Магнитосфера Земли была одним из первых открытий космической эры.
Мы знали, что у Земли есть магнитное поле и оно очень неоднородно,
а также что Солнце деформирует его, но до начала космической эры не
были уверены, что Земля расположена в полости магнитосферы. Как
ученые исследуют магнитное поле Земли и что мы знаем о полярных
сияниях, рассказывает физик Дэвид Саутвуд.Первые данные о
магнитосфере Земли были получены при помощи космических аппаратов в
19591960 годах: мы обнаружили, что магнитное поле Земли
простирается в космос и образует полость вокруг нее, но, как ни
странно, в нем полно довольно неприятных заряженных частиц. Один из
ученых даже сказал: Космос радиоактивен!Итак, магнитосфера защищает
нас, но при этом содержит потенциально опасное высокоэнергетическое
излучение. Нам нужно понять, откуда оно взялось и как защитить от
его воздействия в первую очередь космонавтов, а также космические
аппараты. Можно было бы подумать: космические аппараты наверняка
прочные с ними-то все должно быть в порядке. Но нет: космические
аппараты работают благодаря электронике, а излучение может ее
повредить. Примерно в 1970-х годах мы потеряли ряд космических
аппаратов, один из которых мог даже спровоцировать начало Третьей
мировой войны, потому что американцы о нем ничего не знали, но
причиной были вполне естественные повреждения от космического
излучения, а не вражеский удар по аппарату. К счастью, теперь мы
лучше понимаем происходящие процессы и специально потратили много
времени на то, чтобы научиться предсказывать возможные
проблемы.Когда я был студентом, мне нужно было сделать выбор, в
какой области я буду работать дальше. Я хотел заниматься физикой
плазмы и магнитной гидродинамикой, но у меня было два варианта.
Можно было уйти в лабораторию и работать над ядерным синтезом,
поскольку на него возлагались и возлагаются большие надежды как на
будущий источник электроэнергии: многие ученые по всему миру
пытаются создать термоядерный реактор, который стал бы чистым
источником энергии. Второй вариант заниматься исследованиями плазмы
в космосе, и я решил, что космос намного интереснее. С одной
стороны, магнитосфера Земли совсем рядом, но, с другой стороны, при
помощи космических аппаратов можно детально изучить процессы,
которые могут происходить далеко в космосе, это такая астрофизика
на дому.Я буквально влюбился в магнитосферу Земли, потому что здесь
можно изучать физику четвертого агрегатного состояния вещества: мы
знаем, что вещество может быть твердым, жидким и газообразным, но
есть еще четвертое агрегатное состояние плазма, которую очень
тяжело поддерживать на Земле, поскольку для нее нужны высокие
температуры. Но большая часть Вселенной находится в состоянии
плазмы: если вы по-настоящему космическое существо, для вас оно
привычно, но, если вы живете на Земле, для вас это что-то
необыкновенное. Магнитосфера Земли самая удобная для исследований
область, где можно встретить естественную плазму и где можно
наблюдать связанные с ней процессы. Плазма демонстрирует
взаимовлияние Солнца и Земли, где магнитное поле Солнца касается
магнитосферы Земли, я работал в исследовательской группе Имперского
колледжа Лондона, которая первой смогла объяснить, как Солнце
влияет на магнитосферу Земли.Однако мне интереснее всего
исследовать естественные процессы в магнитосфере. В начале карьеры
я много работал над магнитогидродинамическими волнами внутри
магнитосферы. Магнитосфера Земли это ограниченное пространство,
немного как эхокамера: когда солнечный ветер обрушивается на
магнитосферу Земли, образуются сложные волны. Первую половину своей
карьеры я работал именно в этой области.Пожалуй, сейчас по-прежнему
не до конца понятна сущность полярных сияний. Мы понимаем на
базовом уровне, как они возникают, но когда я вижу их, то думаю:
все намного сложнее, чем в наших теориях. Наши теории объясняют,
почему нужно отправиться в Северную Норвегию, или Исландию, или на
Новую Землю, чтобы их увидеть: нужно быть близко к полюсу. Но
полярное сияние похоже на волны, на драпировки, и, когда я вижу,
как они движутся в небе, мне всегда кажется, что мы не очень хорошо
понимаем их сущность. Полярные сияния точно связаны с физикой
плазмы и процессами, происходящими снаружи, в магнитосфере Земли.
Так что я по-прежнему считаю, что нам нужно продолжать исследовать
магнитосферу Земли, и это достаточно важный объект, чтобы выделять
бюджетные средства для ее изучения. Некоторые считают, что нам
нужно изучать ее из-за того, что мы живем в обществе, завязанном на
работе электроники: телефонов, телевизоров, систем связи и так
далее магнитные бури могут повлиять на их работу. Но для меня это
только часть проблемы. Мы по-прежнему не можем объяснить работу
всей этой системы, и, мне кажется, здесь есть место для базовых
научных исследований. А эти базовые знания будут иметь огромное
значение не только на Земле. Моя работа над
магнитогидродинамическими волнами повлияла на то, как мы понимаем
волны в атмосфере Солнца. Мы занимаемся астрофизикой на дому. Даже
если мы сможем отправить космические аппараты к самым разным
объектам Вселенной, о чем мы раньше не могли и мечтать, нам все
равно нужно исследовать нашу родную систему магнитосферу Земли.
