Снег перестал идти часов пять или шесть назад, но северо-западный ветер гонит облака над Байкалом. На окраине Листвянки он кажется слабоватым, но наверху, у «подножия» Большого солнечного вакуумного телескопа – приметной белой конструкции в форме буквы «Л», на которую наверняка обращал внимание каждый турист, он набирает ощутимую силу. Ещё выше он добавляет к лёгкому морозцу десяток или полтора градусов. Открывать зеркало вакуумного телескопа в такую погоду просто не имеет смысла – облачность слишком плотная. А к Солнечному синоптическому телескопу, установленному на территории Байкальской астрофизической обсерватории в 2017 году и находящемуся ближе к посёлку, просто так не подберёшься – снега столько, что на небольшом пригорке полноприводный «УАЗ» начинает буксовать за считанные секунды, и дальше приходится идти пешком. Но в преддверии Дня российской науки нас интересует не столько уникальная техника, сколько те, кто с ней работает. Конкретнее – молодые учёные из Института солнечно-земной физики СО РАН.

Устремлённый в ионосферу

У каждого из наших собеседников свой путь в науку. «Нам с братом ещё в школе была интересна физика, потому и выбрали физфак Иркутского государственного университета, – рассказывает младший научный сотрудник лаборатории изучения плазменно-волновой структуры магнитосферы ИСЗФ СО РАН Максим Челпанов. – Почему выбрал работу в науке? Наверное, это вопрос интереса». Возможно, тем же самым руководствовался Андрей Челпанов, брат-близнец Максима, который тоже работает в Институте солнечно-земной физики. Правда, в другом отделе – физики Солнца. Максим, к слову, в университете не планировал заниматься изучением именно околоземного космического пространства, но уже после защиты диплома его пригласил заведующий лабораторией изучения плазменно-волновой структуры магнитосферы Дмитрий Климушкин, который также преподаёт в Иркутском государственном университете. Дмитрий Юрьевич в числе прочих привёл в науку и председателя совета научной молодёжи ИСЗФ СО РАН Ольгу Михайлову.

Существование подвижников, энтузиастов своего дела, которые способны заразить своим примером других, является обыденностью. Человека, который хотя бы раз побывал на научном слэме или слышал о скандале вокруг рубашки сотрудника Европейского космического агентства Мэтта Тейлора, участвовавшего в миссии «Розетта» и посадке аппарата «Филы» на поверхность кометы Чурюмова-Герасименко, не удивит и то, что учёные, особенно молодые, не соответствуют никакому «ботаническому» стереотипу. Напротив, их нонконформизму позавидовал бы представитель любой творческой профессии. А умению рассказывать простым языком о невероятно сложных, на взгляд обывателя, вещах – каждый журналист, которому это по статусу положено.

– То, чем, я занимаюсь, связано с обработкой экспериментальных данных, попыткой подогнать их под красивую теоретическую картинку, – усмехается Челпанов. – Вернее, попытаться найти подтверждение тому, что спрогнозировали теоретические явления. Последний крупный проект, о котором можно рассказать подробнее, – я работал с данными Екатеринбургского когерентного радара. Он принимает данные ионосферы – одной из частей атмосферы Земли. По ним можно определить связь атмосферы с магнитосферой. С одной стороны, магнитосфера – это щит планеты, который принимает на себя влияние солнечного ветра. С другой, она связана с ионизированной частью атмосферы – ионосферой. И по тому, как ведёт себя ионосфера, можно делать выводы о поведении магнитосферы, которое трудно наблюдать напрямую.

Последняя научная статья, написанная Максимом в соавторстве с младшим научным сотрудником лаборатории изучения плазменно-волновой структуры магнитосферы ИСЗФ СО РАН Ольгой Магери, которую в декабре 2020 года опубликовал журнал Polar Science, как раз и посвящена дрейфово-компрессионным волнам ночной стороны Земли, зафиксированным радаром под Екатеринбургом. Проще говоря, колебаниям тока, то есть движения заряженных частиц, текущего вокруг планеты. Учёные из Института солнечно-земной физики изучают их сравнительно давно. В качестве исходных данных используется информация, полученная как со спутников, так и с наземных радаров. В первом случае проблема заключается в том, что космические аппараты не позволяют вести постоянные наблюдения, поскольку, пролетая магнитосферу, не всегда оказываются в нужном месте в нужное время. Стационарные радары этого недостатка лишены, поэтому в каком-то смысле они более эффективны.

Поэтому, к примеру, на Земле развёрнута сеть SuperDARN, состоящая из 35 радиолокаторов в Южном и Северном полушариях. Екатеринбургский когерентный радар подобен им. Если особо не вдаваться в технические подробности, то он работает в декаметровом диапазоне. Точнее, на частоте 10,5 МГц. Основной режим работы радара – наблюдение за мелкомасштабными неоднородностями самого верхнего слоя ионосферы, что позволяет исследовать закономерности их движения. В конечном итоге это даёт возможность изучать взаимодействие ионосферы с магнитосферой и отклики этой системы как на естественные, так и на искусственные возмущения. Инструментарий исследователей в этой области значительно расширится с запуском Национального гелиогеофизического комплекса РАН, который с 2019 года строится в Прибайкалье. Но имеющаяся аппаратура тоже позволяет многое.

Царица наук

Работа с данными радара в Екатеринбурге и подобных ему локаторов, их правильная интерпретация – это не просто удовлетворение любопытства учёных, как могут посчитать скептики, склонные к упрощению и магическому мышлению. «Если взять Солнце, то оно постоянно выбрасывает потоки высокоэнергичных частиц, которые приближаются к земле и взаимодействуют с магнитным полем планеты, – замечает Михайлова. – В результате возникают волновые явления. Нам важно их изучать для понимания всего, что происходит в околоземном пространстве, и в том числе прогнозирования опасностей, которые поджидают космонавтов и космические аппараты.

Всё, что находится в приполярных районах Земли, тоже в зоне влияния, поскольку там происходит высыпание заряженных частиц – волновые явления и вызывают полярные сияния, которые все видели на красивых фотографиях». Спутники связи, системы навигации, высокочувствительная техника на земле – всё, без чего немыслима жизнь современного человека с её высокими скоростями и невероятными объёмами передаваемой информации, так или иначе подвержено воздействию космических лучей. Поэтому понимание процессов, которые они вызывают, влияет если не на каждого человека, то на подавляющее большинство людей.

Ольга, работая вместе с Максимом в лаборатории изучения плазменно-волновой структуры магнитосферы ИСЗФ СО РАН, занимается тем, что «оцифровывает» физические процессы. Переводит их в математические модели, которые позволяют не только и не столько описать какие-то механизмы, но и спрогнозировать их проявление. «Вся прелесть в том, что мы занимаемся математикой – казалось бы, искусственной наукой, которая ни к чему не привязана, – объясняет она. – Но в результате получаем модель, которая работает в реальной жизни». В век компьютерных технологий часть вычислений производят по старинке, пользуясь лишь ручкой и блокнотом. Для решения более сложных задач достаточно обычной «персоналки» или ноутбука. С двумя оговорками: при наличии производительного «железа» и соответствующих программ вроде MATLAB или Scilab. Тем не менее для изучения физики околоземного пространства – по крайней мере, тех его участков, которые исследуют наши собеседники, – не требуются суперкомпьютеры невообразимой вычислительной мощности.

Возможно, в силу этого прошлогодний переход на самоизоляцию, вызванный пандемией коронавируса, не особо сказался на повседневной работе многих учёных. «Мне было несложно переключиться на работу из дома, – вспоминает Челпанов. – Единственная проблема – график начал куда-то съезжать. Но у моего брата не получилось, он продолжил ходить в институт. Бывает, что есть творческий, а не механический процесс, и он говорит, что в этом случае работа стопорится». Автор этих строк слышал подобные истории, сопровождавшиеся аргументами в пользу «удалёнки» и против неё, и от других учёных, работающих в академических институтах Иркутска. По крайней мере, от тех, чья работа не требует непосредственного присутствия в «поле». Но теоретики с практиками сходятся в одном: самоизоляция с переходом в онлайн повредила научным коммуникациям.

«Например, традиционная конференция в Институте космических исследований РАН на следующей неделе впервые пройдёт в онлайн-формате, – говорит Михайлова. – Это немного пугает. Недостаток в том, что основная цель конференции – не столько представить результаты своей работы, сколько обсудить их с другими учёными, получить обратную связь и завести научные знакомства, чтобы затем проводить какие-то совместные исследования». На то, как мессенджеры блокируют коммуникацию и ослабляют социальные связи, обращают внимание и предприниматели, работающие в реальных секторах экономики. Но сила человека в том и состоит, что он приспосабливается к любым трудностям, продолжая при этом изучать непознанное вокруг себя. Как молодые учёные из Института солнечно-земной физики СО РАН, продолжающие исследования «ближнего» космоса без скидок на пандемии и локдауны.