Конференции

Физика Cолнца-2015 в Крыму

Очередная ежегодная международная конференция по физике Солнца в Крымской астрофизической обсерватории (после вынужденного перерыва в прошлом году по известным причинам) состоялась 6-12 сентября. Она была посвящена 70-летию Крымской астрофизической обсерватории, и тем более знаменательно, что на начало конференции пришлось судьбоносное правительственное решение: Д.А.Медведев подписал распоряжение о создании бюджетных учреждений науки на территории Крымского полуострова и в их числе на первом месте - Научно-исследовательский институт "Крымская астрофизическая обсерватория" (НИИ КрАО).

КрАО давно снискала мировую известность своими трудами, фундаментальными открытиями в области физики Солнца, звезд, туманностей и межзвездной среды, а также оригинальными изобретениями новых методов наблюдений и соответствующей аппаратуры, в том числе для многих космических миссий. Для физической аудитории имеет смысл упомянуть, что в КрАО были обнаружены принципиально новые физические явления. В 1974 году академик А.Б.Северный и его сотрудники В.А.Котов и Т.Т.Цап обнаружили пульсации Солнца как единого тела (с периодом P₀ = 160 мин = 1/9 суток) и амплитудой изменения радиуса 10 км. С тех пор пульсации с периодом P₀ доказаны 40-летними доплеровскими измерениями Солнца как звезды, выполненными в КрАО. Период P₀ был обнаружен и в вариациях блеска некоторых негалактических объектов, и в распределении периодов ряда переменных звезд. Показано также, что P₀ не зависит от красного смещения z - "разбегания" галактик. Кроме того, многолетнее слежение за флуктуациями блеска ядра сейфертовской галактики NGC 4151 показало, что начальная фаза пульсаций с периодом P₀ инвариантна и по отношению к движению Земли по орбите, то есть наблюдателя относительно источника. Таким образом, в космосе был обнаружен временной феномен - периодический процесс, "свободный" от скорости, имеющий явно космологическую природу.

Феномены, за которыми стоят специфические свойства временного аспекта физической реальности, целенаправленно изучались в работах Н.А.Козырева в КрАО (1948-1983). В частности, в 1958 году им была обнаружена вулканическая деятельность Луны при наблюдении кратера Альфонс. Это открытие получило мировое признание. В сентябре 1969 года Козыревым была получена именная золотая медаль, инкрустированная алмазами, от Международной академии астронавтики (в СССР такой награды был тогда удостоен только первый космонавт Ю.А.Гагарин). Следом, в декабре того же года, Комитет по делам открытий и изобретений Совмина СССР выдал Козыреву диплом об открытии тектонической активности Луны.

В 1978 году Козыревым был предложен принципиально новый способ астрономических наблюдений. Этот способ дал возможность воочию убедиться в прозорливости А.Эйнштейна, когда он в своих знаменитых лекциях в Принстоне подчеркнул объективность четырехмерной модели физической реальности, объединившей в мир с единой геометрией оба аспекта физической реальности - пространственный и временной. Эйнштейн тогда констатировал: "Ни точка в пространстве, ни момент во времени, в который нечто произошло, не обладают физической реальностью, а только само событие". Действительно, наблюдения десятков звезд и нескольких звездных систем обнаружили реакцию чувствительных элементов, используемых в этом методе наблюдений, на проекцию на небесную сферу определенных 4-мерных событий, относящихся к наблюдаемому звездному объекту. Эти наблюдения в КрАО, повторенные в дальнейшем другими исследователями, вооружили физику астрономическим подтверждением метрики Минковского для мира событий. Заметим, что именно она используется в релятивистской теории гравитации Власова-Логунова-Мествиришвили¹.

На крымской конференции 2015 года "Физика Солнца: теория и наблюдения" последовательно проведены четыре сессии. Для обсуждения на этих сессиях программным комитетом был принят 61 доклад из 26 научных учреждений, развивающих астрофизические исследования в России, Украине, Казахстане, Узбекистане, Таджикистане, Великобритании и США. В их числе Крымская астрофизическая обсерватория, Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория РАН, Институт солнечно-земной физики СО РАН, ИЗМИРАН имени Н.В.Пушкова, Институт астрономии РАН, ГАИШ МГУ имени М.В.Ломоносова, Физический институт имени П.Н.Лебедева РАН, Институт прикладной физики РАН.

Первая сессия конференции была посвящена исследованиям хромосферы и короны Солнца. В целом 14 докладов этой сессии представляют собой цепь разнообразных исследований наблюдающихся явлений и соответствующих пространственных структур:

• предложен механизм ускорения частиц и нагрева плазмы в хромосфере Солнца,
• рассмотрено кинетическое описание расширяющихся горячих плазменных корон над магнитоактивными областями,
• описано распространение медленных магнитозвуковых волн в изотермических корональных плазменных структурах,
• исследована эрупция спокойных волокон и связанные с ними отрицательные радиовсплески,
• изучены волокна и подстилающие их поверхности,
• с разных позиций анализируется природа возникновения корональных выбросов массы,
• предлагаются модели и выявляются физические процессы, связанные с определенными солнечными вспышками,
• вспышечный токовый слой рассматривается как генератор солнечных космических лучей.

Вторая сессия конференции была посвящена исследованиям структуры и динамики солнечных образований. На этой сессии представлено 23 доклада, начиная с рассмотрения фрактальной природы солнечного и звездного магнетизма и кончая обсуждением долговременного изменения свойств солнечных пятен. Казалось бы, какая связь существует между фрактальными свойствами магнитных полей на Солнце и современным пониманием динамо-процесса, хорошо объясняющего 11-летний цикл солнечной активности? Оказывается, сценарий независимого действия двух динамо-процессов получается сильно упрощенным после выявления фрактальных свойств солнечных магнитных полей: они заставили по-новому взглянуть на солнечный и звездный магнетизм. Динамо-процессу присущи самоорганизация и спонтанный переход, упорядоченность на больших масштабах и полный хаос на мелких.

Информационно емкие доклады в сумме представили широкий спектр наблюдательных данных: по измерению спиральности солнечных магнитных полей, по влиянию теплого прогрева на динамику всплывания магнитных полей в солнечную атмосферу, по исследованию крупномасштабных магнитных полей Солнца и их структуре на самых разных высотах, включая фотосферу; фиксировалось изменение суммарного магнитного потока Солнца со временем, широтой и высотой, а также были представлены данные по общему магнитному полю за 2014 год. Наблюдательные данные неизменно сопровождались соответствующим теоретическим осмыслением, например проводился анализ по квалификационным индексам и геометрии солнечных пятен. Изучение активности солнечной атмосферы трудно переоценить. Оно важно не только для понимания природы процессов на Солнце. Ведь жизненно необходимо понять, как изменения магнитного потока влияют на существование и эволюцию биосферы на нашей планете. Наконец стоит отметить, что поднятый на этой сессии вопрос о взаимосвязи пульсаций Солнца с уточнением гравитационной константы весьма актуален для развития фундаментальных физических представлений, в том числе в геофизике.

Третья сессия конференции была посвящена исследованию солнечных циклов. Четыре информационно емких доклада представили многолетние регулярные исследования глобальной структуры магнитных потоков солнечных пятен в минимумах солнечной активности, актуальный анализ физических и статистических характеристик циклов солнечной активности, а также углубились в космическую природу 22-летнего солнечного цикла, связали обнаруженный "скрытый" 7-летний цикл Солнца с влиянием Юпитера.

Последняя, четвертая сессия конференции была посвящена Солнечной системе и космической погоде. Среди девяти докладов этой сессии, каждый из которых представлял принципиально новый подход к выяснению физического механизма одного из известных явлений, были три доклада из ОИЯИ (Центр прикладных исследований совместно с Институтом математики имени С.Л.Соболева СО РАН). В этих докладах был предложен новый подход к выяснению природы известных "unexplainable systematic effects" (A.Cook, 1988), наблюдающихся и в прежних, и в современных гравитационных экспериментах. Дело в том, что присутствие необъяснимых систематических эффектов в неординарных экспериментах всегда вызывает естественные сомнения в их корректности, как, например, в гравитационных экспериментах известного авторитетного исследователя К.Майораны (1871-1957), который многие годы посвятил поиску гравитационного поглощения.

Можно предположить, что в прецизионных наблюдениях, к которым относятся гравитационные эксперименты, ситуация требует выхода за пределы господствующих представлений. В частности, следует уделить внимание факту, что масса (вес) объекта является характеристикой его инерционных и гравитационных свойств, а они, по логике вещей, должны зависеть от его внутреннего состояния. Так, в методологических заметках, посвященных понятию массы, Л.Б.Окунь (УФН, 1989) подчеркивал, что в случае изменения состояния сложной системы (которая имеет внутреннюю структуру и пребывает в различных внутренних состояниях) ее масса изменяется. Как нами было показано в статье "A Special Physical Phenomenon - Innate Interconnection of Space-time Points" (ArXiv: 1403.6732), дистанционным фактором изменения внутреннего состояния наземной, специально не экранированной, сложной организованной системы могут быть внешние необратимые процессы космического и земного происхождения. Поэтому объектом исследования природы этих необъяснимых систематических эффектов в гравитационных экспериментах могут служить сложные системы. Например, геологические - минералы и минеральные агрегаты. Дело в том, что благодаря известному разнообразию структуры, вещественного состава, генезиса, пористости и проницаемости ограничивающей поверхности образцы достаточно представительной геологической коллекции обеспечивают возможность изучать физический фактор наблюдаемой вариации их массы с помощью сравнительного анализа. Время и место, порядок наблюдений естественного поведения массы геологических образцов во времени целесообразно соотносить с известными свойствами явления, представленного нами в 2014 году в упомянутом ArXiv'е.

В наших докладах на конференции был представлен обзор долговременных наблюдений (1991-2015) за поведением веса (массы) геологических систем, в том числе достаточно представительной коллекции (55 видов образцов). Они подтвердили наличие естественной динамики массы определенных геологических систем, выявили особые черты этой динамики, присущие разным минералам, и открыли существование характерных годовой и суточной динамик. Кроме того, были зафиксированы происходящие время от времени кратковременные резкие флуктуации массы, которые коррелируют с космическими и геофизическими событиями. В обсуждаемых наблюдениях обнаружился ключевой момент: годовая динамика выделила характерные сегменты орбиты Земли. Это дало основание для гипотезы о Солнце как о главном, доминирующем факторе естественной динамики веса (массы) сложной наземной системы и, соответственно, - как о главном факторе наблюдающихся необъяснимых систематических эффектов в гравитационных экспериментах.

Для исследования природы обнаруженной годовой динамики массы был организован почти непрерывный синхронный многоканальный мониторинг в трех географических точках: в Дубне, Научном (Крым) и Новосибирске. Его информационно-измерительная система каждые десять секунд записывает измерения восьми физических характеристик: массу контролируемой геологической системы, напряженность квазистатического электрического поля атмосферы в двух диапазонах, температуру и относительную влажность воздуха в помещении мониторинга, атмосферное давление, температуру и относительную влажность в атмосфере, освещенность земной поверхности. В новосибирской точке, кроме того, ведется микросейсмический мониторинг и в стадии запуска мониторинг влияния космических лучей.

Многолетние данные мониторинга подтвердили характерные черты годовой динамики массы геологических систем, а также обнаружили при наличии определенных условий в атмосфере характерный суточный эффект - заметное, четкое уменьшение массы контролируемой геологической системы, когда Солнце находится достаточно высоко над горизонтом. Соответствующий многолетний фактический материал был приведен в 2012 году в нашей монографии "Геофизический мониторинг Дубна-Научный-Новосибирск: фазовые траектории массы".

В докладах на крымской конференции была представлена прямая проверка гипотезы о доминирующей роли Солнца, которая была проведена во время полного его затмения: если Солнце - доминирующий фактор наблюдаемой динамики, при существенном экранировании Солнца Луной наблюдаемая динамика массы должна полностью прекратиться. Это действительно показал 1 августа 2008 года фактический материал по полному солнечному затмению в Новосибирске и частному - в Дубне. Более того, в Новосибирске была обнаружена уникальная возможность ежегодно наблюдать десятки повторяющихся "затмений" - экранирование Солнца массивными зданиями-башнями, которые были недавно построены в окрестности мониторинга. Этот огромный фактический материал (2008-2015) четко показывает немедленное прекращение наблюдающегося эффекта уменьшения массы, как только Солнце заходит за здание-башню, и его восстановление, как только Солнце снова появляется.

Другое подтверждение влияния фактора Солнца на естественную динамику массы сложной системы дали наши многолетние (1991, 2003, 2008, 2009 и 2010) наблюдения реакции веса (массы) геологических систем на экспозицию в башенном солнечном телескопе БСТ-1 Крымской астрофизической обсерватории, когда на геологическую систему проецируется некоторая определенная область суточной параллели Солнца. Эти наблюдения являются одним из вариантов астрофизического эксперимента, которому была посвящена монография, упомянутая в сноске. Этот эксперимент предсказал реакцию массы геологической системы на область суточной параллели Солнца с центром в точке E_t. В эту точку на небесную сферу наземного наблюдателя в момент времени t проецируется центр области 4-мерных солнечных событий с временной координатой t. Точка E_t находится впереди центра солнечного диска E_t-R/c на четыре солнечных диаметра; здесь R - геоцентрическое расстояние Солнца, c - скорость света в вакууме.

Наши наблюдения, проведенные в КрАО в годы довольно разной солнечной активности, показали следующее. Определенные минералы (минеральные агрегаты) действительно дают реакцию массы на 30-минутную экспозицию в телескопе БСТ-1, когда на них проецируется область суточной параллели Солнца с центром в E_t. Величина относительного эффекта порядка 10^-4. Причем низкая солнечная активность сказывается не столько на величине самого эффекта, сколько на продолжительности восстановления прежнего значения массы: она резко уменьшается.

Обратим внимание на то обстоятельство, что речь идет о реакции минералов не на видимое Солнце, центр которого находится в точке E_t-R/c, а на область с центром в точке E_t, где Солнце будет находиться через 8,3 минуты. Другими словами, мы наблюдаем объективную реальность определенных 4-мерных событий, связанных с Солнцем, - их влияние на состояние наземной системы, реальность, о которой говорил Эйнштейн в своих лекциях о сущности теории относительности (см. цитату, приведенную выше).

Многолетние наблюдения за естественной динамикой массы весьма представительной коллекции сложных систем, выявление и изучение особенностей этой динамики позволяют не только предложить новый подход к вопросу о природе наблюдающихся необъяснимых систематических эффектов в гравитационных экспериментах. На этой основе легко указать инструмент для контроля геофизических и прочих, например космических факторов, при проведении долговременных прецизионных экспериментов.

В заключение приятно отметить, что на всех сессиях крымской конференции по физике Солнца, как всегда, царило общее стремление к творческому научному взаимопониманию и идейному взаимообогащению, радовало постоянное, заинтересованное и активное присутствие на заседаниях почти всех участников конференции и программного оргкомитета. Остается добавить, что, несмотря на известные трудности, конференция в КрАО, благодаря подвижнической работе ее оргкомитета во главе с профессором Наталией Николаевной Степанян, по всем параметрам функционировала на высшем уровне, и ОИЯИ внес свой вклад как в работу конференции, так и в поздравления с замечательным юбилеем. Так что, хотя конференция и была юбилейной, она была традиционно настроена по-деловому.

Вальтер КАЛЛИС,
фото Василия ХАНЕЙЧУКА

___________
¹ Этот метод астрофизических наблюдений и полученные на его основе выводы о свойствах временного аспекта пространства-времени (мира событий) детально описаны в монографии серии "Reihe Realwissenschaften" издательства AV Akademikerverlag, Deutschland: Eganowa I., Kallies W. Das Sonnenexperiment von Lavrenjew als Raum-Zeit-Erscheinung, 2013.