Около 80 лет Ереванский Институт физики (он же – Национальная научная лаборатория им. Алиханяна) изучает потоки элементарных частиц и ядер из космоса и атмосферы. Для этого были разработаны и установлены многочисленные детекторы в обсерватории на склонах горы Арагац. Конструкция детекторов оказалась настолько удачной, что эти датчики стали запрашивать научные центры по всему миру.
Так возникла Европейская сеть детекторов SEVAN (Space Environmental Viewing and Analysis Network, то есть Сеть наблюдений и анализа космической среды), центр которой находится в Армении. Кроме открытий в солнечной, и атмосферной физике, и прикладных результатов в прогнозировании космической погоды, мониторинг космических лучей позволяет лучше понять изменения климата Земли (конечно, не сам по себе, а вместе с другими данными). К сожалению, сейчас в Армении очень мало студентов и аспирантов, способных анализировать такие многомерные данные и обнаруживать скрытые в них закономерности, отмечает в беседе со Sputnik Армения профессор Ашот Чилингарян, руководитель Центра исследования космических лучей ЕрФИ.
Версии о глобальном потеплении
Для объяснения причин глобального потепления выдвигается несколько возможных факторов. Помимо антропогенных парниковых газов, это и естественные, вулканические выбросы (ведь вулканы тоже выбрасывают CO2 и другие газы).
Но и это далеко не единственный фактор. Влиять на климат могут солнечные вспышки, поток космических лучей на Землю, геомагнитное и электрическое поля, грозовая активность и многое другое.
По данным сети SEVAN, интенсивность потока космических лучей за последние 15 лет серьезно изменилась: после интенсивной солнечной вспышки в 2005 году, по которой армянские физики определили максимальную энергию солнечных ускорителей, солнечная активность сошла на нет. Почему, ответить трудно. Процессы, происходящие в недрах нашей звезды, сложны, и нужны тысячелетние наблюдения, чтобы их понять.
Тканевая инженерия - как в Ереване готовят врачей и биологов будущего>>
Некоторые ученые предполагают, что снижающаяся активность солнца приведет к глобальному похолоданию, как уже было в далеком прошлом. Малый ледниковый период, который длился в Европе с начала XVI до конца XIX века, сопровождался исключительно малой активностью Солнца: вспышек и пятен на нем тогда почти не было. Этот широко известный факт подтверждается непосредственными наблюдениями европейских астрономов (придворных астрологов).
После этого, в 19 веке, были открыты циклы солнечной активности, длящиеся 11-12 лет. Выведены и более продолжительные циклы (известные как циклы Миланковича), длящиеся сотни лет. Историческую активность Солнца прослеживают по содержанию изотопа углерода-14 в вековых отложениях антарктических льдов. Содержание этого изотопа коррелирует с интенсивностью потока космических лучей.
Но, конечно, надо учитывать и другие измерения. Например, помимо вспышек и пятен, непрерывно растет интенсивность излучения Солнца; сейчас она на 10% выше, чем миллиард лет назад, напоминает Чилингарян. Поэтому сейчас ученые ищут способы проанализировать активность Солнца на более длительных промежутках времени, а также понять его зависимость от самых разнообразных факторов.
Другой важный фактор – состав атмосферы и отражающая способность облачного покрова и земной атмосферы в целом. Она зависит от очень многих явлений – в том числе, возможно, и от космических лучей. Когда солнце активно, то поток его частиц (так называемый солнечный ветер) выдувает из Солнечной системы галактические космические лучи малых энергий. При пониженной солнечной активности, до земной атмосферы доходит больше космических лучей. Есть версия, что в атмосфере они способствуют созданию аэрозолей, на которые конденсируются капли воды, которые и формируют облака. Таким образом, увеличивается облачный покров, который отражают солнечные лучи и мешаeт им достигать Земли. И конечно огромное значение имеет парниковый эффект, который нарушает тепловой баланс нашей планеты.
"В целом, очень сложно делать выводы на малых промежутках времени. Если за сто лет средняя температура на Земле поднялась всего на 0,8 градуса, то трудно понять, к чему ведет динамика 10-15 лет. Но наша наблюдательная сеть позволяет создать обширную базу многомерных данных для выделения возможных нетривиальных корреляций", - отметил Чилингарян.
Сеть SEVAN
Сеть SEVAN, созданная армянскими физиками, измеряет в разных точках на самых высоких вершинах Восточной Европы интенсивности и энергетические спектры нейтральных (гамма-кванты), и заряженных – (электроны, и позитроны) частиц. В результате ученые пришли к выводу, что в грозовых облаках работают естественные ускорители электронов. Причем электроны в облаках ускоряются до релятивистских энергий (100 МэВ).
Кроме краткосрочных потоков частиц высоких энергий, в течение нескольких часов идет поток гамма-квантов низких энергий (меньше 3 МэВ) от изотопов радона, поднятых электрическим полем в атмосферу (опять таки с помощью аэрозолей). Об этом мы уже писали.
"Работа с нашими данными, возможно, может очень много дать и экологам, и климатологам. За рубежом с нашими базами уже работают, в Армении, к сожалению, пока нет", - отметил Чилингарян.
Другое интересное физическое явление: ускорение электронов идет и вверх от грозового облака. Там от электронов образуются гамма-кванты, которые достигают высот до 500 км, где их излучение регистрируют гамма-обсерватории на спутниках и Международной космической станции. Эти исследования довольно трудоемкие и неоднозначные, потому что детекторы частиц расположены на быстро летящих спутниках на расстоянии 500 км от места их рождения. А на Арагаце условия для измерений гораздо благоприятнее: грозовые облака спускаются на 25-50 метров над детекторами, и потоки частиц можно измерить с большой точностью. Здесь армянские физики достигли больших результатов.
Следует отметить вклад и зарубежных коллег: японских и американских физиков. Кроме того, данные детекторов SEVAN на горах Ломницки Штит (высшая точка Словакии), и Мусала (высшая точка Болгарии), совместно со словацкими и болгарскими физиками, позволили измерить максимально возможные электрических поля в грозовом облаке, отмечает Чилингарян. Сейчас на станции Арагац интенсивно исследуется структура грозового облака, которая ускоряет электроны до релятивистских энергий.
Какие эксперименты планируются в этом году на Арагаце
Недавно ереванские физики обнаружили новое, ранее не наблюдавшееся явление. Панорамные камеры на станции, фотографирующие облака, зафиксировали фиолетовые вспышки во время гроз. Эксперименты на Арагаце в 2021 г. нацелены на подробное исследование этого нового физического явления. Есть и другое, пока не объясненное явление, возможно, связанное с изменением климата: за 10 лет втрое сократились случаи возрастания потока частиц при грозах (так называемые грозовые наземные возрастания), хотя самих гроз меньше не стало.
"Умный" армянский бизнес? Специалисты по энергоэффективности никому в стране не нужны>>
Элементарные частицы в атмосфере – один из факторов, который, в перспективе, может помочь лучше понять климат Земли и его закономерности. Своей работой физики из ЕрФИ приближают эту перспективу, задавая тон в мировой науке. Десятки статей Чилингаряна и коллег опубликованы в самых авторитетных в мире журналах по физике. Коллектив физиков приглашает к совместной работе ученых, которые на основе их данных расширят исследования не только в физике, но и в климатологии и других науках о Земле.
"Не знаю, как с другими науками. но в физике ситуация не из лучших (подозреваю, что и в других науках точно так же). У меня в последние годы было двое перспективных студентов: одна уехала во Францию, другой - в Америку. Есть два неплохих аспиранта. Но все это очень мало, и не знаю, что будет через 10-15 лет. А судя по тому, сколько учеников и с какими результатами у нас сдают физику на ЕГЭ, поводов для оптимизма мало. Однако мы сделаем все, чтобы оставить Армению страной-первопроходцем в атмосферной физике высоких энергий", - добавляет Чилингарян.
Тем не менее, исследования продолжаются круглый год: и летом, и зимой, когда вокруг станции, на высоте свыше 3 000 метров, наметает по полметра снега.
