geo_mon

вержена влиянию как процессов на Солнце и в межпланетном пространстве, так и в магнитосфере и атмосфере Земли (рис. 72).

Рис. 72. Систематизация спутниковых снимков

В период проведения Международного Геофизического Года (1957 г.) была создана мировая сеть нейтронных мониторов, существующая и в настоящее время. Станции космических лучей мировой сети, расположенные по всему земному шару, вместе могут рассматриваться в качестве уникального единого детектора, проводящего измерения в различных направлениях, с разрешением по направлению прихода частиц и энергии. Программно-аппаратные комплексы станций КЛ проходили множество этапов модернизации, согласно требованиям научного сообщества, обеспечить оперативный анализ и диагностику солнечно – земных связей на современном уровне, как для фундаментальных, так и для приклад-

151

ных задач. Современное развитие сетевых технологий, быстродействия компьютеров и радио-электронной аппаратуры дает возможность получать, обрабатывать и публиковать данные станций космических лучей об интенсивности КЛ для оперативного прогноза и определения параметров межпланетной среды в спокойные периоды и во время спорадических процессов на Солнце, сопровождающихся выбросами в межпланетное пространство высокоскоростной плазмы солнечного ветра (СВ), электромагнитным излучением в широком диапазоне частот и генерацией высокоэнергичных частиц в широком диапазоне энергий (рис. 73).

Рис. 73. Общая схема мероприятий по охране ОКП при осуществлении космической деятельности

152

В настоящий момент мировая сеть станций насчитывает около 50 станций КЛ, из них примерно 40 станций КЛ представляют данные в режиме реального времени. Наземная сеть станций КЛ поставляет информацию по мере накопления и обработки данных в международные центры и базы данных, для отдельных станций запаздывание составляет несколько месяцев. Такая задержка связана с неавтоматизированной обработкой и несовершенством регистрирующей аппаратуры, что делает невозможным представление данных в реальном времени. Для получения сведений о вариациях КЛ заинтересованным исследователям необходимо обращаться в центры и базы данных, где хранятся материалы, начиная с минутного разрешения. В связи с этим модернизация программно-аппаратных комплексов станций КЛ является актуальной задачей, от успешного решения которой зависит дальнейшее развитие диагностики и прогнозирования электромагнитных условий в межпланетной среде. Комплексный и оперативный анализ данных о вариациях КЛ требует полной автоматизации первичной обработки информации, своевременное поступление информации в базы данных с обновлением в режиме реального времени, предоставление широких возможностей по доступу и извлечению необходимых сведений.

Мониторинг околоземного космического пространства должен основываться на проведении регулярных измерений и наблюдений наиболее важных параметров, характеризующих "качество" околоземной космической среды и ее изменения в результате антропогенных воздействий. При этом сразу возникает вопрос: какие параметры надо измерять и с какими требованиями к пространственной

ивременной частоте измерений? Ведь контроль антропогенных факторов и явлений в околоземном космическом пространстве затруднен из-за значительной естественной изменчивости среды, неопределенности и многообразия источников и факторов естественного и антропогенного происхождения, влияющих на околоземное пространство.

При этом необходимо решить комплекс проблем, связанных с разработкой методик и технических средств контроля, подготовкой

иорганизацией систем наблюдений и измерений. Основой контроля околоземной космической среды должны стать прямые и дистанционные измерения параметров околоземного космического пространства с использованием аппаратуры, установленной на космических аппаратах, поскольку только космические средства

153

наблюдений могут обеспечить глобальный и оперативный контроль за состоянием околоземной среды в естественных условиях и при антропогенных воздействиях.

С использованием критериев антропогенных воздействий можно будет определить возможные диапазоны антропогенных изменений параметров околоземного пространства. Совокупность этих критериев, применяемых для определения «качества» околоземной среды как части природной среды, вместе с данными прогноза антропогенных воздействий на околоземное космическое пространство явится основой для экологоэкономических оценок (рис. 74).

Рис. 74. Блок-схема экологического мониторинга загрязнения ОКП оптическими средствами

Понятие мониторинга окружающей среды как основной составляющей любой экологической экспертизы, вопросов охраны окружающей среды и методов ее рационального использования весьма

154

широко трактуется различными авторами. Анализ различных подходов к этому понятию позволяет дать некоторое общее определение мониторинга окружающей среды.

Мониторинг – (лат. monitor – надзирающий). Наблюдение и непрерывная квазинепрерывная) оценка состояния природной среды под влиянием антропогенных воздействий с целью рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды. Это определение можно положить в основу понятия мониторинга околоземного космического пространства (ОКП).

Мониторинг околоземного космического пространства – на-

блюдения и постоянный контроль состояния, естественного и антропогенного загрязнения; выработка методов оценки физического состояния околоземного космического пространства как части природной среды. Разработка прогноза возможных последствий возрастающей антропогенной нагрузки на околоземное пространство с целью как его охраны, так и предотвращения отрицательного воздействия на земную биосферу.

Разработка и координация глобального мониторинга окружающей среды осуществляется в рамках ЮНЕП при ООН и Всемирной метеорологической организации (далее ВМО). Основные цели

этой программы:

∙организация расширенной системы предупреждения об угрозе здоровья человеку;

∙оценка влияния глобального загрязнения атмосферы на кли-

мат;

∙оценка количества и распределения загрязнений в биологических системах, особенно в пищевых цепочках;

∙оценка критических проблем, возникающих в результате сельскохозяйственной деятельности землепользования;

∙оценка реакции наземных экосистем на воздействие окружающей среды;

∙оценка загрязнения океана и влияния загрязнения на морские экосистемы;

∙создание системы предупреждений о стихийных бедствиях в международном масштабе.

По мнению многих ученых, весьма необходимым является включение в разработку проекта глобального мониторинга окружающей среды пункт, связанный с мониторингом ОКП: оценка характеристик процессов в околоземном космическом пространстве,

155

связанных как с естественным состоянием, так и техногенными воздействиями на него, с целью прогноза дальнейшего воздействия ОКП на биосферу (рис. 75).

Рис. 75. Механизм воздействия солнечного ионизирующего излучения на климатические характеристики атмосферы Земли

В связи с тем, что ОКП является сложной системой, в которой происходят взаимодействия между ее компонентами как под влиянием различных внутренних причин, так и в большой степени внешних воздействий, следует разделить мониторинг ОКП на мониторинг его собственно физического состояния и мониторинг естественного и техногенного загрязнения ближнего космоса. К фи-

зическому мониторингу ОКП относится, во-первых, прогноз

«космической погоды, параметрами которой являются:

∙ температура и концентрация компонент низкотемпературной плазмы (ионы, электроны и нейтральные частицы);

156

∙магнитные и электрические поля и токи;

∙энергетические спектры заряженных частиц и спектральный состав электромагнитных излучений.

В 1999 году была разработана шкала «космической погоды» – первая попытка систематического исследования всего комплекса явлений солнечно-земных связей, потенциально опасных для зем-

ной цивилизации. Выделяются 3 категории явлений:

∙геомагнитные бури;

∙радиационные бури;

∙нарушения радиосвязи.

Каждая категория разделяется на 5 уровней:

∙незначительный (1 балл);

∙умеренный (2 балла);

∙сильный (3 балла);

∙очень сильный (4 балла);

∙экстремальный (5 баллов).

Наиболее опасны экстремальные геомагнитные бури, приводящие к полному выходу из строя сетей электропитания, появлению сильных токов в трубопроводах и практически полному прекращению радиосвязи на всех частотах. Экстремальные радиационные бури приводят к опасному облучению космонавтов, экипажей пассажиров высотных самолетов.

Весьма большое значение имеет экологический низкочастотный электромагнитный мониторинг, который исследует:

∙роли механизмов генерации и энергетики электромагнитных излучений в процессах передачи трансформации энергии солнечного ветра в ионосфере и верхней атмосфере Земли;

∙антропогенное электромагнитное воздействие на ОКП (излучения линий электропередач, нагрев ионосферы излучением наземных передатчиков) и обратную реакцию последнего;

∙медико-биологические проблемы воздействия естественных и антропогенных электромагнитных полей;

∙корреляции регистрируемых на КА излучений с экстремальными явлениями и процессами поверхности, в атмосфере и литосфере Земли (тайфуны, землетрясения, мощные взрывы, энергетические катастрофы и т.д.).

Для количественной оценки солнечной активности, играющей основную роль в формировании «космической погоды», применяются индексы, связанные с реальными потоками электромагнитно-

157

го излучения. Наиболее часто используется индекс F10.7 – величина потока радиоизлучения Солнца волне 10,7 см (2800 МГц), хорошо соответствующий изменениям суммарной площади солнечных пятен и количеству вспышек во всех активных областях (рис. 76).

Рис. 76. Модель образования инфразвуковых акустических колебаний в атмосфере

158

Таким образом, проблема прогноза «космической погоды» в XXI веке стала актуальной ввиду профилактики стрессовых ситуаций в работе летчиков, космонавтов, диспетчеров, операторов, даже водителей общественного транспорта. Отделения реанимации кардиологических клиник так нуждаются в таком прогнозе.

К факторам, определяющим космическую погоду, относят вариации космических лучей, то есть изменения в пространстве и во времени потока космических лучей галактического и солнечного происхождения, непрерывно бомбардирующих земную атмосферу. На поверхности Земли интенсивность космических лучей зависит от температуры и давления воздуха, широты пункта наблюдения и состояния геомагнитного поля, электромагнитной обстановки в Солнечной системе физических условий в Галактике.

Всоответствии с этим вариации космических лучей, обусловленные изменением этих факторов, делят на три класса. Вариации I

иII классов (метеорологического происхождения и обусловленные изменениями магнитного поля Земли) с помощью специальной методики могут быть исключены из данных наблюдений, что позволяет в чистом виде находить вариации III класса, т.е. вариации первичных космических лучей. К III классу вариаций относятся, в частности, внезапные мощные возрастания потока космических лучей, связанные с солнечными вспышками. Амплитуда вариаций первичных космических лучей зависит от энергии частиц и напряженности межпланетных магнитных полей. Большинство вариаций III класса (периодические 11-летние, 27-дневные, солнечносуточные, а также эффект Форбуша и др.) обусловлено «выметанием» космических лучей из Солнечной системы неоднородными магнитными полями («магнитными облаками»), движущимися от Солнца вместе с солнечным ветром.

ВРоссии основные данные о состоянии «космической погоды» аккумулируются в институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН.

Техногенная засоренность ОКП достигла к началу XXI в. весьма значительных величин, что привело к созданию службы мониторинга техногенной космической обстановки средствами наблюдения наземного и космического базирования. Эта же служба позволяет следить и за естественным космическим мусором в ОКП. Так как фрагменты космического мусора дрейфуют на своих орбитах под влиянием неравномерности гравитационного поля, солнечного

159

ветра и магнитных бурь, требуется постоянное обновление сведений о космическом мусоре и ведение постоянно корректируемого банка данных о нем. До настоящего времени такого банка, подобного банку об ИСЗ, пока не существует (рис. 77).

Рис. 77. Воздействие солнечной активности на биосферу через сверхнизкочастотные колебания электромагнитного поля

Естественно, техногенное состояние ОКП, обусловленное наличием в нем космических аппаратов и отходов космической деятельности, прямо связано с его физическим состоянием.

В нижней части ОКП на высотах 200-1000 км процессы, связанные главным образом, солнечной активностью, являются основным возмущающим фактором, влияющим на движение космических аппаратов, фрагментов техногенного и естественного мусора:

160