Как секретный военный
эксперимент стал классикой геофизики, сколько спутников «сбил» мегатонный
ядерный взрыв на орбите в 1962 году и какое воздействие на технику подобный
эксперимент мог бы оказать в наши дни.
 |
|
NASA/Goddard/Scientific
Visualization Studio
|
Обычно космическая погода
— результат влияния солнечной активности на магнитосферу и верхние слои
атмосферы Земли. Однако человеческая деятельность тоже влияет на магнитосферу,
причем давно, с тех пор как на планете стали использовать переменный ток и
появились первые ЛЭП, и иногда довольно сильно, как при ядерных испытаниях
1960-х годов. Обзор взаимоотношений человека и магнитосферы провел ученый из
университета Мичигана Тамаш Гомбоши и его коллеги. Их статья опубликована в
журнале Space Science Reviews.
Операция Argus
В начале 1958 года с
помощью данных, полученных спутниками Explorer 1 и 3, Джеймс Ван Аллен совершил
первое крупное открытие космической эры, обнаружив естественные радиационные
пояса Земли. Они находятся на высоте 1000-6000 и 15000-25000 километров. Эти
пояса населяют захваченные магнитным полем Земли протоны и электроны высоких
энергий. Основным источником частиц в естественных радиационных поясах является
солнечный ветер.
 |
|
Естественные
радиационные пояса Земли
NASA/Goddard
Space Flight Center/Scientific Visualization Studio
|
После этого ученого
привлекли к секретному эксперименту по созданию искусственных радиационных
поясов — операции Argus. Идея опыта принадлежала Николасу Кристофилосу. Грек по
происхождению, инженер по образованию, во время Второй мировой он занимался
наладкой лифтового оборудования, а в свободное время изучал физику элементарных
частиц и изобрел принцип фокусировки частиц, который сейчас используется в
современных ускорителях, таких как, например, Большой адронный коллайдер. После
войны Кристофилос переехал из Греции в США, где занялся физикой
профессионально.
Кристофилос полагал,
что, если взорвать атомную бомбу в околоземном пространстве, образующиеся при
этом электроны высоких энергий будут захвачены магнитным полем Земли и создадут
искусственный радиационный пояс, губительный для электроники вражеских
спутников и ракет.
Для регистрации
искусственных радиационных поясов незадолго до Argus был запущен Explorer-4, и
в августе-сентябре 1958 года серия из трех взрывов ядерных боеголовок малой
мощности (1,7 килотонн в тротиловом эквиваленте) на высоте 200, 240 и 540
километров над южной Атлантикой подтвердила гипотезу Кристофилоса.
До Argus США уже
проводили подобные испытания: маломощный ядерный тест Yucca и куда более
внушительные Teak и Orange в рамках операции Hardtack I, однако высота этих
взрывов была небольшой, максимум 77 километров, поэтому на магнитосферу они
почти не повлияли. А вот после операции Argus радиационные пояса искусственного
происхождения с помощью Explorer-4 можно было наблюдать вполне отчетливо. После
первых двух взрывов, 27 и 30 августа 1958 года, они продержались около трех
недель: вероятно, поясам сократили жизнь естественные геомагнитные бури,
налетевшие после испытаний. Радиационный пояс после третьего взрыва 6 сентября наблюдался
в течение месяца.
 |
|
Ядерный
взрыв Orange
Federal
government of the United States
|
Поскольку эти испытания
были засекречены, не участвовавшие в проекте ученые не знали о них. Не говоря
уж о широкой публике. В феврале следующего года Ван Аллен писал тогдашнему советнику президента США по науке, убеждая
его рассекретить результаты Argus.
«Испытания, успешно проведенные США, без сомнения представляют собой величайший геофизический эксперимент, когда-либо проводившийся человеком»,
— утверждал ученый.
Он настаивал, что
скрывать тесты бессмысленно, ведь лежавшая в основе идея к тому времени была
известна. Если же информацию о тестах обнародовать, престиж США поднимется и
Советы не смогут утереть американцам нос, как это уже случилось со «Спутником».
В Белом доме аргументам вняли, Ван Аллен смог доложить о своих результатах
научному сообществу, а 19 марта 1959 года об Argus написала The New York
Times.
Куда более долгоживущий
радиационный пояс у Земли появился в результате другого, опять же секретного,
эксперимента — Starfish. Самый мощный
(1,4 мегатонны) из ядерных взрывов в околоземном пространстве произошел 9 июля
1962 года в 400 километрах над Тихим океаном. Искусственный радиационный пояс
после него продержался несколько лет, по крайней мере, его еще наблюдал спутник
Relay 2 в конце 1964 года. Правда,
возможно, тут свою лепту внесли и советские ядерные испытания в октябре-ноябре
1962 года: три взрыва мощностью по 300 килотонн на высоте 290, 150 и 59
километров.
 |
|
Радиационные пояса,
искусственные (сверху) и естественные (снизу) по данным Explorer XV в 1962 и
Van Allen Probes в 2015 годах
Gombosi,
T.I., Baker, D.N., Balogh, A. et al. Space Sci Rev (2017)
|
Жертвы
экспериментов
Энергии электронов
радиационного пояса, образовавшегося в результате взрыва Starfish, были как
минимум в 10 миллионов выше, чем энергии частиц в естественных радиационных
поясах. Так что в результате этого эксперимента немало спутников погибло из-за
повреждений электроники и/или солнечных панелей. Ближе всего к точке взрыва 9
июля 1962 года оказались британский Ariel-1 и советский «Космос-5». После
взрыва Ariel продержался три недели, «Космос» — около четырех месяцев.
Всего Гомбоши и его
коллеги приводят данные об 11 погибших спутниках и отмечают, что речь идет
всего лишь о начале космической эры. В наше время подобный взрыв уничтожил бы
куда большее количество аппаратов, без которых не обходятся системы связи и
навигации.
Взрывы в рамках
операции Argus были слишком маломощными, чтобы повлиять на электроприборы на
земле. А вот в результате операции Starfish в Гонолулу в почти полутора тысячах
километров от точки взрыва перестали работать около трехсот светофоров. Также
прервалась радиосвязь между Кауаи и другими гавайскими островами, вероятно
из-за того, что система электроснабжения станции повредилась.
Похожий эффект в 1989
году оказала мощная вспышка на Солнце и последовавшая за ней геомагнитная буря,
в результате которой канадская провинция Квебек на несколько часов осталась без
электричества.
Гомбоши и его соавторы
считают, что взрыв, подобный Starfish,
в наше время может повлечь за собой куда более масштабные последствия из-за все
большего распространения электроники: автомобили на дорогах встанут, и, даже
если менее продвинутые и начиненные электроникой модели окажутся неуязвимы для
электромагнитного импульса, транспортная система будет парализована. Мобильные
телефоны выживут, правда, толку от них будет мало, так как не будут работать
телекоммуникационные станции, и сигнал будет все равно не поймать.
Кардиостимуляторы не пострадают. Самолеты более старых моделей тоже окажутся не
слишком чувствительны. Однако более новые, особенно последние, модели Boeing и Airbus будут менее управляемы. Если на момент взрыва у такого
самолета откажет в воздухе электроника, посадить их все же удастся.
Как мы влияем на
магнитосферу сейчас
Сейчас, когда эпоха
масштабных ядерных испытаний в космосе закончилась, магнитосфера пребывает в
своем почти естественном состоянии. Но только почти. На поведение электронов в
ней влияют сверхдлинные радиоволны, которые используются для связи с
самолетами, кораблями и подводными лодками. Нечаянным источником таких волн
являются и воздушные линии электропередачи.
Гомбоши и его коллеги
также упоминают эксперименты по нагреву ионосферы при помощи радиоизлучения,
такие как HAARP и ему подобные. А
также исследования, в которых в ионосфере распылялись определенные вещества.
Барий и литий — в экспериментах, которые пытались смоделировать поведение
хвоста кометы под действием солнечного ветра, триметилалюминий — в опыте по
изучению ветров в термосфере, самарий — с целью выяснить, как скажется
образующееся при этом облако ионизированной плазмы на распространении
радиоволн.
Таким образом, человек
уже больше века не оставляет магнитосферу в покое. Впрочем, в настоящее время
мы оказываем на нее лишь весьма скромное влияние, чего не скажешь об
экспериментах 1960-х годов.
Escape
of the Destructive Electrons –
Science
at NASA