 |
NASA/Goddard/Scientific Visualization Studio |
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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. |
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)
|
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.
Ekaterina Borovikova