Что представляет собой космическая погода и какие факторы определяют ее изменения? Каким образом данные, полученные в ходе фундаментальных исследований и наблюдений, используются в гражданской авиации? Какие приборы применяют ученые для изучения космической погоды? Подробности ― в беседе с Кириллом Игоревичем Холодковым, сотрудником Института физики земного института РАН.
Кирилл Игоревич Холодков, кандидат технических наук, возглавляет лабораторию аэрокосмической съемки и геофизики ландшафта в Институте физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН.
― Что представляет собой космическая погода и какие процессы лежат в основе её формирования? Являются ли, к примеру, северные сияния, которые в сентябре 2025 года были заметны даже в Москве и Московской области, проявлением аномальных изменений в этой области?
― Северное сияние возникает как результат возмущений в магнитосфере Земли, которая, в свою очередь, является одним из ключевых объектов исследования областей, изучающих космическую погоду. Однако, стоит отметить, что проявления космической погоды не ограничиваются только северными сияниями.
Когда мы говорим о космической погоде, важно понимать, что речь идет о космическом пространстве, главным образом о районе вокруг Солнца, являющегося источником магнитного поля. Магнитные поля есть и у планет, и взаимодействие между Солнцем, этими планетами и межпланетной средой становится предметом научного анализа. Важную роль в этом процессе, особенно в контексте практического использования прогнозов космической погоды, играют периодические явления на Солнце: вспышки, корональные дыры и корональные выбросы массы.
Когда речь заходит о северных сияниях, которые люди замечали в Московском регионе, стоит отметить, что их можно наблюдать и в более южных районах. Безусловно, они не обладают такой интенсивностью, как на северных широтах, а городское освещение и облачность часто мешают наблюдениям. Увеличение количества сообщений о северных сияниях, появляющихся ближе к югу в последние годы, в первую очередь объясняется возросшей чувствительностью фотокамер и распространением социальных сетей. Ранее подобные явления также происходили, но не привлекали широкого внимания, оставаясь лишь предметом разговоров. В этом нет ничего необычного, однако данная ситуация подстегивает интерес к изучению космической погоды.
― Что именно определяет космическую погоду?
― Солнечная активность демонстрирует разнообразие проявлений и следует установленным закономерностям. Наиболее исследованным и подтвержденным статистически является одиннадцатилетний цикл, который характеризуется чередованием фаз повышенной и пониженной солнечной активности.
К концу 2025 года был достигнут пик данного цикла, и в настоящее время наблюдается спад. Уровень активности пока остается умеренно высоким, хотя в целом демонстрирует тенденцию к снижению. Следует отметить, что речь идет о статистической закономерности. Это не предполагает, что события экстремальной силы происходят каждый день в период максимума. Тем не менее, в такие годы можно зарегистрировать несколько десятков вспышек экстремального класса. В периоды низкой активности также будут наблюдаться вспышки, но не такой силы.
Что такое эти внезапные вспышки? Солнце – это массивный шар плазмы, расположенный на расстоянии 150 миллионов километров от Земли. Это значительное удаление, однако его размеры и энергетическая активность весьма велики. Процессы, протекающие внутри Солнца, порой приводят к драматическим вспышкам.
Вспышка представляет собой интенсивный и кратковременный выброс рентгеновского излучения. Спутники, находящиеся на околоземной орбите, отмечают вспышки как скачкообразное повышение интенсивности рентгеновского излучения. Специализированные телескопы, предназначенные для работы в ультрафиолетовой и экстремально-ультрафиолетовой областях спектра, также регистрируют вспышки, исходящие из одного и того же места и в одно и то же время, что позволяет классифицировать их как рентгеновско-ультрафиолетовые.
Солнечные вспышки не возникают хаотично. Для их формирования на Солнце необходимы специальные области повышенной активности – скопления солнечных пятен. Эти области характеризуются разнообразными признаками, и чем сложнее их структура, тем выше вероятность возникновения сильной вспышки.
Активные области двигаются в соответствии с вращением Солнца. К примеру, участок, зафиксированный на восточной стороне солнечного диска, продолжит находиться в поле зрения и будет доступен для наблюдений в течение приблизительно 13 дней – при условии сохранения его целостности или отсутствия существенного усиления. В этот период видимости активной области можно формулировать определенные прогнозы. После этого Солнце поворачивается, и группа солнечных пятен перестает быть доступной для наблюдений, поскольку в настоящее время у нас нет устройств, позволяющих наблюдать за нашей звездой с обратной стороны. Иногда активные зоны совершают полный оборот, увеличиваются в размерах и вновь поворачиваются к Земле, но уже в измененной конфигурации. Подобный случай был отмечен в ноябре 2025 года. Такие события предоставляют возможности для прогнозирования космической погоды.
― Если говорить о прогнозах, то даже на Земле не всегда возможно с высокой точностью предсказать погоду на будущее. А что касается космоса, то на какой период времени ученые могут предвидеть потенциальные события?
― На данный момент человечество не располагает возможностью с высокой точностью прогнозировать события на Солнце в течение ближайшей недели. Тем не менее, на основе статистики солнечного цикла можно составить вероятностный прогноз на год вперед, а также оценить состояние дел на следующие 48–72 часа, изучая расположение солнечных пятен.
В случае регистрации коронального выброса массы, геомагнитную бурю можно спрогнозировать на несколько последующих дней. Коронографы, специализированные приборы, позволяют наблюдать за выбросом плазмы, устанавливать его траекторию и скорость. Существующие модели рассчитывают распространение этого потока, оценивают вероятность его достижения Земли и время прибытия, а также прогнозируют возможную интенсивность геомагнитной бури в глобальном масштабе. Корональные выбросы массы – это второй вид солнечных явлений, оказывающих воздействие на нашу планету
Корональные дыры представляют собой третий тип – области в короне Солнца, где скорость солнечного ветра существенно превышает обычную. Если такая дыра, совершая вращение вместе с Солнцем, занимает положение, благоприятное с точки зрения воздействия на Землю, то есть оказывается направленной к нашей планете, то она оказывает на нее влияние. Изменение структуры солнечного ветра провоцирует нарушения в геомагнитном поле, что зачастую приводит к несильной магнитной буре. Прогнозировать подобные явления вполне реально, поскольку корональные дыры наблюдаются с помощью телескопов, что позволяет определить момент их поворота в сторону Земли.
Проблемы возникают, когда различные события происходят одновременно: к примеру, если наблюдается корональная дыра, а также приближается к Земле плазма, образованная несколькими выбросами. Их совместное воздействие может спровоцировать сильную геомагнитную бурю. Если к этому присоединится мощная рентгеновская вспышка, способная ускорять протоны в окрестностях Солнца, то произойдет и солнечное радиационное событие.
― Какое влияние оказывают подобные происшествия на население и объекты инфраструктуры?
― В первую очередь космическая погода оказывает влияние на технику и спутники, а также, в редких случаях, на связь. В исключительных ситуациях воздействие и негативные последствия могут затронуть и людей.
Магнитное поле Земли обычно отклоняет заряженные частицы, однако вблизи полюсов они могут проникать в атмосферу. Попав в атмосферу, эти частицы запускают цепную реакцию, которая быстро затухает. Несмотря на это, на значительной высоте наблюдается ощутимое увеличение интенсивности ионизирующего излучения. Высота, на которой это происходит, определяется состоянием геомагнитного поля и энергией прилетающих частиц. Источником этих частиц могут быть не только Солнце, но и другие области Вселенной: исследователи регулярно регистрируют радиационные всплески, вызванные галактическим излучением, которые порой превосходят по интенсивности явления, обусловленные солнечной активностью.
В ноябре 2025 года на высоте 12–14 километров были зарегистрированы повышенные уровни радиации. Речь идет о дозах, которые фиксирует Международная организация гражданской авиации ( Международная организация гражданской авиации, ИКАО ) по мнению экспертов, эти показатели умеренные, хотя и нуждаются в контроле. Для пассажиров, совершающих редкие перелеты на самолете на такой высоте, воздействие сопоставимо с рентгеновским обследованием в медицинском учреждении и не представляет опасности. Однако, у пилотов, регулярно выполняющих полеты над полярными регионами, могут возникнуть проблемы со здоровьем.
― Означает ли это, что при прогнозах ученых о событиях, вызванных космической погодой, полеты над полюсами либо отменяются, либо переносятся?
― Обстановка оказалась несколько более запутанной. В Российской Федерации действует Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова, основной задачей которого является отслеживание космической погоды. Специалисты института разработали все необходимые практические методы в соответствии с установленными нормами ICAO и выпускают соответствующие сводки, которые, как и любая метеорологическая информация, доводятся до лиц, принимающих решения: командиров воздушных судов, организаторов воздушного движения и авиакомпаний.
В случае наступления события, характеризующегося определенной интенсивностью и вызванного космической погодой, в соответствии с установленными правилами ICAO, при полете над полярными регионами воздушное судно должно опуститься на высоту, где воздействие радиации будет минимальным. Аналогичные случаи имели место в прошлом.
В связи с этим, предприятия, деятельность которых связана с космической погодой, проявляют интерес к исследованиям в этой области и отслеживают прогнозы. К ним относятся авиаперевозчики, компании, обеспечивающие спутниковую и наземную связь, а также энергетические организации – все они обязаны соблюдать установленные правила.
― Что происходит с космическими спутниками во время периодов повышенной солнечной активности?
― Воздействие радиации на людей обусловлено потоком протонов. Спутники также подвергаются воздействию, но в значительно меньшей степени, чем под влиянием потоков электронов. Изменения в потоках электронов происходят гораздо чаще, и их прогнозирование затруднено.
Влияние электронов приводит к изменению электрического заряда спутника. Это может создавать помехи в работе отдельных систем и, в некоторых случаях, приводить к их неисправности. В связи с этим, некоторые запуски могут быть перенесены на более поздний срок.
Также, в периоды геомагнитных бурь наблюдается незначительное увеличение высоты сопротивления атмосферы. Этот фактор следует принимать во внимание при запуске спутников. Недавно компания SpaceX потеряла несколько спутников Starlink: при выведении на орбиту была допущена ошибка в расчете минимальной высоты, зависящей от геомагнитной обстановки. Это привело к тому, что аппараты испытали большее сопротивление атмосферы, чем ожидалось, что вызвало перерасход топлива, не позволило достичь заданной орбиты и привело к их уничтожению в атмосфере.
― Какие методы используют ученые для изучения космической погоды? Проводятся ли исследования с помощью наземных телескопов или аппаратов, находящихся на орбите?
― Действительно, возникает вопрос: как же мы можем наблюдать космическую погоду напрямую, если не полярные сияния? Фактически, это невозможно. У человека отсутствуют органы чувств, позволяющие непосредственно ощущать её влияние, как это происходит, например, у птиц, которые используют магнитное поле для ориентации.
Изучение Солнца осуществляется преимущественно с использованием специализированных телескопов, которые функционируют в узких спектральных диапазонах, соответствующих частицам, образующимся в результате различных процессов, происходящих внутри Солнца. Безусловно, наиболее подходящим местом для установки солнечного телескопа является космическое пространство, где атмосфера и смена дня и ночи не оказывают влияния на его работу. При этом, целесообразно располагать такие устройства на максимально близком расстоянии от нашей звезды.
Аппараты, расположенные на геостационарной орбите, имеют преимущество, поскольку их точка обзора обеспечивает непрерывное наблюдение за Солнцем. К ним относятся, например, российский «Электро-Л» и американские спутники GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite), японские «Химавари», китайские «Фэнъюнь». Их число значительное. На них установлено самое современное оборудование: например, на GOES-19 установлен коронограф, который закрывает центральную, самую яркую часть Солнца и позволяет оценивать, что происходит в его самом верхнем слое. Это нужно для мониторинга корональных выбросов массы.
Солнечные телескопы располагаются в самых удаленных точках космоса, известных как точки Лагранжа L-1 в системе Солнце ― Земля. Это около 1,5 млн км от нашей планеты. Там работают только четыре аппарата: Advanced Composition Explorer (проект NASA), Deep Space Climate Observatory (проект NASA и NOAA), Solar and Heliospheric Observatory (совместный проект ESA и NASA) и Space Weather Follow On (проект NOAA), который был выведен на орбиту в сентябре 2025 года. Благодаря расположению ближе к Солнцу, эти спутники обеспечивают передачу информации более высокого качества. Они также позволяют получать данные на несколько часов раньше, что дает возможность для заблаговременной реакции.
― Возможно, следует заранее уведомлять капитанов воздушных судов?
― Да, наблюдая за несколькими солнечными пятнами сложной структуры, с высоким риском возникновения протонного события во время вспышки, и учитывая, что через L-1 прошел фронт от коронального выброса массы, мы можем предупредить заинтересованные организации о том, что во время путешествия на круизной высоте может случиться солнечное событие, которое потребует снизиться до безопасной высоты.
Еще одна задача Центра космической погоды – отслеживание состояния радиосвязи за горизонтом, которая определяется состоянием ионосферы: мощные геомагнитные бури уменьшают максимально допустимую частоту для связи. Это критически важно для трансатлантических и трансполярных перелетов, когда наземные станции связи оказываются вне зоны досягаемости. В период значительных возмущений публикуются предупреждения, в которых указывается, что для поддержания устойчивой связи требуется перейти на другие частоты или использовать спутниковую связь. Подобная ситуация наблюдается и в навигации. К счастью, все системы в современных авиалайнерах имеют резервные копии, что исключает трудности при переходе на альтернативные средства связи и навигации.
― Я упоминал несколько аппаратов, функционирующих в точке Лагранжа L-1, и среди них не было ни одного российского…
― Увы…
― Однако, располагаем ли мы этой информацией?
― К счастью, это так. Ни один из этих аппаратов не является разработкой исключительно одной страны. Как правило, это результат совместных исследовательских проектов, информация из которых становится общедоступной либо в режиме реального времени, либо с небольшой задержкой. В связи с этим, наблюдения и исследования осуществляются непрерывно. Международное сотрудничество играет огромную роль в освоении космоса: реализация подобных проектов в одиночку практически невозможна.
― Каких сведений о космической погоде сейчас недостаточно ученым для существенного прогресса, скажем, в разработке рекомендаций для гражданской авиации?
― Объем информации на текущий момент достаточен. Главная трудность состоит в достаточно строгом регулировании, характерном для всей авиационной отрасли. Установленные правила ICAO и, как следствие, Росавиацией, в первую очередь направлены на обеспечение безопасности, и они неукоснительно соблюдаются. Но любые изменения в них требуют глубокого обсуждения, многоэтапных проверок и валидации не только на национальном, но и на международном уровне.
По всему миру функционируют центры космической погоды, которые создают и уточняют информационные бюллетени. Методики, применяемые ими, являются продуктом научных исследований. Эта деятельность постоянно развивается: совершенствуются форматы (например, недавно информационные бюллетени стали более подробными), происходит согласование прогностических моделей. Каждая страна или научная группа разработала собственные модели, и сейчас проводится сопоставление результатов анализа различных событий, который может варьироваться в зависимости от модели. Вопросы о том, как учитывать эти расхождения, какую модель использовать в качестве эталона для конкретного прогноза или сводки, решаются в процессе международного сотрудничества России, Китая, США и других стран, которые присоединились к Чикагской конвенции ICAO.
Интервью записано в 2025 г.