Наша родная, такая близкая нам звезда… Но что мы о ней до сих пор не знаем? Почему, например, не умеем предсказывать вспышки на Солнце, и не понимаем, почему дует солнечный ветер? А что будет с нашем планетой, когда Солнце «выйдет на пенсию»? Об этом рассказывает кандидат физико-математических наук Андрей Садовский, учёный секретарь Института космических исследований РАН.

— Андрей Михайлович, в Тюменском научном центре я недавно брала интервью у археолога, который рассказывал, что в Западной Сибири они открыли большое количество хенджей – круговых образований, которые могут быть связаны с поклонением Солнцу. А как давно люди осознали, что Солнце крайне важно в их жизни?

Строящийся на горе Серро-Армасонес в центральной части пустыни Атакама в Чили
«Чрезвычайно большой телескоп» (ELT) на фоне заходящего Солнца. Фото: E. Garcés/ESO. Ack.: N. Dubost, Wikimedia Commons. CC BY 4.0.

— Это произошло очень давно. Монолиты типа Стоунхенджа были посвящены Солнцу или связаны с ним.  Потом – Древний Египет, в котором вообще обожествляли Солнце. Одновременно с ним – Ассирия и Вавилон, где уже и календарь на 365 дней делали, и много чего на эту тему знали. Солнце во многом было связано ещё и с астрологией. Затем – Древняя Греция, где появились воззрения, что возможна не только геоцентрическая, но и гелиоцентрическая система. Представителем геоцентризма был Аристотель, поэтому противоположная точка зрения надолго была забыта. Но серьёзное изучение Солнца началось со времен Галилея: наблюдение солнечных пятен, а с конца XVII века количество пятен начали мерять ежегодно, делать их графики.

Следующий прорывной этап вообще в астрономии, в физике – появление спектрального анализа. Тогда люди начали понимать устройство Солнца. А вот о его возрасте долго не утихали споры. Реальный случай: Кирхгоф, один из открывателей спектрального анализа, громил на заседании Королевской академии наук Чарльза Дарвина, говоря, что по его подсчетам Солнце может светить 10 миллионов лет, и куда он со своими сотнями миллионов, да ещё и с геологическими отложениями, лезет! Он был более авторитетным в то время, чем Дарвин, поэтому все поверили именно ему. Следующий этап был связан с именем Эддингтона, который первым сказал, что Солнце может светить, в результате ядерных реакций.

— А до этого как объясняли, почему оно светит?

— Никто не мог этого понять. Предполагали, что там что-то горит, и поэтому есть свет. Кирхгоф говорил, что Солнце сжимается и от этого светит. Наконец, Эддингтон высказал идею, которая в 1938 году подтвердилась в публикациях Ханса Бете, что в Солнце происходят термоядерные реакции. А дальше – следующий прорыв: космическая эра, выход за пределы атмосферы, что открыло для астрономов-наблюдателей множество видов излучения, появилась возможность изучать не только в радио- и оптике, но и в ультрафиолете, в рентгене. Следующее – это нейтрино, когда выяснилось, что Солнце излучает эти неуловимые частицы. Так родилась целая новая научная область.

— Каковы главные открытия последних лет, связанные с физикой Солнца?

— Идёт работа по накоплению данных. Какого-то прорыва нет, но можно сказать, что Солнце нам всё больше подкидывает загадок. И прорыв можно ожидать в ближайшие годы в связи с полетами «Parker Solar Probe», который изучает какие-то вещи очень близко к Солнцу. «Солнечники» тоже бывают разные. Я по образованию не астроном. Я – физик, специализируюсь в физике космической плазмы. Мне больше интересно то, что творится на поверхности Солнца – там, где плазма, атмосфера, корональные явления. Там как раз то, что хотелось бы знать. Поверхность Солнца – 6 тысяч градусов, корона Солнца – больше миллиона. Вопрос – откуда берётся энергия, более-менее понятен. А вот механизмы, как она передаётся, пока не ясны.

— А какие варианты?

— Энергия должна браться из магнитного поля. Больше источников нет. Это процессы, связанные с передачей магнитного поля в плазме, с тем, что в 30-х годах XX века сделал Ханс Альфен, который показал, что есть такое понятие как «вмороженность», когда плазма «тащит» за собой магнитное поле, его запутывает и усиливает. И вот эта энергия должна передаваться. Но как это происходит – открытая тема.

Андрей Садовский, кандидат физико-математических наук, учёный секретарь Института космических исследований РАН. Фото Н. Лесковой.

— Что нужно, чтобы это узнать?

— В первую очередь нужны наблюдения с хорошим разрешением, которых сейчас нет. Из-за того, что Солнце очень яркое, с таким разрешением измерять очень сложно. Нужны наблюдения орбитальными телескопами, потому что структуры, которые хотелось бы различить, имеют характерные размеры меньше сотни километров. И если мы сумеем получить такое разрешение, то, наверное, это будет следующий прорыв. У того же Юджина Паркера, в честь которого назван зонд «Паркер», есть гипотеза по поводу солнечных нановспышек: каждый раз для нагрева происходит множество мелких вспышек, и масштабы этих вспышек меньше 100 км. Поэтому различить их просто так нельзя. Но так ли это, нам пока неизвестно.

— Известно, что Дмитрия Иванович Менделеев поднимался на воздушном шаре для исследования солнечной короны во время затмения. Есть ли ещё какая-то связь исследований Солнца с именем учёного?

— В таблице Менделеева был предсказан элемент, который одно время даже назывался «короний» в связи с тем, что его наблюдали на Солнце по спектральному анализу, но никто не мог понять, что это. Менделеев его разместил, а фактически описал, что это может быть. Потом этот элемент получил название гелия. Это был этап большого поиска, чтобы найти и идентифицировать его, хотя его существование было предсказано.

— В своей лекции вы говорите, что Солнце – это заурядная звезда, находящаяся на краю Галактики, в «спальном районе». Это хорошо для нас?

— Сложный вопрос. Пока мы не знаем, как появляется жизнь, и какие условия для этого нужны. В первую очередь, когда приходят к понятию жизни, ищут область, где возможно существование жидкой воды. Среди открытых экзопланет таких уже довольно много. В частности, у нашей «соседки» Проксимы Центавра есть тоже такая планета, которая находится в зоне обитаемости. Только Проксима – это красный карлик. А тут важны относительные масштабы. Если посмотреть на Землю, то мы находимся достаточно далеко от своей звезды, где-то на расстоянии 200 радиусов Солнца. Если мы посмотрим на планету у Проксимы Центавра, то из-за того, что это красный карлик, у неё зона обитаемости находится примерно на 50 радиусах. 50 радиусов от Солнца – это орбита Меркурия. Поэтому условия, которые будут на этой планете, пусть она и находится в зоне обитаемости, будут примерно как на Меркурии. Это мощный звёздный ветер, очень большое влияние вспышек, и большой вопрос – что вообще там может существовать.

— Мы меряем понимание жизни по себе. Но есть учёные, которые рассуждают иначе: почему, собственно, жизнь должна быть именно такая? Тот же Лев Матвеевич Зелёный, научный руководитель вашего института, рассуждает о возможности существования жизни даже на Венере.

— Это идея Леонида Васильевича Ксанфомалити. В принципе, идея о возможности существования жизни в совсем других условиях развивается. Но человечество очень антропоцентрично – что нас устраивает, то мы и берём. Представить жизнь, которая может развиваться и существовать при 90 атмосферах, где-то в раскалённых серных облаках, очень сложно. Но умные фантасты говорят нам о другом. Тот же «Солярис» Станислава Лема – в нём говорится о том, что разум может быть очень разным.

— И как раз там придуманы существа, которые состоят из нейтрино. Какие ещё загадки о Солнце вам хотелось бы отгадать?

— В моей работе, которая была связана с Солнцем, остаются несколько интересных загадок. Первая – это ускорение частиц во время вспышек. Важна возможность предсказания этого, а это тоже открытый вопрос. Никто пока не может предсказать, но у нас есть ощущение, что мы немного нащупали этот путь.

— У нас не умеют предсказывать солнечные вспышки?

— Именно так. Мы можем предсказывать их с какой-то вероятностью, но эта вероятность может поменяться в любой следующий момент.

— Почему это важно?

— Космическая погода влияет на земную технику – как на спутниковую, так и на солнечно-земные связи. Это могут быть и техногенные неприятности. Одна из таких – это появление электрических токов. Есть даже понятие геоиндуцированных токов, которые возникают в коре Земли из-за магнитных бурь. Соответственно, они наводят токи в каких-то системах, что может привести к сгоранию несущих трансформаторов. Прецеденты были, и очень неприятные. Например, в 90-е годы сгорели защитные трансформаторы на фабрике ядерных элементов в Нью-Джерси.

— Возможно ли в земных условиях создать такой аппарат, который мог бы приблизиться к Солнцу ближе, чем это возможно на сегодняшний день?

— Мне кажется, что это возможно. Да, для этого нужно очень теплостойкие вещества. Кроме того, что нужно сделать тепловой щит, как у «Паркера», надо ещё разместить приборы для передачи данных. Близко к Солнцу очень много радиопомех, высокая температура – всё это будет влиять на передачу данных. Но в целом я не вижу препятствий, которых нельзя было бы преодолеть. Многие проблемы можно решить, если изучать Солнце с разных точек – расположить аппараты в различных точках Лагранжа, чтобы они наблюдали и никуда не «уезжали» с орбиты. Получилась бы трёхмерная картинка. Но пока этого никто не сделал. Вообще, для таких исследований был бы хорош флот аппаратов, которые могли бы наблюдать разные вещи. Это не так много, 3-4 аппарата в различных точках. Это достаточно для новых идей, а дальше можно смотреть на то, что происходит.

И вторая нерешённая загадка – это, что есть солнечный ветер? Первоначально он описывался решением Паркера. Фактически, его существование было предсказано теоретически, а только потом оно было открыто. В солнечной физике это редкость, обычно происходит наоборот. А тут Паркер предсказал его за год до обнаружения солнечного ветра Константином Иосифовичем Грингаузом в 1950-е годы, хотя уже было понятно, что нужна новая модель, поскольку существующее решение по солнечной короне не соответствовало физической реальности, потому что давало расхождение на бесконечности, чего не может быть.

Но Паркер не был первым. Примерно за 10  лет до его работы Бонди и Хойлом была опубликована статья по сферической аккреции, по падению вещества на объект. Математически это абсолютно та же задача. Вопрос: был ли Паркер знаком с этой работой? Тогда никто не знал, что это может быть солнечный ветер и что можно так его описывать. Так вот у солнечного ветра есть два потока: медленный, который, в принципе, описывается решением Паркера, и быстрый, энергию для которого ещё нужно найти. По некоторым данным и теориям определяющую роль играет магнитное поле, но вот конкретный механизм пока неясен.

— Вы сказали, что приблизились к возможности научиться прогнозировать солнечные вспышки более точно. Каким образом вы думаете это сделать?

— Здесь два пути. С одной стороны, мы пытаемся построить некую модель, но пока она носит эмпирический характер. А второе – по большим блокам данных с помощью нейросетей оценивать различные критерии и понимать, как это работает. Это всё идёт двумя путями, но пока окончательного варианта нет. Надеюсь, что у нас получится.

— Считается, что Солнцу 4.5 миллиарда лет. И ещё примерно столько же ему осталось. Какая судьба его ждёт потом?

— Если говорить о судьбе подобных звёзд, то это будет очень спокойная для звезды старость и смерть. В конце жизни Солнце станет красным гигантом, раздуется вплоть до орбиты Земли, там будет несколько фаз. А потом спокойно сожмется, сбросит внешнюю оболочку, станет белым карликом и образует планетарную туманность.

— Что случится с планетами?

— Насколько я знаю, никто этого не моделировал.

— Почему? Кажется, что это слишком большой срок?

— Я подозреваю, что просто это сложная математика. Когда будет стадия раздувания, то постепенно атмосфера Солнца и оно само захватит в себя Меркурий, потом – Венеру, потом – Землю, а остальные, возможно, даже не поменяют орбиты, потому что всё это будет на протяжении нескольких миллионов лет. Всё будет очень спокойно.

— Мы даже и не заметим?

— Мы к тому времени точно не заметим.

— У человечества нет шансов существовать до тех пор?

— Здесь есть несколько нюансов, потому что, когда мы говорим, что Солнцу осталось 4.5 миллиарда лет, это не значит, что для возможности жизни на Земле осталось столько же времени. Есть парадокс молодого холодного Солнца: постепенно любая звезда нагревается во время своей жизни. И когда здесь росли папоротники и было очень жарко, то у Солнца температура была такая, что оно не могло нагреть Землю до таких температур, чтобы растаял лёд. Почему при этом на Земле существовала довольно бурная жизнедеятельность? Есть разные гипотезы.

— Сплошные загадки!

— Да. Но вот Солнце продолжает постепенно греться, хотя это происходит очень медленно. Ещё несколько сотен миллионов лет, и температура излучения, то есть та энергия, которую Солнце передаёт на Землю, станет такой, что вода испарится. Это не миллиарды лет. Это сотни миллионов.

— Воды не будет?

— Да. Мы выйдем из той полосы, где было возможно существование жизни на Земле – во всяком случае, той жизни, где нужна была жидкая вода. Если, конечно, не сработает какой-то неизвестный нам «обратный парниковый эффект» или что-то ещё, о чем мы сейчас не догадываемся.

— Про Солнце все время рассказывают страшные истории: то на нём какие-то аномальные пятна, то какая-то чёрная аномалия... Как на самом деле оно себя ведёт?

— Абсолютно нормально. Я бы сказал, что злую шутку играет доступность данных в реальном времени. На самом деле нынешний цикл не является даже чересчур мощным. Он чуть выше среднего, но оценить его мы сможем только по его окончанию. Были циклы, в которых тех же экстремальных событий, мощных вспышек класса Х, было больше. Поэтому ничего страшного не происходит. Мы как жили при активном Солнце каждые 11 лет, так при нём и живём. Всё как обычно.

— Мы понимаем, что солнечные вспышки порождают магнитные бури. Что вы думаете про влияние магнитных бурь и солнечных вспышек на живые организмы?

— Здесь вопрос сложный. Наверное, уже можно сказать, что существует такой триггер в организме, который может быть связан не только со вспышками, но на который эти вспышки влияют, а потом, соответственно, влияют на наше состояние. Но первый вопрос, который не решён – он слишком маленький. Невозможно пока понять механизм, каким образом это происходит и почему это именно солнечные вспышки. Собственно говоря, это те самые эффекты в уравнениях, которые описывал Лоренц –  взмах крыла бабочки в Айове, который может привести к шторму в Индонезии. Но это пока открытый вопрос.

— Чтобы это узнать, нужно больше данных?

— Да. Сейчас идёт 25-й солнечный цикл, соответственно, 25 циклов мы пытались проводить какие-то серьёзные исследования. А дальше возникает вопрос: может быть, при этом возникали ещё какие-то другие факторы? Если мы уберём другие факторы, сколько у нас останется в реальности? Нужен набор статистики.

— Какие лично у вас отношения с Солнцем? Что вы к нему чувствуете?

— Интересный вопрос. Я бы не сказал, что я ощущаю что-то особое к Солнцу. Я его не обожествляю. Я просто люблю солнечные дни больше пасмурных. Вообще люблю тепло. И мне интересно наблюдать за Солнцем, потому что оно не перестаёт нас интриговать.

Материал подготовлен в рамках Фестиваля идей имени Менделеева, проходившем с 6 по 9 февраля 2025 года в городе Тобольске. Организатор фестиваля – проект «Книги в городе» при поддержке Администрации города Тобольска и компании «Сибур».