нали-
ли. Особенно много таких частиц и из- чию достаточно плотной атмос­феры.
лучений возникает во время солнечных Также Земля  – единственная из пла-

24 Земля и Вселенная, 4/2021

Художественная иллюстрация влияния Солнца на Землю.
Изображение с сайта Европейского космического агентства https://www.esa.int

нет близкого типа (к  нему еще отно- посмотреть ­научные публикации, то
сятся Венера и Марс), которая обладает именно крупные вспышки привлека-
магнитным полем, отклоняющим заря- ют к себе наибольшее внимание, изу-
женные частицы, которыми нас «бом- чаются наиболее подробно. Так серия
бардирует» Солнце. В настоящее время наиболее крупных солнечных вспы-
сформирована и развивается новая от- шек в XXI веке произошла в конце ок-
расль знаний, изучающая многочислен- тября – начале ноября 2003 г., а рабо-
ные аспекты влияния Солнца на Землю, ты по их исследованию все еще про-
которая называется космическая погода. должаются и публикуются в наши дни,
спустя почти 20 лет.
Если задаться вопросом, какие со-
бытия на Солнце в  первую очередь Вместе с тем, если задуматься о та-
должны интересовать ученых, то са- ком подходе к изучению Солнца более
мый естественный ответ на него – это глубоко, то может возникнуть и иной
крупные события, влияющие на ­Землю вопрос. Крупные события ­могут быть
и на окружающее космическое прост­ зарегистрированы с помощью самых
ранство. Действительно, не вызыва- простых инструментов. Известно, что
ет с­ омнения, что чем более масштаб- во время крупных солнечных вспышек
ные процессы происходят на Солн- за несколько секунд на Солнце выде-
це  – например, чем мощнее солнеч- ляется порой энергия, равная потре-
ная вспышка – тем опаснее будут их блению энергии человечеством за не-
последствия. И тем пристальнее долж- сколько миллионов лет. Пропустить та-
ны изучать эти события ученые. Если кое событие просто невозможно, и той

Земля и Вселенная, 4/2021 25

десятилетия XXI века про-

изошел следующий ска-

чок. Точность выросла до

1–1.5 тысяч километров,

как в зарубежных (напри-

мер, аппараты STEREO,

запущенные в 2006 г.), так

и  в  российских проектах

(спутник КОРОНАС-Фо-

тон, выведенный на ор-

биту в 2009 г.). И, наконец,

в  2010-м в  космос была

Новейшая солнечная обсерватория НАСА – SDO. Запущена выведена наиболее совре-
в 2010 г. Изображение с сайта НАСА https://www.nasa.gov менная солнечная обсер-

ватория мира, SDO (Solar

Dynamics Observatory),

точности солнечных инструментов, предоставившая изображения Солн-

которыми человечество располагало, ца с детализацией около 500 км. Этот

скажем, в  семидесятые-восьмидеся- спутник все еще работает и продолжа-

тые годы прошлого века, то есть 40– ет посылать на Землю снимки такой

50 лет назад, с запасом хватало как для точности в режиме реального време-

обнаружения, так и для исследования ни.

вспышек такой силы. Если так, то мож- Что хотят увидеть ученые на Солнце

но задуматься, что является движущей (крупнейшем объекте нашей системы,

силой, заставляющей ученых вводить диаметр которого превышает диаметр

в  строй все более совершенные сол- Земли более чем в 100 раз и составляет

нечные инструменты? Особенно это около 1.5 миллионов километров) с та-

заметно в применении к космическим кой детализацией? Ведь характерные

обсерваториям, являющимся наибо- размеры солнечных вспышек состав-

лее мощным средством исследования ляют сотни тысяч километров, и для их
Солнца. Так в восьмидесятых-девяно- изучения такая точность кажется явно
стых годах XX века достаточной счи- избыточной. Зачем на Солнце наводят

талась точность наблюдения Солнца телескопы, которые по своему назна-
из космоса с детализацией 5–10 тысяч чению и точности все больше напоми-
километров. Такую точность, в  част- нают противоположный инструмент,
ности, имела запущенная в 1980 г. за- микроскоп? Давайте попробуем разо-
рубежная обсерватория SMM (Solar браться и заодно понять, куда же дви-
Maximum Mission), а также отечествен- жется современная физика Солнца на
ные солнечные телескопы, работав- этом пути и  какие задачи она ставит
шие на космической станции Фобос‑2 перед собой.
в  1988 г. и  на спутнике ­КОРОНАС-И

в  1994 г. Уже в  конце 90-х  – начале ПРИРОДА СОЛНЕЧНЫХ
2000-х годов детализация космических ВСПЫШЕК
наблюдений Солнца была доведена до

2–5  тысяч километров. Такие сним-

ки давали российские и  зарубежные Солнечные вспышки были обнаружены

телескопы на аппаратах КОРОНАС-Ф в середине XIX века как незначительный

(2001) и SOHO (1996). В конце первого и  кратковременный рост светимости

26 Земля и Вселенная, 4/2021

­поверхности Солнца на отдельном его кое вспышки. Мы попробуем подтвер-
участке. Выглядело это так, как будто дить эти слова и  проследим, как шла
произошел какой-то быстрый процесс, цепочка рассуждений, которая приве-
из-за чего из без того яркое Солнце ла к этому пониманию. Начнем с про-
стало в этом месте на короткое время стого утверждения, что вспышка – это
еще более ярким. Наиболее известным «взрыв», то есть выделение энергии.
научным сообщением о вспышке ста- Энергия же, прежде чем выделить-
ло сообщение английского астронома ся в  виде взрыва, должна быть запа-
Ричарда Кэррингтона, который 1 сен- сена в каком-то виде. В бытовых (если
тября 1859 г. наблюдал и  описал не­ можно так выразиться) взрывах энер-
обычно яркую вспышку на Солнце, гия почти всегда является химической.
ставшую через два дня причиной наи- Сами взрывы же представляют со-
более известной геомагнитной бури бой химическую реакцию – чаще все-
в  новейшей истории  – события Кэр- го ту или иную разновидность реак-
рингтона. И  вспышку, и  последовав- ции окисления. Это же касается и  во-
шую за ней магнитную бурю многие енных взрывчатых веществ, за исклю-
считают крупнейшими в современной чением атомных взрывов, где энергия
истории наблюдений, происходящими черпается из внутриядерных источни-
не чаще чем раз в несколько сотен лет. ков. Да, на ранних стадиях науки эти
Последовавшее за этим полутораве- источники энергии рассматривались
ковое исследование вспышек привело и  в  применении к  Солнцу. Например
к достаточно ясному пониманию, что первые теории, объясняющие его све-
это за события, хотя и  почти не при- чение, предполагали, что на Солнце го-
близило нас к  возможности предска- рят залежи угля. Но в наше время, ког-
зания вспышек. Это не является пара- да спектральный анализ (определе-
доксом, так как, например, знание, что ние веществ по линиям их излучения)
молния  – это электрический разряд, дал точное представление о химиче-
само по себе никак не помогает про- ском составе Солнца, стало ясно, что
гнозировать место и силу предстоя­щих на Солнце нет ни угля, ни каких-либо
гроз. Для этого требуется гораздо боль- иных горючих веществ, а  состоит оно
ше информации. Так и понимание, что на 99% из протонов, электронов и ядер
такое вспышка, почти никак не помо- гелия с  небольшими примесями дру-
гает в  предсказании их предстоящей гих элементов. Чуть более сложным
силы и места формирования. Впрочем, является вопрос о  ядерных реакциях.
это тема для отдельной статьи. Заме- Они на Солнце идут, причем именно
тим лишь, чтобы завершить этот воп­ эти реакции и объясняют природу сол-
рос, что в настоящее время возможно нечной светимости. Однако для того,
оценить вероятность вспышек большой чтобы запустить эти реакции – требу-
и  средней силы примерно на 1–2 дня ется температура выше 7 миллионов
вперед. Соответственно, если в печати градусов, а  также чрезвычайно высо-
встречаются сообщения: «Ученые ожи- кие плотности вещества. В частности,
дают в конце года гигантскую вспышку в центре Солнца (где и идут эти реак-
на Солнце», на них можно не обращать ции), плотность достигает 160 тонн на
внимания. Максимум, что можно оце- кубометр, что в 14 раз тяжелее свинца.
нить – это что будет на Солнце завтра Таких условий во внешней атмосфере
или послезавтра. Солнца (где происходят вспышки) нет.
Да, внешняя оболочка Солнца раска-
Тем не менее, как было сказа- лена по земным меркам до огромных
но выше, ученые понимают, что та-
27
Земля и Вселенная, 4/2021

Солнце – это, без преуве-

личения, магнитная звез-

да. Попробуем понять, что

из этого следует.

На первый взгляд, не

следует из этого поч-

ти ничего. Действитель-

но, какую энергию мож-

но извлечь из магнитного

поля? Казалось бы, сколь-

ко ни тряси магнит, ни-

какого взрыва или хотя

бы тепла из него не по-

лучишь. Наверное, маг-

нитное поле обладает ка-

кой-то энергией, но как

ее извлечь? Поиск ответа

на этот вопрос и приводит

нас к пониманию, что же

такое вспышка. Прежде

Солнечные магнитные поля. Структура из магнитных всего да, магнитное поле
петель над поверхностью Солнца. Изображение с сайта обладает энергией, при-
космической обсерватории SDO https://sdo.gsfc.nasa.gov чем вполне определенной

и  измеряемой. Если вы-

разить силу м­ агнитного

­температур, около 1 миллиона граду- поля буквой  B, то в  каждой единице

сов, но их все же недостаточно. Осо- объема, занятой этим полем, появит-

бенно плохо дело обстоит с плотностью ся дополнительная энергия, равная
газа. Внешняя атмосфера Солнца состо-
ит из газов, плотность которых в мил- B2 / 8p, где p  – всем известное число
(p ≈ 3.14). В  солнечной короне маг-

лиард раз ниже плотности воздуха нитные поля могут достигать вели-

у поверхности Земли. Ни о каких ядер- чин 10–100 Гс (Гаусс – единица изме-

ных реакциях, охватывающих крупные рения поля, используемая в  физике).

массы вещества, в  таких условиях не Для  сравнения: магнитное поле Зем-

может быть и речи. ли составляет около 1 Гс. Таким обра-

Возникает разумный вопрос. Если зом, в  каждом кубическом сантимет­

на Солнце в его атмосфере нет слож- ре солнечной короны магнитное поле
ных химических веществ, нет достаточ- «хранит» энергию, равную 10–5 Дж.

ных плотностей и достаточно высоких На  ­первый взгляд совершенно ни-

температур, то что там вообще есть? чтожная величина, но, напомним, это

Что же может взрываться? Наблюдения энергия в  1 кубическом сантиметре.

дают ответ на этот вопрос. На Солнце Умножим ее на характерные разме-

есть магнитные поля. Поля сильные, ры областей короны, охватываемые

порой в тысячи раз сильнее земного, вспышками  – порядка 100 тысяч км

охватывающие все Солнце, от глуби- (огромная по земным меркам величи-

ны до высот в сотни тысяч километров, на, которая, однако, весьма скромна

а главное, поля очень сложной структу- по сравнению с  ­размерами ­Солнца –

ры и способные очень быстро меняться. 1.4 миллиона  км). Объем вспышеч-

28 Земля и Вселенная, 4/2021

ной области составляет, таким обра- поля должны «уничтожить» векторы,
зом, 1015 км3 или 1030 кубических сан- направленные вниз, и  поле обратит-
тиметров. ­Умножая его на энергию ся в  ноль. Это понятно, однако неяс-
поля, содержащуюся в каждом кубике, но, куда при этом девается энергия
мы получим уже совсем не смешную поля. Не может же она исчезнуть вмес­
величину  – 1025 Дж. Для сравнения: те с полем – это было бы нарушением
крупнейшая в  России Саяно-Шушен- наиболее фундаментального закона,
ская ГЭС вырабатывает в год порядка управляющего нашим миром – закона
1017 Дж энергии, то есть в 100 миллио­ сохранения энергии. Значит, энергия
нов раз меньше. Но мы все же срав- не исчезает, а должна высвобождать-
ниваем энергию магнитного поля не ся. Превратиться в иные формы – теп-
с земными ГЭС, пусть и крупнейшими, ло, излучение. Произойдет вспышка.
а со вспышками на Солнце. Во время
сильных вспышек на Солнце выделя- B2/8π B2/8π
ется порядка 1032 эрг энергии. Так как
один эрг равен 10–7 Дж, то это состав- Схематическое изображение
ляет 1025 Дж энергии. То есть ровно ту взаимодействия потоков магнитного поля
величину, которую мы получили выше. разного направления
Удивительное совпадение, которое,
безусловно, наводит на мысль, что мы Пытаться повторить этот опыт в
на правильном пути. земных бытовых условиях не стоит.
Выделяемые при этом энергии слиш-
Но все же, хорошо, пусть магнитное ком ничтожны, чтобы их можно было
поле Солнца обладает нужными запа- заметить. Однако что касается Солнца
сами энергии, но как все-таки ее из- с его гигантскими размерами, то при-
влечь? Условно, как заставить солнеч- веденной выше информации вполне
ные магниты «взорваться»? С земны- достаточно, чтобы описать, как про-
ми же, как известно, такой трюк не исходят вспышки на нем. Рассмотрим
проходит. Ответ на вопрос, как Солн- две ситуации, приведенные на ри-
це отдает свою энергию, на самом деле сунке ниже. В  первом случае (сверху)
очень прост и может быть пояснен од-
ним рисунком, показанным здесь. 29
Итак, рассмотрим две области с  маг-
нитным полем одной величины, B, но
разного направления. На рисунке одно
поле направлено вверх, другое вниз.
Каждая из областей с  полем имеет
энергию, которая может быть опреде-
лена по той же самой формуле B2 / 8p.
Так как значения поля и размеры об-
ластей равны, то равны и эти энергии.
Общая энергия области равна их удво-
енному значению. Теперь представим,
что некой могучей рукой или про-
сто двигая источники поля  – магни-
ты, мы задвинули один поток внутрь
другого. Что при этом будет с полем?
По простым геометрическим сообра-
жениям, направленные вверх в­ екторы

Земля и Вселенная, 4/2021

р­ исунке снизу. Видно, что

при таком расположении

источников поля в атмос-

фере Солнца над пятнами

не просто может, а  неиз-

NS бежно возникает область,

где встречаются проти-

воположно ориентиро-

ванные магнитные поля.

Здесь может произойти

вспышка. К  слову, анализ

конфигураций солнечных

пятен и  является одним

из способов прогноза ве-

роятности вспышки. Если

конфигурация усложни-

N S N S лась таким образом, что
в  ней появляются встреч-

Схематическое изображение взаимодействия магнитных ные магнитные поля, веро-
полей в короне Солнца. Сверху – конфигурация с двумя ятность вспышки заметно
источниками поля. Снизу – с четырьмя повышается. И  наоборот,
при упрощении конфигу-

рации вероятность снижа-

ется, порой до нуля.

под поверхностью Солнца располо- Вместе с  тем до сих пор из текста

жены два источника поля разной по- непонятно, какое отношение все это

лярности (мы обозначаем их буквами имеет к  исследованию Солнца с  ма-

N – северный и  S – южный), а  в  дру- лым масштабом. Пришла пора объяс-

гом (снизу) – таких источников четыре. нить. Все написанное выше имело цель

На реальном Солнце такими условны- показать, что, хотя вспышки на Солн-

ми источниками являются солнечные це и являются гигантскими образова-

пятна, представляющие собой места ниями, непосредственно выделение их

наиболее сильной концентрации поля энергии происходит в очень компакт-

до величин в несколько тысяч Гауссов. ных областях, где соприкасаются ли-

На изображении сверху, с двумя источ- нии магнитного поля противополож-

никами, отсутствуют области, в  кото- ного направления. Научный анализ та-

рых встречаются противоположно на- ких конфигураций показывает, что раз-

правленные векторы магнитного поля. меры этих областей еще меньше, чем

А выше мы разбирали, что только в та- можно представить  – десятки санти-

ком случае поле может начать выде- метров, в крайнем случае метры. В на-

лять энергию. Это означает, что сколь учной литературе, чтобы подчеркнуть

сильным не было бы значение маг- малый размер этих областей, их часто

нитного поля в  этой области, вспыш- называют «особыми точками». Конеч-

ка здесь невозможна. По этой причи- но, точностей в метры при наблюдении

не на Солнце почти не бывает вспы- Солнца достичь невозможно. Однако

шек вблизи одиночных солнечных пя- уже при наблюдениях с точностью луч-

тен или около сист­ ем из двух пятен. ше 100 км качество наблюдения коро-

Совсем иная ситуация показана на ны Солнца должно достигнуть такого

30 Земля и Вселенная, 4/2021

уровня, что позволит уверенно опреде- Основной загадкой короны являет-

лять наличие и положение особых то- ся ее высокая температура  – до двух

чек на Солнце даже без необходимости миллионов градусов. Это существен-

их прямого наблюдения. Именно это, но больше, чем температура видимой

попытка проникнуть в тонкую струк- поверхности Солнца, равная 6000 гра-

туру магнитных конфигураций с целью дусов. Получается так, что «холодная»

резкого повышения точности прогноза поверхность Солнца нагревает окру-

вспышек, и является одной из главных жающую ее атмосферу до миллионов

мотиваций к росту пространственного градусов. Несомненно, что само по себе

разрешения современных солнечных тепло так не течет (оно всегда движет-

телескопов. Одной из главных, но не ся наоборот – от горячего к холодному),

единственной. Поговорим в этой свя- и  такая ситуация требует объяснения.

зи о других. О том,  насколько это необычно, мож-

но судить по тому, как много време-

ни потребовалось человечеству, чтобы

МАЛЫЕ ВСПЫШКИ И ВОЛНЫ понять, чему равна температура коро-
В КОРОНЕ СОЛНЦА ны Солнца. Еще во второй половине
XIX века корона наблюдалась во время

затмений и в ней обнаруживались не­

Если посмотреть официальный спи- обычные линии излучения, которые не

сок задач всех современных солнечных могут существовать при низких темпе-

миссий, то почти наверняка сквозной ратурах плазмы. Чтобы объяснить эти

нитью через них проходят два в­ опроса. линии, создавались теории о том, что

Определение механизма нагрева сол- они излучаются особым химическим

нечной короны и  определение меха- элементом, коронием, отсутствующим

низма ускорения солнечного ветра. на Земле. То есть ученым было проще

О чем идет речь и при чем тут малые поверить в существование несуществу-

масштабы? ющего элемента, чем в то, что холодная

Солнечная корона – это самая внеш- поверхность Солнца способна создать

няя оболочка атмосферы Солнца, кото- вокруг себя среду с температурой в сот-

рая начинается в  нескольких тысячах ни раз большей, чем температура види-

километров над его видимой поверх- мой поверхности. Поверить в это при-

ностью, а заканчивается далеко за гра- шлось лишь в 50-е годы XX века, когда

ницей солнечной системы,

там, где она останавлива- Корона Солнца во время солнечного затмения.
ется межзвездной средой. Изображение с сайта НАСА https://www.nasa.gov
Вблизи поверхности Солн-

ца корона статична, одна-

ко уже на расстоянии не-

скольких солнечных ра-

диусов начинается ради-

альное движение короны,

которое быстро достига-

ет скоростей в  несколько

сот километров в секунду.

Эти  движущиеся потоки

вещества называют сол-

нечным ветром.

Земля и Вселенная, 4/2021 31

Солнечное пятно и грануляция солнечной няется с  шагом 11 лет. В  минимумах
поверхности. Грануляция является этого цикла на Солнце на несколько лет
результатом кипения солнечной порой вообще прекращаются вспыш-
поверхности. Изображение с сайта НАСА ки. Соответственно, темп выделения
https://www.nasa.gov энергии в них падает до нуля. Корона
же Солнца в этот период не остывает,
такие же линии излучения были най- а  продолжает существовать с  той же
дены в  спектрах так называемых но- температурой.
вых звезд  – взрывающихся объектах
с очень высокой температурой. Тем не Для разгадки этой проблемы было
менее, хотя сам факт высокой темпе- сформулировано две гипотезы, одну
ратуры солнечной короны после этого из которых можно назвать волновой,
был доказан, вопрос, как же она обра- а  вторую  – гипотезой малых вспы-
зуется, решен тогда не был, и не решен шек. Кратко скажем про обе. В волно-
он в полной мере до сих пор. вой гипотезе, как и  можно ожидать,
корона греется волнами. Сразу скажем,
И  здесь мы постепенно подходим что волн на Солнце огромное количе-
к основной причине интереса к солнеч- ство, так как поверхность Солнца, го-
ному микромиру. Чтобы нагреть коро- воря простыми словами, «кипит». Это
ну, нужна энергия. И  не просто энер- ­действительно самое обычное кипение,
гия, а  достаточное количество энер- а в кавычки слово взято лишь потому,
гии, причем поступающее с  высоким что это кипение не жидкости, а  газа.
темпом. Дело в том, что корона Солн- В  обычной жизни все мы знаем звук
ца, если предоставить ее самой себе, кипения воды, и сам факт звука озна-
остывает всего за несколько часов. Та- чает, что при кипении возникают зву-
ких источников энергии на Солнце нет. ковые волны. Такие же звуковые вол-
Или правильнее говорить, их не видно. ны возникают в солнечной атмосфере
Да, на Солнце происходят вспышки, по- и при кипении поверхности Солнца.
рой очень крупные. Но они происходят
редко, и  если просуммировать их об- По своей природе эти волны – коле-
щую энергию, то ее оказывается недо- бания солнечного газа, распространя-
статочно. Есть и иная проблема. Число ющиеся во все стороны и переносящие
вспышек на Солнце циклически изме- энергию. Однако проблема в том, что
для нагрева короны энергию мало пе-
32 реносить. Ее надо отдавать. Таким об-
разом, хотя наличие волнового перено-
са энергии не вызывает сомнений, надо
ответить на вопрос, как же эта энер-
гия переходит в тепло. И здесь возни-
кает много трудностей. Дело в том, что
корона Солнца слишком уж идеальна
для волн. Они легко распространяются
в ней и затухают (а значит, отдают свою
энергию) крайне неохотно. Ученые при-
думывают огромное количество меха-
низмов, как же заставить эти волны от-
дать энергию. Но пока получается не
очень. Наиболее перспективным кажет-
ся представление, что звуковые волны
от кипения Солнца на ­своем пути пре-

Земля и Вселенная, 4/2021

вращаются в иные, напри-

мер, альвеновские волны.

Это странное название оз-

начает также волны, по-

хожие на звук, но появля-

ющиеся только в  средах

с  магнитным полем. Их

природа похожа на коле-

бания струн. Если линию

магнитного поля исказить

(как оттянуть часть стру-

ны), а  потом отпустить,

то по ней побежит вол- Зонд Parker Solar Probe, запущенный в  2018 г. Художественная

на. Соответственно, зву- иллюстрация. Изображение с сайта НАСА https://www.nasa.gov

ковые волны могут свои-

ми возмущениями играть

на этих магнитных струнах, а  от них Что же касается второй теории – наг­

уже бегут волны другого типа – альве- рева короны, микро- и  нановспышек,

новские. Эта теория также неплоха, од- то суть этих явления следует из их на-

нако натыкается уже на эксперимен- званий. Это вспышки с силой пример-

тальные проблемы. Дело в том, что не- но одна миллионная и одна миллиард-

смотря на весь рост точности наблюде- ная от силы обычной вспышки. Даже

ний, альвеновские волны на Солнце до эти энергии огромны. Так, одна сред-

сих пор никому обнаружить не удалось. няя солнечная нановспышка способна

Периодически в печати возникают со- обеспечить Землю энергией на целый

общения об очередном таком откры- год. Но по меркам Солнца – это кро-

тии, но каждый раз это оказывается не- хотные события. Зачем же изучать этих

точностью – как правило, за альвенов- солнечных «микробов»? Главным обра-

ские волны принимают обычный звук. зом потому, что их может быть много.

В 2018 г. в США к Солнцу запустили даже Так, одно насекомое в джунглях весит

специальный зонд – «Зонд Паркер» сто- много меньше слона, но полный вес на-

имостью 1.5  миллиарда долларов. Он секомых в ареале может быть в сотни

должен пролететь на расстоянии все- и тысячи раз больше веса всех крупных

го 7 миллионов километров от Солн- животных. Так и микро- и нановспыш-

ца (для сравнения, расстояние между ки. Будучи скрыты от глаза, они, тем

Солнцем и Землей составляет 150 мил- не менее, способны в сумме содержать

лионов километров) и  попытаться не до 90, а может быть, и до 99% энергии

увидеть издалека, а прямо измерить эти солнечной активности.

­неуловимые волны. У зонда трудная ор- Солнечные микро- и  нановспышки

бита – к Солнцу он будет приближаться все же не скрыты от глаз. Они были об-

несколько лет. Пожелаем же ему успеха. наружены еще в 1970–1980-х по наблю-

Ну и конечно, отметим, что поиск этих дениям небольших быстрых импульсов

волн является одной из мотиваций для на записях рентгеновского излучения

роста точности наблюдений Солнца, так Солнца. И в этом их огромное преиму-

как зонд, даже если совершит эти ожи- щество перед альвеновскими волнами.

даемые открытия, не сможет заменить Они видны. Но, конечно, самого фак-

собой непрерывные наблюдения Солн- та видимости мало. Если вы развивае-

ца. Это могут сделать только телескопы. те теорию, что полная ­масса муравьев

Земля и Вселенная, 4/2021 33

Космическая обсерватория АРКА (Россия). Перейти эту границу астрономы пы-
Должна впервые увидеть корону Солнца таются разными способами. В  США,
с детализацией лучше 100 км как уже говорилось, к  Солнцу запу-
щен зонд, который, как надеются, смо-
в лесу больше массы слона, то для до- жет зарегистрировать солнечные вол-
казательства теории вам мало пока- ны прямо вблизи нашей звезды. Также
зать, что в  лесу вообще обитают му- учеными НАСА (космическое агентство
равьи. Вам надо все же их посчитать. США) в космос выведена солнечная об-
И здесь возникают проблемы. Совре- серватория с названием SDO, которая
менным телескопам все еще не хва- снимает Солнце с шагом 12 секунд. Это
тает точности, причем не только в де- очень большой прогресс, хотя он пока
тальности наблюдений, но и  в  дета- и не позволил существенно расширить
лизации по времени. Малые вспыш- знания про нановспышки и альвенов-
ки очень короткие. Они могут длиться ские волны. Европейское агентство
всего секунды. И если вы делаете фо- запустило в  2020 г. к  Солнцу свой ап-
тографии Солнца с  шагом в  минуты парат Solar Orbiter, который подлетит
(на самом деле – очень высокий темп), к нашему светилу на расстояние рав-
то вы просто будете пропускать боль- ное 1/3 от расстояния между Солнцем
шинство этих событий. Поэтому тре- и  Землей. Да, это не так близко, как
буются не только точные, но и  очень зонд Паркер, но зато эта обсерватория
быстро работающие телескопы. Имен- оснащена гораздо более о­бширным
но в  сторону создания таких инстру- набором научной аппаратуры. Свои
ментов и пытается двигаться физика проекты такого рода есть и  у  России.
Солнца. Это проект «Интергелиозонд» – спут-
ник, который, как и Solar Orbiter, дол-
В целом мы живем в очень интерес- жен выйти на похожую орбиту вокруг
ное время, так как видно, что возмож- Солнца. И  это обсерватория «АРКА»,
ности солнечных инструментов по- разрабатываемая по принципу те-
дошли сейчас к той границе, за кото- лескопа-лупы, которая будет наблю-
рой, как нам кажется, вот-вот должны дать фрагмент солнечной поверхно-
найтись разгадки солнечных тайн, за- сти, примерно 1/10 от общей площади
нимавших умы ученых ­десятилетиями. видимого солнечного диска, но зато с
не достижимым ранее разрешением –
34 лучше 100 км на один пиксель изоб­
ражения. Хочется верить, что при та-
кой точности ни одна нановспышка
не сможет скрыться от глаз прибора.
Также за порогом в сотни километров,
как считается, прячутся и  солнечные
альвеновские волны.

Остается лишь пожелать успеха всем
этим миссиям и в первую очередь рос-
сийским, которые реализуются в  осо-
бенно непростых условиях. И конечно,
будем ждать сообщений о том, что ве-
ковые тайны Солнца наконец-то разга-
даны. Есть надежда, что эти сообщения
будут сделаны нашими учеными.

Земля и Вселенная, 4/2021

С новыми книгами
Издательства “Наука”
вы можете ознакомиться на сайте

naukabooks.ru

Капанадзе А.Л.

Опытным путем:
Эксперименты, изменившие мир.

М.: Наука, 2019. - 319 с.
В книге рассказывается об основных вехах в развитии экспе-
риментальных методов в самых разных областях наук о
природе, человеке и обществе – физике, химии, астрономии,
биологии, физиологии, медицине, археологии, социологии,
психологии, экономике. Охвачен период с античных времен до
наших дней. Читатель узнает о знаменитых и малоизвестных
опытах, оказавших огромное влияние на формирование наших
представлений о мире и о нас самих. Большое внимание автор
уделяет не только истории приборов и технологий, но и
истории идей. Затрагиваются проблемы отличия классическо-
го эксперимента от наблюдения (когда опыт «ставит» сама
природа), преемственности технических инноваций, влияния
общественного климата на работу экспериментатора, роли
случайности в этой работе.

Для широкого круга читателей.

Реклама

Образцов П.А.

Высокие широты.

М.: Наука, 2018. - 192 с. - (Научно-популярная литература)
Книга повествует об открытии и освоении Арктики и Антарктики,
этих двух полюсов холода и мужества, об отважных героях,
благодаря которым человечество узнало о природе, животном
мире самых северных и самых южных земель, а также о том, какая
непростая и вместе с тем увлекательная жизнь идет сегодня
в этих суровых, таинственных и манящих краях.

Для широкого круга читателей.

Верещагин Г.В., Аксенов А.Г.

Релятивистская кинетическая теория
с приложениями в астрофизике и космологии.

М.: Наука, 2018. — 471 с.
Релятивистская кинетика широко применяется в астрофизике
и космологии. В последние годы интерес к этой теории вырос,
поскольку появилась возможность ставить эксперименты
при таких условиях, где релятивистские эффекты становятся
существенными. Настоящая монография состоит из трех частей.
В первой части представлены основные идеи и концепции,
уравнения и методы теории, включая вывод кинетических
уравнений из релятивистской цепочки Боголюбова, а также
соотношение кинетического и гидродинамического описаний.
Вторая часть — это введение в вычислительную физику, причем
особое внимание уделяется численному интегрированию
уравнений Больцмана и смежным вопросам, а также
многокомпонентной гидродинамике. В третьей части дан обзор
приложений, который охватывает вопросы ковариантной теории
отклика, термализации плазмы, комптонизации в статических
и динамических средах, кинетики самогравитирующих систем,
образования структуры в космологии и излучения нейтрино
при гравитационном коллапсе.

Для студентов старших курсов университетов,
аспирантов и исследователей, специализирующихся
в области теоретической физики, астрофизики и космологии.

naukabooks.ru Реклама

Большие данные

КАК МАШИННОЕ ОБУЧЕНИЕ ПОМОГАЕТ
ИЗУЧАТЬ СОЛНЦЕ

ИЛЛАРИОНОВ Егор Александрович,

к.ф.-м.н., Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова,
Московский центр фундаментальной и прикладной математики

САДЫКОВ Вячеслав Маратович,

к.ф.-м.н., Университет штата Джорджия, США

DOI: 10.7868/S0044394821040034

Ключевые на сегодня открытия в физике Солнца, например, обнаружение 11-летнего
закона цикличности, открытие магнитного цикла, первое наблюдение солнечной
короны и ее необычных свойств, были сделаны задолго до появления современных
компьютеров. Это был результат гениальной изобретательности в конструировании
новых наблюдательных приборов и многолетнего упорства в ведении каталогов
наблюдений. Современной науке пока с трудом удается выстраивать теории,
описывающие наблюдаемую картину, а многие вопросы продолжают оставаться
загадками. Едва ли стоит рассчитывать, что компьютеры смогут за нас вывести
законы эволюции солнечной активности, но кое в чем они действительно могут
помочь. Прежде всего мы рассчитываем на их способность к неустанному перебору
бесчисленных вариантов и выявлению сложных взаимосвязей среди разнородных
многомерных массивов данных. Разумеется, здесь необходимы специальные
алгоритмы. Часть таких алгоритмов, объединенных термином “машинное обучение”,
развивается особенно активно и находит все больше применений в современной
практике. В нашей статье мы на нескольких примерах покажем, как машинное
обучение помогает в решении задач исследования Солнца и в чем особенность этого
подхода. Первый пример проиллюстрирует применение сверхточных нейронных
сетей, второй покажет, как используется модель кластерного анализа в обработке
солнечных данных. Также мы расскажем, как с помощью алгоритма  бинарной
классификации построить прогноз энергичных событий на Солнце.

ЧТО ТАКОЕ МАШИННОЕ ОБУЧЕНИЕ собой свод последовательных правил
или команд. Особенность алгоритмов
Машинное обучение – это определен- машинного обучения в том, как имен-
ный класс компьютерных алгоритмов. но формулируются решающие правила.
Как и все алгоритмы, они представляют Разберемся на примере.

Земля и Вселенная, 4/2021 35

Попробуем составить алгоритм, ко- Признак 2
торый будет отличать слона от жирафа
на фотографии. Для компьютера фо- Признак 1
тография – это упорядоченный набор Рис. 1. Пример поверхности (черная линия),
чисел (числовая матрица или массив). разделяющей два класса объектов (синие
Можно предположить, что с точки зре- и оранжевые точки)
ния числовой матрицы пикселей изо-
бражения слона определяют прежде ­удивляться – такова особенность боль-
всего размер и  цвет. Пусть алгоритм шинства р­ еальных объектов!
дает ответ «слон», если больше трети
пикселей на фотографии серые (для Приведенную выше модель приня-
простоты будем изучать слонов серого то относить к моделям обучения с учи-
цвета, хотя бывают и бурые). Алгоритм, телем. «Учителем» выступают объекты
наверно, будет работать хорошо, пока с известным классом, относительно ко-
ему не попадется фотография жирафа торых происходит оптимизация.
на сером фоне. Добавляя уточняющие
правила, очень скоро мы выясним, что Другим типом моделей являются
идентифицировать слона правильно на модели обучения без учителя и так на-
всех фотографиях по-прежнему не по- зываемое обучение с  подкреплением.
лучается, а  сформулировать в  явном К  первым, например, относятся алго-
математическом виде следующее уточ- ритмы кластеризации, и  один из них
няющее правило уже совсем непросто. мы рассмотрим в  нашей статье. Вто-
В таких ситуациях и может помочь ма- рые пока меньше используются для
шинное обучение. решения задач солнечной физики, од-
нако находят применение в других об-
Предположим, у нас есть большой за- ластях. Примером может служить про-
пас фотографий жирафов и слонов. Тог- грамма, которая обучается игре в шах-
да в  пространстве всех изображений маты, играя с  другими соперниками
мы получим два набора точек, одни со- или даже сама с собой1.
ответствуют слонам, другие – жирафам.
Теперь можно сформулировать следую- МАШИННОЕ ОБУЧЕНИЕ
щую математическую задачу – разде- И ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ НАУКА
лить точки (провести поверхность) так,
чтобы по обе стороны оказались точки В  сухом остатке применение методов
преимущественно одного класса (напри- машинного обучения сводится к  вы-
мер, как на рис. 1). Новые фотографии полнению вычислений по определен-
будем классифицировать в зависимости ному алгоритму. Как всякий алгоритм,
от того, в какую половину они попадут.
1 См., например: Silver D. et al. Mastering
Следует сказать, что выбор опти- Chess and Shogi by Self-Play with
мального разделения является труд- a General Reinforcement Learning
ной математической и  вычислитель- Algorithm, 2017, arxiv:1712.01815
ной задачей. Во многом поэтому
­успехи в  машинном обучении начали Земля и Вселенная, 4/2021
появляться только с  развитием ком-
пьютерных мощностей. Заметим так-
же, что построенная разделяющая по-
верхность уже вряд ли будет отвечать
признаку «больше трети пикселей се-
рые» и  вряд  ли вообще ее получится
описать подобной компактной фор-
мулировкой. Впрочем, этому не стоит

36

он может делать только 300
то, что в нем предписано.

И  больше, к  сожалению 250

(или  к  счастью?), ничего. Публикации 200
В чем тогда интерес к по-

добным алгоритмам со 150

стороны фундаменталь- 100
ной науки, например, фи-

зики Солнца? 50
Разбирая пример клас- 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
Год
сификации изображений,
мы отмечали, что в  клас-

сическом подходе труд- Рис. 2. Число публикаций по теме машинное обучение
но сформулировать явное и солнечная физика. По данным сайта
математическое описа- https://www.dimensions.ai/
ние объекта. В науке дело

обстоит еще сложнее, по-

скольку изучаемые объекты значитель- ЧТО МОЖНО УВИДЕТЬ
но более многоплановые, да и  знаем НА СОЛНЕЧНОМ ДИСКЕ
мы про них гораздо меньше. Во многом

подобное положение дел компенсиру-

ется объемом наблюдательных дан- Важнейшим источником знаний о Солн-

ных, а они действительно впечатляют. це являются изображения солнечного

Например, один только спутник Solar диска. Используя специальные узкопо-

Dynamics Observatory (SDO, «Обсервато- лосные фильтры, дающие изображение

рия Солнечной динамики») формирует в определенном диапазоне длин волн,

и отправляет на Землю снимки Солнца и в особенности наблюдая в ультрафи-

высокого разрешения каждую секунду! олетовом диапазоне из космоса, мы от-

Едва ли у  кого хватит времени вруч- крываем удивительное разно­образие

ную обработать хотя бы долю процента проявлений солнечной активности: во-

от накопленных изображений. Но чем локна, флоккулы, корональные дыры,

больше данных, тем лучше для модели солнечные вспышки и  многое другое.

машинного обучения. Мы, конечно, от- Детектирование и ­мониторинг подоб-

мечали, что не стоит рассчитывать об- ных объектов являются первостепен-

наружить простую интерпретацию ал- ными задачами для понимания обще-

горитма, построенного методом ма- го уровня солнечной активности и про-

шинного обучения, но это не значит, гнозирования космической погоды. На-

что нет смысла ее искать. Анализ тех пример, на сайте https://observethesun.

признаков, которые учитывались ком- com/ можно посмотреть текущую кар-

пьютером при построении модели, мо- ту солнечной активности и проследить

жет помочь выявить новые взаимосвя- ее эволюцию за более чем 100-летний

зи в данных, а это как раз то, что пре- п­ ериод.

жде всего интересует науку! Иногда нам достаточно знать лишь

На рис. 2 показан рост числа публи- примерное положение и  размеры ак-

каций на тему приложения методов тивных образований. Однако в  ряде

машинного обучения, наглядно под- случаев требуется более высокая дета-

тверждающий востребованность по- лизация и необходимо очертить грани-

добных исследований. цы каждого объекта. Подобная з­ адача

Земля и Вселенная, 4/2021 37

Рис. 3. Диск Солнца в  линии 193 ангстрем, данные сайта http://suntoday.lmsal.com/ (слева)
и карта корональных дыр из каталога Кисловодской горной астрономической станции, данные
сайта https://observethesun.com/ (справа)

называется сегментацией: для каждо- изображения солнечного диска в  уль-
го пикселя необходимо решить, при- трафиолете и бинарной карты (матри-
надлежит он активной области или цы из 0 и 1), сформированной астроно-
нет. Опытный астроном-наблюдатель мами-наблюдателями и  отмечающей
обычно легко справляется с данной за- области корональных дыр. Пример та-
дачей, однако встает вопрос скорости кой пары показан на рис. 3.
обработки данных. Как мы упомина-
ли, спутник SDO производит снимки В качестве модели сегментации мы
каждую секунду, за ним никак не по- выберем сверточную нейронную сеть.
спеть! Необходимо разработать алго- Сегодня это стандартный подход, ког-
ритмический подход, сравнимый по да речь идет об интерпретации изобра-
качеству с работой эксперта. жений методами машинного обучения.

Возьмем для примера задачу сег- ЧТО ТАКОЕ НЕЙРОННАЯ СЕТЬ
ментации корональных дыр  – тем- И КАК ЕЕ УЧИТЬ
ных структур, хорошо заметных в уль-
трафиолетовом спектре (например, Простейшая нейронная сеть – это один
в  фильтре 193 ангстрем). Следуя на- нейрон. Отдельный нейрон удобно
званию, данные области представля- представить как функцию от несколь-
ют собой участки открытого магнитно- ких входных параметров (вход) и воз-
го поля и пониженной плотности плаз- вращающую одно значение (выход).
мы в солнечной короне (своеобразные Внутри функции происходит очень
«дыры»), через которые легко проры- простая операция – все входы сумми-
вается быстрый солнечный ветер (ис- руются с некоторыми коэффициентами
ходящие от Солнца быстрые потоки за- (весами), результат сдвигается еще на
ряженных частиц). Геомагнитные бури некоторую величину и подается на вы-
и связанные с ними события являются ход. Схема работы нейрона представле-
прямым следствием воздействия сол- на на рис. 4.
нечного ветра на магнитосферу Земли.
Дальше выходы одних нейронов
Обучающим набором данных для можно подавать на входы другим и
задачи сегментации являются пары из
Земля и Вселенная, 4/2021
38

Рис. 4. Схематичное устройство между нейронами, и подходящие весо-
нейрона. Входы x1, x2, …, xn суммируются вые коэффициенты.
с весами wi и сдвигаются на величину b.
К полученному результату y применяется Во многих задачах сегментации
функция активации s и значение s(y) стандартной архитектурой нейронной
подается на выход. Зеленым цветом сети является сверточная модель типа
показаны обучаемые параметры U-Net, схематично представленная на
рис. 5. Нейроны в данной модели вы-
т­ аким образом формировать нейрон- страиваются слоями, и  каждый слой
ную сеть. Однако такая модель будет выполняют операцию, которая назы-
мало отличаться от обычной линейной вается сверткой. При переходе от вход-
регрессии. Существенно новые воз- ного изображения (Input) к более глу-
можности получатся, если выход ней- боким слоям через операции свертки
рона преобразовывать какой-нибудь (Convolutions) и сжатия пространствен-
нелинейной функцией (функцией ак- ных размеров (Downsampling) происхо-
тивации, например, гиперболический дит выделение наиболее содержатель-
тангенс). Именно благодаря наличию ной информации об изображении (ко-
нелинейности в связях получаются мо- нечно, это не следует понимать бук-
дели, которые могут хорошо аппрок- вально). Затем через новые операции
симировать самые сложные зависимо- свертки и разжатия (Upsampling) про-
сти. Осталось лишь подобрать удачную исходит трансформация извлеченной
архитектуру сети, т. е. порядок связей информации в образ итоговой бинар-
ной карты (Output). Дополнительные
связи (Skip-connection) помогают избе-
жать излишней потери информации на
этапах трансформации изображения.

Чтобы все заработало так, как описа-
но, необходимо подобрать подходящие
весовые коэффициенты. Это происхо-
дит на этапе обучения. На вход модели

Input Output

Convolutions + downsampling N × M × 2K

Skip-connection

Convolutions N × M × Cout
N × M × Cin N × M × K

N/2 × M/2 × 2K N/2 × M/2 × 4K
N/4 × M/4 × 4K
N/4 × M/4 × 8K
Convolutions + upsampling

N/8 × M/8 × 8K

Рис. 5. Схематичное представление нейронной сети типа U-Net
Источник: Illarionov E. et al. (2020), ApJ, 903, 2. Буквами N, M обозначены пространственные
размеры изображения, С и К отвечают глубине изображения (количество каналов)

Земля и Вселенная, 4/2021 39

Рис. 6. Сегментация моделью нейронной сети (слева) и обработка наблюдателями
Кисловодской горной астрономической станции (справа). 12 августа 2018 г.

подается изображение солнечного дис- щаются к  современным и  архивным
ка, выход сравнивается с «правильной» каталогам в  попытке выявить новые
бинарной маской, и вычисляется несо- или прояснить известные закономер-
гласие между ними. Затем веса модели ности и взаимосвязи. Одномерные или
сдвигаются так, чтобы уменьшить дан- двумерные временные ряды удобно
ное несогласие. Итерации повторяют- представить как точки на плоскости
ся до тех пор, пока ошибка модели не и  рассматривать получившуюся кар-
станет достаточно малой и перестанет тинку визуально. Классическим при-
значимо изменяться. мером служат ряды наблюдений сол-
нечных пятен. Если в  координатах
Для оценки качества обученной ней- «широта–время» отметить все поло-
ронной сети возьмем изображение, ко- жения пятен (или групп пятен) за не-
торое модель не видела в процессе обу- сколько десятков лет, то обнаружатся
чения. На рис. 6 показаны примеры об- характерные структуры в виде бабочек
работки, выполняемой Кисловодской («бабочки Маундера»), показанные на
станцией, и работы модели. Результа- рис. 7. Разглядывая получившуюся кар-
ты практически неотличимы! При этом тину, можно прийти к выводам о нали-
модель не устает, не теряет внимание чии циклов солнечной активности про-
и  тратит на один снимок лишь долю должительностью около 11 лет и обна-
секунды. Теперь рутинную обработку ружить, что цикл состоит из двух волн
а­ рхивов можно перепоручить алгорит- активности, начинающихся на высоких
мам, а  самим переключиться на сле­ широтах и  смещающихся к  экват­ору
дующие научные задачи! (закон Шпёрера2).

КАК ПРЕДСТАВИТЬ Но как исследовать данные более вы-
МНОГОМЕРНОЕ ПРОСТРАНСТВО сокой размерности (три и более изме-
рений) и обнаруживать там структуры
Наблюдательные данные  – основной
источник знаний о  солнечной актив- 2 Р екомендуем книгу Ю.В. Витинско-
ности. Астрофизики постоянно обра- го «Солнечная активность» для более
­детального описания.
40
Земля и Вселенная, 4/2021

и закономерности? Удобным инстру- ритма, получившего название метода
ментом являются алгоритмы пониже- К-средних.
ния размерности. В качестве примера
мы рассмотрим алгоритмы кластери- Вновь обратимся к  рядам наблю-
зации. дений групп солнечных пятен. Чтобы
определить расстояние между точками
РАЗДЕЛЯЙ И ВЛАСТВУЙ! в координатах «широта–время», необ-
ходимо перейти к безразмерным вели-
Задача кластеризации – разделить дан- чинам, выбрав характерные масшта-
ные по группам таким образом, чтобы бы. Графики распределения количе-
данные, попавшие в одну группу, были ства наблюдений по широте и времени
чем-то более похожи между собой, чем (рис. 8) подсказывают, что в  качестве
на наблюдения из соседних групп. Не- новой единицы по широте разумно
обходимо признать, что задача зву- взять 40 градусов, а по времени – 11 лет
чит довольно расплывчато. Что значит (иными словами, поделить изначаль-
быть похожим? Сколько может быть ные значения на новые единицы изме-
групп? Разберемся на примере алго- рения).

Допустим, что число кластеров К из-
вестно (позже обсудим, как определить

Широта 40
20
0
–20
–40

1970 1980 1990 Дата 2000 2010

Рис. 7. Распределение групп солнечных пятен в координатах широта–время.
Данные Кисловодской горной астрономической станции, https://observethesun.com/

4 80

Количество 3 60 Количество
наблюдений × 103 2 40 наблюдений × 102
1 20

0 0 5 10 15 20 25 30 35 40
–40 –20 0 20 40 Годы
Широта

Рис. 8. Распределение количества наблюдений по широтам (слева) и времени (справа)

Земля и Вселенная, 4/2021 41

тров кластеров, поэтому

рекомендуется запускать

процедуру несколько раз

Дисперсия и выбирать наиболее удач-

ное итоговое разделение

(например то, при кото-

ром разброс точек внутри

кластеров наименьший).

С  помощью данной мет­

2 4 6 8Кол1и0чес1т2во к14ласт1е6ров18 20 22 24 рики часто оценивают оп-
тимальное число класте-
ров. Для этого строят гра-

Рис. 9. Суммарная дисперсия точек внутри кластеров фик зависимости разброса

в зависимости от числа кластеров (дисперсии) от числа кла-

стеров (рис. 9) и  выбира-

ют то, при котором резкое

оптимальное значение). Случайным об- убывание сменяется на плавное (для

разом выберем К наблюдений и назовем нашей задачи, например, K = 10).

их центрами кластеров. ­Далее ­запустим На рис. 10 цветами показан ре-

итеративную процедуру, где каждая зультат разделения на 10 кластеров.

итерация состоит из двух шагов. На ­Алгоритму удалось успешно выделить

первом шаге все наблюдения распре- циклы и  волны активности. Доволь-

деляются по кластерам согласно тому, но естественно, что на границе волн

к центру какого кластера наблюдение возникли неопределенности. Подчер-

лежит ближе. На втором шаге пересчи- кнем, что для применения алгорит-

тывается положение центра каждого ма кластеризации мы не ­использовали

кластера как центр масс точек данно- предположения о  существовании ци-

го кластера. Итерации п­ овторяются до клов и  волн активности. Разделение

тех пор, пока центры кластеров не ста- было получено как результат приме-

билизируются. нения алгоритма. Конечно, мы мог-

Результат, конечно, может зависеть ли бы провести разделение и  на дру-

от выбора начальных положений цен- гое число кластеров, что привело бы к

Широта 40
20
0
–20
–40

1970 1980 1990 Дата 2000 2010

Рис. 10. Результат разделения на 10 кластеров. Цветом показаны отдельные кластеры,
черные точки обозначают наблюдения, для которых алгоритм затруднился однозначно
выбрать подходящий кластер

42 Земля и Вселенная, 4/2021

укрупнению или, наоборот, дроблению влияет на множество аспектов совре-
н­ екоторых циклов. Но в  этом и  суть менной жизни – например, на надеж-
кластерного анализа – изучать форми- ность и  стоимость электроснабжения
рование структур. Добавив к двум коор- в областях на высоких широтах, на без-
динатам пятен еще ряд признаков, на- опасность пассажиров и экипажей граж-
пример, площадь и  магнитный поток, данской авиации с точки зрения радиа-
мы оказались бы в  пространстве раз- ционного облучения, на исправную ра-
мерности 4, которое трудно предста- боту GPS и  радиосвязи, и,  разумеется,
вить или изобразить на плоскости. Ин- на планирование операций на Между-
тересно, сколько кластеров и с какими народной космической станции и за ее
особенностями образуется в этом про- пределами.
странстве? Предлагаем заинтересован-
ному читателю исследовать этот вопрос. Существует множество вариантов
постановки самой задачи в  зависи-
КАК ПРЕДСКАЗЫВАТЬ мости от наличия и  качества данных,
СОЛНЕЧНЫЕ ВСПЫШКИ? а также целей исследования. В данном
разделе мы рассмотрим наиболее прос­
Одна из наиболее динамично разви- тую из подобных постановок: пред-
вающихся областей, в которой машин- сказание наличия или отсутствия сол-
ное обучение применяется широко нечной вспышки определенной силы
и  успешно,  – это предсказание энер- (класса) в течение следующего дня для
гичных событий на Солнце (солнеч- каждой Активной Области на Солнце
ных вспышек, корональных выбросов на основе свойств (дескрипторов) маг-
масс, протонных событий, и т.д.). Ин- нитного поля этой области, а также ее
терес к подобной задаче не только на- предыдущей активности.
учный: прогноз энергичных событий
Принципиальная схема такого про-
гноза приведена на рис. 11. Для нача-
ла напомним, что активной областью

Mt. Wilson, 08/03/1996 Параметры Число вспышек Нет вспышки
магнитного за предыдущие сутки в следующие
сутки
750 б поля Есть вспышка
500 Активных в следующие
250 Областей сутки
Параметры
Y, arcsec 0 предшествующей
–250 вспышечной
–500 активности
–750 Областей

а Наличие/отсутствие г

–750 –500 –250 0 250 500 750 в вспышки Полный поток магнитного поля
X, arcsec в течение суток

Рис. 11. Иллюстрация принципиальной схемы прогноза энергичных событий на Солнце
на основе свойств (дескрипторов) магнитного поля. (а) Исходная магнитограмма
и идентифицированная активная область. (б) Обработка магнитограммы активной области
и вычисление параметров. (в) Вектор дескрипторов магнитного поля активной области
и ее предшествующей вспышечной активности, и ее класс. (г) Вычисление разделяющей
поверхности алгоритмом машинного обучения в пространстве параметров

Земля и Вселенная, 4/2021 43

на Солнце называется область с боль- сеть, но и более классические подхо-
шой концентрацией магнитного поля ды: метод опорных векторов, случай-
(зачастую, но не всегда, эти области ные леса, логистическая регрессия,
связаны с солнечными пятнами). Маг- метод ближайших соседей. Изучение
нитное поле на солнечной фотосфере этих алгоритмов, которые могут быть
оценивается специальными прибора- использованы для решения задачи
ми – магнитографами. Пример карты бинарной классификации, мы оста-
магнитных полей, измеренных вдоль вим на усмотрение читателя. Здесь
луча зрения, (магнитограммы) приве- же только отметим, что большинство
ден на рис. 11а. из них преследует одну и ту же цель –
построение оптимальной разделяю-
Активную область на магнитограм- щей поверхности между двумя клас-
ме (рис. 11б) можно отождествить, об- сами в  многомерном пространстве
работать и вычислить определенные ее дескрипторов (рис. 11г). После авто-
свойства (например, площадь области, матизации распознавания активных
ее полный магнитный поток и т.д.). Та- областей и вычисления их дескрипто-
кую процедуру можно проделать с ка- ров натренированный и  проверен-
ждой активной областью в разные мо- ный алгоритм может быть использо-
менты времени. Стоит отметить, что, ван для прогноза вспышек в реальном
как правило, используются заранее вы- времени по мере поступления новых
численные свойства активных областей ­данных.
из общедоступных баз данных (напри-
мер, http://jsoc.stanford.edu/). Набор ЗАКЛЮЧЕНИЕ
параметров можно дополнить харак-
теристиками предыдущей активности Приложения методов машинного обу-
области, например, числом вспышек чения особенно активно развиваются
в области за прошедшие сутки. Как по- в  последние годы, и  трудно охватить
казывает практика, прогноз при этом все аспекты этой темы в  одном обзо-
становится точнее. После того, как на- ре. Мы рассмотрели лишь два различ-
бор параметров определен, необходи- ных по своим идеям примера. Читате-
мо указать, произвела ли эта активная лям, заинтересовавшимся математи-
область вспышку в течение последую- ческими аспектами построения и обу-
щих суток – то есть приписать набору чения моделей машинного обучения,
параметров класс, ноль или единицу мы рекомендуем ознакомиться с кни-
(рис. 11в). гами Мерфи (Murphy, 2012) и  Бишопа
(Bishop, 2006). А для дальнейшего обзо-
В  итоге задача прогноза вспышек ра приложений данных моделей в сол-
конвертируется в  задачу бинарной нечной физике и в частности для про-
классификации по набору параме- гноза космической погоды рекомен-
тров – классическую задачу машинно- дуем обратиться к  книге Кампреале
го обучения. Для решения этой зада- (Camporeale, 2018).
чи все доступные примеры с  их клас-
сами делятся на две группы – на тре- Как нам кажется, методы машинно-
нировочный и тестовый набор данных. го обучения имеют большой потенци-
Алгоритм обучается на тренировочном ал в вопросах изучения солнечной ак-
наборе данных, а эффективность про- тивности. Как и во всякой молодой нау-
веряется на тестовом. ке, приложение ее методов для каждой
следующей задачи помогает, с  одной
Стоит отметить, что в качестве ал-
горитма машинного обучения мо- Земля и Вселенная, 4/2021
жет выступать не только нейронная

44

стороны, лучше понять принципы ра- Авторы благодарны Тлатову А.Г. за
боты и  границы применимости этих ценные комментарии в процессе под-
методов, а  с другой по-новому взгля- готовки статьи. Работа выполнена
нуть на саму задачу. Различные иссле- при частичной поддержке гранта РНФ
дования показывают, что уже сегод- 20-72-00106.
ня методы машинного обучения дают
точность, сравнимую с текущими более Рекомендованная литература
классическими моделями (например,
точность прогноза солнечных вспышек 1. В итинский Ю.И. Солнечная активность.
уже сопоставима с точностям прогно- 2-е изд. М.: Наука, 1983.
зов Центра прогноза космической по-
годы NOAA, США, основанного на ста- 2. C amporeale E., Wing S., Johnson J. Machine
тистике и  опыте экспертов). По мере Learning Techniques for Space Weather, 2018.
накопления данных качество будет по-
вышаться, и в этом ключевое отличие 3. M urphy K. Machine Learning: A  Pro­
от классического подхода. babilistic Perspective, 2012. MIT Press, ISBN:
9780262018029

4. B ishop C. Pattern Recognition and Machine
Learning, 2006. Springer-Verlag New York.
ISBN978-0-387-31073-2

Земля и Вселенная, 4/2021 45

Гипотезы, дискуссии, предложения

СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ
И СОЦИАЛЬНЫЕ КАТАКЛИЗМЫ:
ТЕКУЩИЙ МОМЕНТ

РОДКИН Михаил Владимирович,

доктор физико-математических наук
Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН,
Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН

DOI: 10.7868/S0044394821040046

Р анее была опубликована статья мер, годы наиболее успешных захва-
«Спонтанные массовые социаль- тов Наполеона Бонапарта и приходят-
ные катаклизмы и гелио-геомагнитная ся на периоды повышенной солнечной
активность» (ЗиВ, 2018, № 3). В  ней, активности (что можно гипотетиче-
в  развитие идей А.Л. Чижевского1, 2, ски объяснить воздействием Солнца
рассматривался статистический ана- на полководца), то непонятно, почему
лиз взаимосвязи массовых спонтан- Солнце аналогично не действовало на
ных социальных возмущений и циклов его противников, или на дипломатов,
солнечной активности. Для статистиче- призванных искать мирные разреше-
ского сравнения использовались базы ния конфликтов? Или почему солнеч-
данных по солнечной активности и по ная активность способствовала разви-
возмущенности геомагнитного поля тию эпидемий чумы, а не активизиро-
(ИЗМИРАН) и  мировая база данных вала естественных врагов возбудителей
вооруженных конфликтов и  восста- и переносчиков этой болезни? Опреде-
ний, архив Мирового Центра Данных С ленный скепсис к  подобным приме-
(­Политехнический институт, Киев)3. рам у  автора сохраняется. Но стати-
стическое сравнение показало уверен-
Изначально автор весьма скептиче- ную корреляцию периодов максимумов
ски относился ко многим приводив- солнечной активности и моментов на-
шимся ранее примерам воздействия чала массовых социальных катаклиз-
солнечной активности на различные мов4. Начало катаклизмов вполне зна-
биологические и  политические про- чимо коррелирует с  периодами роста
цессы. Действительно, если, напри- и максимумами солнечной активнос­ти.
При этом несколько более тесная связь
1  Г невышев М.Н. Основоположник гелио­ наблюдается с  возмущенностью гео-
биологии; Голованов Л.В. А.Л. Чижев- магнитного поля планеты. Последнее
ский – ученый-энциклопедист // Зем- также вполне естественно, так как на
ля и Вселенная. 1987, № 6; 1997. № 5.
4   Родкин М.В., Харин Е.П. О статистиче-
2   Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных ской взаимосвязи солнечной активно-
бурь. М.: Мысль, 1973. сти и социальных процессов // Геофи-
зические процессы и  биосфера. 2013.
3    Zgurovsky M., Gvishiani A. Sustainable T. 12, № 3, С. 19–32.
development global simulation: Quality
of life and security of the world popula- Земля и Вселенная, 4/2021
tion (2005–2007/2008). Kiev: Polytekh-
nika, 2008.

46


Click to View FlipBook Version