11 февраля — Международный день женщин и девочек в науке. К этой дате ТАСС узнал отношение трех ученых к стереотипу “наука не для девочек”, поговорил про важность их исследований и попросил дать советы самим себе.
Космический мониторинг – это система регулярных наблюдений и контроля состояния территории, анализа происходящих на ней процессов и своевременного выявления тенденций, имеющих место изменений средствами космического базирования.
Космический мониторинг поверхности Земли
Методы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), существующие в настоящее время, позволяют проводить контроль только объектов, различающихся между собой по спектральной отражательной способности хотя бы в одном диапазоне длин волн и имеющих размеры, сравнимые с пространственным разрешением съемочной аппаратуры. На космических снимках, которые получаются в оперативном режиме, наблюдаются следующие объекты: лесные массивы и пожары, сельскохозяйственные угодья с посевами, пастбища, открытые поверхности почвы, населенные пункты и промышленные зоны, дороги, водоемы, снежный и ледовый покров, облачный покров. Методы ДЗЗ позволяют оперативно проводить анализ изменений, происходящих с перечисленными объектами во времени и пространстве, выявлять катастрофические изменения, происходящие с этими объектами в результате аварий, катастроф и стихийных бедствий, решать задачи в разных областях народного хозяйства на основе этой информации. Следует отметить, что методами космического мониторинга невозможно регистрировать техногенные аварии и катастрофы, если они не влекут за собой площадные загрязнения или не сопровождаются сильным пожаром.
В РФ нет проблем с получением данных зарубежных спутников для мониторинга лесных пожаров
Москва. 7 февраля. INTERFAX.RU – Большинство космических спутников, обеспечивающих данными систему мониторинга лесных пожаров ИСДМ-Рослесхоз, являются отечественными, однако и с получением данных от зарубежных партнеров на данный момент проблем не наблюдается, сообщил во вторник “Интерфаксу” начальник управления охраны лесов от пожаров Рослесхоза Михаил Козлов.
“На сегодняшний день для космической съемки в части мониторинга лесных пожаров используется 29 спутниковых систем, большая часть из которых – отечественные. Но и на данный момент проблем с получением спутниковых данных с зарубежных космических аппаратов нет”, – сказал Козлов.
При этом поставщиками спутниковой информации в систему ИСДМ-Рослесхоз являются госкорпорация “Роскосмос” и ФГБУ “НИЦ Планета”, напомнил он.
25 марта прошлого года глава Минприроды РФ Александр Козлов сообщил, что Европейская организация по эксплуатации спутников (EUMETSAT) стала задерживать передачу данных с метеоспутников российским партнерам. О проблемах с передачей данных для систем мониторинга лесных пожаров не сообщалось.
5 февраля с космодрома Байконур был запущен и выведен на орбиту спутник “Электро-Л” 4, предназначенный для обеспечения подразделений Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, а также других ведомств оперативной и независимой гидрометеорологической информацией. Как сообщили в холдинге “Российские космические системы” (РКС, входит в “Роскосмос”), система в числе прочего “повысит точность моделей при составлении краткосрочных прогнозов погоды, будет отслеживать чрезвычайные ситуации и вести экологический контроль окружающей среды”.
Космические ЧС — это опасности, угрожающие человеку из Космоса. Прежде всего это опасные космические объекты (ОКО) и космические излучения. Это: астероиды и кометы, сближающиеся с Землей, солнечная радиация (известно, что чрезмерное солнечное облучение приводит к развитию выраженной эритемы с отеком кожи и ухудшению состояния здоровья.)
Встреча нашей планеты с небесными телами представляет серьезную угрозу для всей биосферы. Расчеты показывают, что удар астероида диаметром около 1 км сопровождается выделением энергии, в десятки раз превосходящей весь ядерный потенциал, имеющийся на Земле
ЧС геологического характера
К стихийным бедствиям, связанным с геологическими природными явлениями, относятся оползни, сели, обвалы, лавины, провалы земной поверхности, эрозия, пыльные бури.
Землетрясение– одно из наиболее страшных стихийных бедствий. Ему принадлежит первое место по причиняемому ущербу и числу человеческих жертв. Ежегодно регистрируют на земном шаре сотни тысяч землетрясений, силу которых оценивают по шкале Рихтера. Шкала Рихтера- сейсмическая шкала магнитуд, основанная на оценке энергии сейсмических волн, возникающих при землетрясениях. Пятая часть территории России подвержена землетрясениям силой более 7 баллов.
Оползень – скользящее смещение вниз по уклону под действием сил тяжести масс грунта, формирующих склоны холмов, гор, речные, озерные и морские террасы.
Вулканы подразделяются на:
Извержения вулканов бывают длительными и кратковременными.
Следует подчеркнуть роль антропогенного влияния на проявление природных ЧС. Известны многочисленные факты нарушения равновесия в природной среде в результате деятельности человечества, приводящие к усилению опасных воздействий. В настоящее время масштабы использования природных ресурсов существенно возросли, в результате стали ощутимо проявляться черты глобального экологического кризиса.
Между всеми природными катастрофами существует взаимосвязь. Наиболее тесная зависимость между землетрясениями и цунами. Тропические циклоны почти всегда вызывают наводнения. Землетрясения вызывают пожары, взрывы газа, прорывы плотин и т. д.
Космос — один из элементов, влияющих на земную жизнь. Рассмотрим некоторые опасности, угрожающие человеку из Космоса.
Астероиды — это малые планеты, диаметр которых колеблется в пределах 1 — 1000 км. В настоящее время известно около 300 космических тел, которые могут пересекать орбиту Земли. Всего, по прогнозам астрономов, в Космосе существует примерно 300 тыс. астероидов и комет.
Встреча нашей планеты с небесными телами представляет серьезную угрозу для всей биосферы. Расчеты показывают, что удар астероида диаметром около 1 км сопровождается выделением энергии, в десятки раз превосходящей весь ядерный потенциал, имеющийся на Земле. Энергия одного удара оценивается величиной 10 эрг.
Однако действие УФ- излучения на организм и окружающую среду не ограничивается лишь благоприятным влиянием. Известно, что чрезмерное солнечное облучение приводит к развитию выраженной эритемы с отеком кожи и ухудшению состояния здоровья. Наиболее частым поражением глаз при воздействии УФ- лучей является фотоофтальмия. В этих случаях возникает гиперемия, конъюнктивиты, появляются блефароспазм, слезотечение и светобоязнь. Подобные поражения встречаются при отражении лучей солнца от поверхности снега в арктических и высокогорных районах (” снеговая слепота”).
За последние годы в специальной литературе описывают случаи возникновения рака кожи у лиц, постоянно подвергающихся избыточному солнечному облучению. В качестве аргумента приводятся данные об увеличении заболеваний раком кожи в южных районах по сравнению с северными. Случаи рака кожи у виноградарей Бордо с Преимущественным поражением кожи рук и лица связывают с постоянным и интенсивным солнечным облучением открытых частей тела.
Проблема защиты человека в различных условиях его обитания возникла одновременно с появлением на Земле наших предков. На заре человечества это были опасные
природные явления. С развитием технического прогресса возникли опасности, творцом которых стал человек.
Здание цивилизации необычайно усложнилось, и оно продолжает строиться, унося нас все выше от наших землях корней. После того как совершилась научная революция, мы стали ограничивать свое знание о мире, разделяя го на отдельные узкие фрагменты и полагая, что взаимосвязи между ними не столь важны.
Защита населения и территорий в ЧС
Защита населения от чс космического характера Наблюдение за опасными объектами с помощью современных средств. Своевременное оповещение людей о надвигающейся угрозе из космоса. Эвакуация населения в безопасные местности, укрытия, подземные бункеры. Защита людей от опасных последствий космических катастроф (информирование о способах защиты, средства индивидуальной защиты, развертывание госпиталей, помощь пострадавшим).
Непосредственное действие огня на горящий предмет;
Дистанционное воздействие на предметы и объекты высоких температур за счет облучения.
В результате происходит сгорание объектов, их обугливание, разрушение, выход из строя. Уничтожаются все элементы зданий и конструкций, выполненных и сгораемых материалов, действие высоких температур вызывает пережог, деформацию и обрушение металлических ферм, балок перекрытий и др. конструктивных деталей сооружения. Кирпичные стены и столбы деформируются. В кладке из силикатного кирпича при длительном нагревании до 500-6000 С наблюдается его расслоение трещинами и разрушение материала.
При пожарах полностью или частично уничтожаются или выходят из строя технологическое оборудование и транспортные средства. Гибнут домашние и с/х животные. Гибнут или получают ожоги люди.
Вторичными последствиями пожаров могут быть взрывы, утечка ядовитых или загрязняющих веществ. Большой ущерб незатронутым пожаром помещениям и хранящимся в них предметам может нанести вода, применяемая для тушения пожара.
2)Последствия ураганов,бурей и смерчей.
Разрушения зданий и сооружений при ураганах и смерчах подразделяют на полные, сильные и слабые. При полном разрушении сохраняются только фундаменты и подвальные помещения зданий, а также заглубленные сооружения и убежища. Такие объекты впоследствии восстановлению и использованию не подлежат. Подобные разрушения наблюдаются редко.
Сильные разрушения характеризуются обрушением стен верхних этажей. Нижние этажи и подземные помещения зданий сохраняются. Инженерные сети разрываются или деформируются. Восстановить подобные объекты можно только их перестроив.
При средних разрушениях сохраняются прочные конструкции сооружений (стены, перекрытия, лестницы). Возможны повреждения инженерных сетей в местах стыков. Объекты с такими повреждениями восстанавливаются в полном объеме.
К слабым разрушениям относят деформацию легких пристроек, оконных и дверных коробок, карнизов и крыш. Внутри зданий повреждаются перегородки и штукатурка стен. При таких незначительных разрушениях помещения восстанавливаются, как правило, в процессе эксплуатации сооружений.
Бури (штормы) приводят к гораздо менее разрушительным последствиям, так как характерные для них скорости ветра значительно меньше, чем у ураганов. Однако если они сопровождаются переносом песка, пыли ила снега, может быть нанесен значительный ущерб сельскому хозяйству, транспорту и другим отраслям.
Смерч, соприкасаясь с поверхностью земли, часто наносит разрушения той же степени, что и при сильных ураганных ветрах, но на значительно меньших площадях. Эти разрушения связаны с действием стремительно вращающегося воздуха и резким подъемом воздушных масс вверх. В результате некоторые объекты (автомобили, легкие дома, крыши зданий, люди и животные) могут оторваться от земли и перенестись на сотни метров, в результате чего они разрушаются, а люди получают травмы и контузии, а порой гибнут. Одновременно из-за подъема в воздух огромного количества предметов наблюдаются значительные косвенные поражения людей.
Последствия катастроф, возникающих при воздействии на Землю космических объектов, могут быть следующие:
– природно-климатические – возникновение эффекта ядерной зимы, нарушение климатического и экологического баланса, эрозия почвы, необратимые и обратимые воздействия на флору и фауну, загазованность атмосферы окислами азота, обильные кислотные дожди, разрушение озонного слоя атмосферы, массовые пожары.
– гибель и поражение людей.
– экономические – разрушение объектов экономики, инженерных сооружений и коммуникаций, в том числе разрушение и повреждение транспортных магистралей.
– культурно-исторические – разрушение культурно-исторических ценностей.
– политические – возможное осложнение международной обстановки, связанной с миграцией населения из мест катастрофы, и ослабление отдельных государств.
Космические опасности и угрозы – это события космического масштаба или природные явления, обусловленные влиянием космических объектов, излучений и т.д., которые по интенсивности, масштабу распространения или продолжительности опасны для жизнедеятельности людей, объектов хозяйства и окружающей природной среды на Земле.
Любой биологический объект существует в определенных условиях, приспособившись к окружающей среде. Поэтому причины, которые могут вызвать изменение этих условий существования, следует рассматривать как потенциальные опасности для этого объекта. Основываясь на этом положении, различают следующие космические опасности и угрозы:
- космические лучи и электромагнитное излучение (см. опасные космические излучения), поступающие на Землю из ;
- солнце и ;
- солнечные и лунные затмения;
- астероиды и метеориты (см., ).
Негативное воздействие галактического космического излучения на нашу планету возможно через изменение им некоторых физических характеристик солнечно-земных связей (магнитные свойства Солнца и Земли, солнечный ветер и т.д.). Поскольку во время некоторых хромосферных вспышек на Солнце потоки солнечных космических лучей вблизи Земли в сотни раз превышают потоки галактических космических лучей, именно солнечное излучение (см. ) космических полетов.
Солнечные космические лучи малой энергии оказывают существенное воздействие на состояние ионосферы Земли в высоких широтах, вызывая дополнительную ионизацию ее нижних слоев. Это приводит к ухудшению качества радиосвязи, а в некоторых случаях — к ее полному прекращению на коротких волнах. Поэтому очень важны систематические наблюдения хромосферных вспышек, всплесков радио- и рентгеновского излучения и др. проявлений солнечной активности, позволяющие, в тесной связи с измерениями интенсивности космических лучей, прогнозировать радиационную обстановку на трассах космических полетов, определять оптимальные условия связи с космическими аппаратами, а также радио- и телевизионной связи. Для этих целей существует Служба Солнца, ведущая систематические наблюдения за Солнцем и, в первую очередь, за солнечной активностью. Разработана система радиационной безопасности космонавтов, включающая комплекс средств и мероприятий, направленных на предупреждение и исключение неблагоприятных воздействий ионизирующих космических излучений. Ультрафиолетовая радиация (длины волн 10–400 нм), поступающая на Землю — наиболее опасная часть электромагнитного излучения для природных объектов и человека. Жизнь на Земле существует потому, что при длинах волн короче 290 нм излучение, идущее из космоса, полностью поглощается в верхних слоях атмосферы , и выше. Излучение более мягкого диапазона длин волн (300–400 нм), которое лишь частично задерживается озоновым слоем Земли, в больших дозах приводит к ожогам кожи, ее старению, вызывает некоторые формы рака кожи. По прогнозам ученых, уже в течение ХХI века, в случае продолжения истощения озонового слоя, поступающая на Землю ультрафиолетовая радиация может увеличиться на 10%, что даст дополнительно 400 млн. заболеваний рака кожи и 7 млн. смертей у населения Земли.
Ультрафиолетовое излучение вызывает катаракту глаза и снижает иммунитет организма. Одним из методов борьбы с этими опасностями является работа, как на национальном, так и на межправительственном уровне по сохранению озонового слоя Земли, поддержанию его на уровне, способном защитить природные и живые объекты от избыточной ультрафиолетовой радиации.
Метеоритные опасности и опасность астероидная связаны, главным образом, с возможностью возникновения опасности для окружающей среды и жизнедеятельности людей при столкновении астероидов или продуктов их дробления с Землей. Значимыми могут оказаться сближения или даже столкновения мелких космических тел с космическими аппаратами и обитаемыми станциями, запущенными или пилотируемыми людьми. Такие явления могут приводить к изменениям орбит движения космических аппаратов, к нарушению связи с ними, к их повреждениям и полному разрушению, в случаях пилотируемых космических аппаратов возможна их разгерметизация и гибель космонавтов.
Опасности, связанные с солнечными и лунными затмениями, не столь глобальны, как рассмотренные выше, однако имеют значение непосредственно для каждого человека или животного. Затмения длятся недолго (длительность полного солнечного затмения от начала до конца всего 3–4 часа), однако они искажают привычные условия существования природных объектов, могут воздействовать на здоровье и самочувствие людей. Именно эти эмпирические факты многие века накапливали и классифицировали астрологи, порицаемые и гонимые наукой во все времена. Несмотря на известный скепсис, в последние годы активизировалось изучение связей самочувствия человека, особенно для больных с различными заболеваниями сердечнососудистой системы, с некоторыми космическими явлениями, в том числе с затмениями Солнца и Луны, с магнитными бурями и т.д. Критическое осмысление, изучение этих влияний, попытки их минимизировать — методы борьбы с такого рода опасностями. Другой способ защиты от них — заблаговременный прогноз аномальных космических явлений и ситуаций, опасных для человека.
Усиление солнечной активности, изменяет не только радиационную обстановку в околоземном пространстве, но воздействует на магнитосферу Земли, приводя к ее модуляциям. Магнитное поле Земли в значительной степени определяет условия существования жизни на поверхности нашей планеты, защищая ее от приходящих из космоса частиц и излучений. Изменения этого поля самым неожиданным образом воздействуют на объекты земной биосферы, начиная с энергетического и газового балансов в атмосфере и кончая самочувствием и смертностью отдельных людей и целых народов.
Полина Рудаковская, разрабатывает новые материалы для диагностики и лечения бесплодия
— Случалось ли вам слышать, что “наука не для девочек”?
— Я заканчивала химфак МГУ и там же защищала кандидатскую диссертацию. Меня всегда окружало много женщин в науке, и никогда не было такого стереотипа, что наука не для девочек.
Я вообще считаю, что самые красивые женщины — женщины, которые занимаются наукой. Особенно органической химией. У нас были потрясающие красивые и умные что преподаватели, что лекторы, что у меня научный руководитель Елена Кимовна.
Кандидат химических наук, научный сотрудник Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха, лаборатория биофотоники. Разработала новые материалы для диагностики и лечения бесплодия.
Мальчики часто в химию приходят после “домашних экспериментов”, после того, как пару раз что-то взорвали на кухне дома, а девочки часто говорят, что они просто любят готовить, как я, например. Химия — это творческая кухня в какой-то степени. Если говорить, что место женщины на кухне, то эта “химическая кухня” вполне нам подходит.
— Что такое для вас наука?
— Это моя жизнь.
Понятно, что есть еще другие стороны жизни, но в науке нельзя работать с 9 до 17. Наука занимает полностью всю жизнь, и это прекрасно. При этом я всегда стараюсь уделять внимание семейной стороне жизни: сыну, ему 12, и нашим совместным увлечениям.
— Чем вы гордитесь как ученая?
— Мне кажется, что гордиться — это немножко про завершенный процесс. Вот лет через 35, когда вы у меня будете брать интервью, я тогда скажу: “Знаете, мне дали Нобелевскую, и я этим горжусь” или “Мне не дали Нобелевскую, и я этим горжусь”. Мне ближе вопрос про то, что приносит радость и ощущение своей полезности, а не про гордость.
Я рада, что сейчас занимаюсь контрастными агентами для ультразвука, которые позволяют проводить ультразвуковые исследования с большей точностью. Я очень хочу, чтобы это исследование дошло до людей.
На первом курсе 2 сентября я пришла в лабораторию биологически активных органических соединений и сказала: “Возьмите меня работать кем угодно, хоть мыть пробирки”. Лаборатория занималась не просто отвлеченной наукой, а наукой для практики, которая находила применение.
Для меня очень важно видеть, что то, что мы делаем, находит применение, что мы действительно приносим пользу, а не абстрактно что-то исследуем. Я всегда стараюсь в своей работе часть времени уделять глубоким научным исследованиям, а часть — вопросам, которые можно довести до практики. Я буду гордиться, когда приду в аптеку и на полке увижу препарат, который мы сейчас разрабатываем, увижу, что его можно купить. Мне кажется, что это главное, чего бы я в данный момент хотела.
— Почему так важно то, чем вы занимаетесь?
— Вообще самое важное в медицине сейчас — это диагностика. Лечить научились очень многие заболевания, особенно на ранних стадиях, но диагностировать не всегда успевают вовремя. А поздняя диагностика приводит к сложностям в лечении.
Основные методы диагностики — УЗИ, КТ, МРТ. Из них УЗИ — самый простой, недорогой, популярный и безвредный метод. УЗИ можно делать сколько угодно раз, в отличие от, например, КТ или МРТ, которые не всем и не всегда показаны. Однако УЗИ очень зависит от специалиста, который его делает, — человеческий фактор. По сути, сейчас картина УЗИ — это 256 оттенков серого.
Если УЗИ проводить в присутствии контрастного агента, который мы создаем, то при использовании определенного оборудования картинку можно сделать более четкой, контрастной и точнее выявлять проблемы пациентов на ранних стадиях. Тем более что оборудование для УЗИ есть практически везде, даже в сельских клиниках. Если будет контрастный препарат, то не придется в каких-то случаях человека транспортировать, чтобы сделать ему более сложное исследование, а можно на месте сделать контрастное УЗИ.
Одно из направлений, которым мы занимаемся в рамках гранта РНФ (Российский научный фонд — прим. ТАСС) на молодежную научную группу, — контрастные агенты для выявления причин бесплодия. Самая распространенная причина бесплодия — непроходимость маточных труб.
До сих пор проверка проходимости маточных труб является болезненным испытанием для женщин, при котором им вводят контрастный препарат для компьютерной томографии, после чего несколько месяцев нельзя беременеть из-за токсичности препарата. Получается, женщина приходит к врачу с проблемой невозможности забеременеть, а ей решение откладывают. Иногда даже проведение этого исследования способствует возможности забеременеть, потому что контрастный агент физически очищает маточные трубы и женщине становится легче забеременеть, но из-за токсичности приходится откладывать беременность.
Мы вместо токсичного препарата для КТ хотим сделать свой контрастный агент для УЗИ, который будет безвредным, недорогим и его можно будет производить в больших масштабах.
Рассматривая проблему шире, контрастные агенты для УЗИ нужны и во многих других направлениях: например, при помощи ультразвуковой визуализации с контрастным агентом можно диагностировать инфаркт и его степень тяжести, проходимость сосудов и другие проблемы. Препарат просто вводится через капельницы, проходит по нашим сосудам, по сердцу, визуализируя проблемы.
Еще один вектор моей работы — тераностика, процесс совмещения диагностики и терапии. Контрастирующий препарат для УЗИ — это суспензия микропузырьков, для представления — немного похож на пену капучино. Когда микропузырьки контрастирующего агента подходят к клетке, они могут лопнуть. Сравним: если рядом с человеком внезапно лопнул воздушный шарик, то у человека будет испуг или шок. Так же поведет себя клетка: если рядом с ней лопнет микропузырек, клетка перейдет в шоковое состояние и начнет активно впитывать в себя все окружающие ее вещества. Таким образом, если вместе с пузырьком либо на его оболочке разместить лекарство, то будет осуществляться адресная доставка лекарства под контролем ультразвука — точечно в нужные места.
— Почему вам так важно увидеть результат?
— Мне кажется, что женщины больше настроены на решение конкретных, а не абстрактных задач. Мы настроены на решение реально стоящих задач и их скорейшее воплощение в жизнь, хотим быстрее видеть результат своих действий. В этом мы, может быть, отличаемся от ученых-мужчин, которые настроены на решение глобальных проблем. Благодаря тому, что мы разные, мы можем идти друг другу навстречу и решать серьезные проблемы, подходя к ним с разных позиций, и создавать гораздо более эффективные обобщающие методы решения.
У нас, например, междисциплинарная команда ученых мужчин и женщин: есть и биологи, и инженеры, и химики, и физики. Каждый смотрит на задачу со своей стороны, видит свои плюсы, свои минусы, и тогда возникает синергия, которая помогает гораздо эффективнее найти решение и получить результат.
— Если бы вы могли перенестись на машине времени, то что бы вы сказали или посоветовали самой себе, которая только начинает заниматься наукой?
— Знаете, есть “эффект бабочки”. Говорят, если что-то поменять в прошлом — жизнь пойдет иначе.
Я бы не стала ничего советовать. Я очень довольна тем, что происходит сейчас. Я люблю то, чем я занимаюсь, очень рада тем успехам, которые наблюдаю у своих коллег, студентов и аспирантов. Опять же, если заранее что-то предсказывать в жизни, то не будет той радости новых открытий, свершений, событий и встреч.
Задачи
К задачам, решаемым с помощью космического мониторинга, можно отнести:
Перечисленные задачи решаются с использованием различных видов съемочной аппаратуры, работающей в разных спектральных областях. Некоторые задачи требуют оперативной информации, поступающей регулярно, с периодичностью 1–3 часа, с пространственным разрешением не хуже 1000 м. Другие задачи могут быть менее оперативными, но требующими более высокого пространственного разрешения изображений. Оптимальными условиями для решения поставленных задач были бы высокое пространственное и высокое временное разрешение изображений. Эти условия могут быть реализованы при успешном осуществлении программы наращивания группировки «малых спутников» или воздушным мониторингом при помощи барражирующих пилотируемых или беспилотных летательных аппаратов. Для уточнения информации, полученной с помощью космического мониторинга, используются авиационные средства (самолеты, вертолеты, беспилотные летательные аппараты).
Перечисленные выше задачи, решаемые с помощью космического мониторинга, можно разделить на две группы:
- Задачи обнаружения явлений.
- Задачи исследования или анализа явлений или их последствий.
К первой группе относятся оперативные задачи. Для оперативных задач используются данные с аппаратуры AVHRR (КА серии NOAA) и MODIS (КА серии TERRA), которые поступают на Землю с периодичностью от 3 до 12 часов.
Ко второй группе относятся все остальные задачи, требующие детального описания и анализа явлений и их последствий, выявления территорий, населенных пунктов и других объектов, попавших в зону чрезвычайной ситуации. Возникающие чрезвычайные ситуации могут быть мгновенными (в случае паводков) или растянутыми во времени (засуха, изменение ландшафтов, почв). Для решения этих задач требуются соответствующее время наблюдения (сутки, месяц, год, несколько лет) и периоды наблюдений (сутки, декада, месяц, год). По признаку периодичности наблюдения можно подразделить на полуоперативные (засуха, контроль лесов, распределение снежного покрова в горах и на равнинах, контроль ледовой обстановки) и неоперативные (эрозия и деградация почв, смена ландшафтов). Для решения ряда задач (например, обнаружения схода селей) необходима информация с высокой оперативностью и высоким пространственным разрешением, которая пока недоступна для потребителей или отсутствует. В этих случаях можно использовать доступную информацию высокого разрешения, но с потерей оперативности.
В настоящее время для выявления пожаров применяется аппаратура, имеющая спектральное разрешение и набор спектральных каналов: 0,58-0,68 мкм, 0,72-1,1 мкм, 3,53-3,93 мкм, 10,3-11,3 мкм. Это обеспечивают 4 канала аппаратуры AVHRR KA NOAA (США), представляющей информацию в открытом доступе. Активная деятельность вулканов обнаруживается с использованием 5-го канала (11,4-12,4 мкм) этой аппаратуры. Для выявления различных признаков, связанных с растительным покровом (состояние лесов и сельскохозяйственных культур, различные их заболевания, гибель, засуха, горимость леса и т.д.) используется следующий набор спектральных диапазонов: 0,6-0,7 мкм, 0,8-0,9 мкм, 1,5-1,7 мкм. Определение параметров водных объектов осуществляется с использованием спектральных диапазонов 0,5-0,6, 0,6-0,7 (для выявления концентраций минеральных взвесей) и 0,8-0,9 мкм. Для выявления паводковой ситуации используются методы активной радиолокации, которые позволяют наблюдать территорию, покрытую в период паводка, как правило, облачностью, что делает ее недоступной для наблюдения в оптическом диапазоне спектра. Задымленность территорий определяют, используя спектральные диапазоны 0,5-0,6 мкм и ближний ИК диапазон. Приземное задымление и загрязнение городов определяется по трем спектральным диапазонам: 0,5-0,6, 0,6-0,7 и 0,8-1,0 мкм. Все задачи, связанные с определением параметров почвенного покрова осуществляются с использованием данных всего оптического диапазона спектра, а также радиолокационных данных.
Новости по теме
— Случалось. По моему ощущению, так говорят люди, которые не совсем удовлетворены собой, своей работой и целями в жизни. Человек, который занимается своим делом, по моим наблюдениям, как правило, так не говорит. Важные задачи и вызовы, которые стоят перед человечеством сегодня, в том числе и в солнечной физике, астрофизике и космических исследованиях, можно решать только сообща. И это на самом деле то, что происходит сейчас, — многие страны и университеты создают синергетическую международную сеть сотрудничества. Например, недавняя новаторская миссия Solar Orbiter к Солнцу была запущена в феврале 2020 года. Это была совместная работа многих стран и ученых со всего мира, многих женщин и мужчин.
Астрофизик и математик, кандидат технических наук. Доцент, директор Центра системного проектирования Сколтеха. Занимается исследованиями в области солнечно-земной физики, разработками новых сервисов космической погоды. Лауреат международной медали Александра Чижевского по космической погоде и космическому климату. Разработала ряд сервисов космической погоды по прогнозированию количества пятен на Солнце, радиопотока от Солнца, геомагнитных бурь, полярных сияний, прибытия солнечного ветра на Землю. У этих сервисов большое количество пользователей по всему миру.
Мне посчастливилось работать со многими выдающимися женщинами-учеными, например вместе с Джоан Фейнман — это младшая сестра нобелевского лауреата Ричарда Фейнмана. Она внесла значительный вклад в физику солнечно-земных связей, солнечного ветра и его влияния на магнитосферу Земли. Мы с ней и с другими коллегами разработали метод изучения очень быстрых корональных выбросов массы.
Это очень важно для прогнозирования экстремальных событий космической погоды, которые могут очень серьезно повлиять на нашу повседневную жизнь. Например, перебои в электроснабжении приведут к перебоям в поставках нефти и газа, что в дальнейшем приведет к значительному и каскадному эффекту во многих сферах. Это коммуникации, транспорт, банки, больницы, реагирование на чрезвычайные ситуации, даже поставка воды будет затруднена. В 2012 году на Солнце произошел экстремальный выброс плазмы из солнечной короны, и нам повезло, что магнитное облако промахнулось и не задело Землю. Если бы это произошло, последствия были бы очень серьезными для нашей инфраструктуры в космосе и на Земле.
На сегодняшний день наше общество не готово к экстремальному событию космической погоды. Нужно усовершенствовать технологическую инфраструктуру, чтобы быть защищенным от наведенных токов и других эффектов космической погоды, а также научиться понимать все тонкости взаимодействия между Солнцем и Землей и точнее прогнозировать космическую погоду.
Мы с коллегами как раз и занимаемся как и фундаментальными, так и прикладными аспектами космической погоды: изучаем, как Солнце создает космическую погоду, как вспышки, корональные выбросы массы, солнечный ветер и магнитные бури влияют на Землю. В то же время мы занимаемся разработкой операционных служб космической погоды, чтобы защищать наше общество и инфраструктуру от космических опасностей и жить в гармонии с бурным характером Солнца.
В середине XIX века телеграф — тогда единственное средство для бизнеса и личных контактов — вышел из строя в Европе и Северной Америке. Сегодня, в XXI веке, когда наши технологии в космосе и на Земле существенно прогрессировали по сравнению с XIX веком, финансовые потери от подобного события, по оценкам специалистов, составили бы несколько триллионов долларов плюс десять лет восстановления экономики и инфраструктуры.
Протубенец и выброс массы, 23 июля 2012 года. По силе этот выброс был повтором события Кэррингтона XIX века
Причиной этих и многих других событий были солнечные бури. По оценкам специалистов, такое событие, которое произошло в XIX веке, может произойти раз в 500 лет, а событие, которое произошло в Канаде, — раз в 50 лет. Солнце не только щедро одаривает нас теплом и энергией, которая обеспечивает очень благоприятную жизнь на Земле, но еще является источником космической погоды.
Во время вспышки на Солнце всего лишь за несколько минут выделяется в 100 тыс. раз больше энергии, чем производят все электростанции на Земле за год. Свет от вспышки долетает до Земли всего за 8 мин., и если бы у Земли не было атмосферы, жесткое рентгеновское излучение нас бы сгубило. Но нам повезло, плотная атмосфера Земли поглощает опасное излучение вспышки и нас защищает. Но тем не менее это не проходит бесследно, из строя может выйти радиосвязь и GPS. Например, в ноябре 2015 года из-за вспышки на Солнце в Швеции самолеты исчезли с радаров. И когда Солнце штормит, авиакомпании вынуждены отменять перелеты через полюса, потому что там нет радиосвязи.
Часто сразу после вспышки из солнечной короны — атмосферы Солнца в космос выбрасывается солнечная плазма. Корональные выбросы массы — огромные магнитные пузыри, состоящие из нескольких миллиардов тонн заряженных частиц. Пузырь может за несколько дней достичь Земли, и так настроение Солнца передается нашей планете. От удара магнитного облака магнитосфера Земли с дневной стороны может очень сильно сжаться, оставляя спутники на геостационарной орбите и космонавтов в открытом космосе без естественной защиты. Наша атмосфера нагревается и разбухает — в итоге спутники тормозятся, сходят с орбиты и могут неконтролируемо упасть на Землю. А на Земле начинает бушевать магнитная буря и вспыхивает полярное сияние.
50 лет назад морские мины у побережья Вьетнама взорвались сами по себе. Они среагировали на сильные возмущения магнитного поля Земли, как будто на проплывающие рядом корабли. На железной дороге во время бурь красный свет светофора может спонтанно переключиться на зеленый, а старенький водопровод может дать трещину в заржавелых местах из-за наведенных токов, потому что нарушается защита от коррозии.
У нас и в мыслях нет, какое сильное влияние Солнце оказывает на нашу жизнь, которая все больше и больше полагается на современные технологии. Например, когда едем из пункта А в пункт Б, мы же не думаем о том, какое огромное количество спутников работает, чтобы подсказать этот маршрут. Мы привыкли пользоваться технологическими достижениями, и, кстати, многие из них пришли к нам из космических исследований. Например, когда возник вопрос, как фотографировать в космосе за пределами атмосферы Земли, стали проводиться космические исследования и их результаты помогли в создании CCD-камеры, а теперь она у нас у каждого в кармане в мобильном телефоне.
— Что главное вы поняли о Солнце за все время его изучения?
— Солнце — очень красивое.
— Что такое наука?
— Способ проявить лучшую часть себя, общаясь с единомышленниками и с людьми с такими же устремлениями. Мне кажется, это можно сравнить с кругосветным путешествием или с альпинистом, который идет в гору. Наука — это поиск нового знания, чтобы выйти за пределы неизведанного мира, расширяться и идти дальше своего зрения. Человеку свойственно развиваться, человека всегда будет тянуть в неизведанные области как во внешнем космическом, так и во внутреннем интеллектуальном пространстве. Откуда у альпиниста такая неистовость и стремление к познанию? Откуда у него жажда увидеть неизведанное? Несмотря на риски и опасности, он все равно идет в горы. И когда он достигает вершины, испытывает счастье, радость и восторг. И с этой вершины ему открываются новые горы, и его уже тянет дальше. Новое знание вдохновляет, несет силу и красоту. Меня глубоко трогает и вдохновляет красота нашего объекта исследования — Солнца.
— Большая радость и большой успех, которыми можно гордиться, когда удается получить новое знание, которое позволяет нам понять суть наблюдаемых явлений, научиться прогнозировать будущее и даже в какой-то мере его контролировать и принимать надежные решения на основе полученных результатов.
Мне посчастливилось вместе с моей научной группой и коллегами получить важнейшие результаты по ряду фундаментальных и прикладных вопросов физики Солнца, включая исследования по изучению взрывных событий на Солнце, раннего детектирования и прогнозирования распространения корональных выбросов массы — самых энергичных событий в нашей Солнечной системе, прогнозирования солнечной активности, силы 11-летнего солнечного цикла, солнечного ветра, геомагнитных бурь и полярных сияний.
Корональный выброс массы, 10 сентября 2017 года
Вместе с коллегами мы также создали ряд сервисов космической погоды по прогнозированию количества пятен на Солнце, геомагнитных бурь, прибытия солнечного ветра на Землю, у которых большое количество пользователей по всему миру. За эти работы мне выпала большая честь получить Международную медаль им. Александра Чижевского по космической погоде и космическому климату.
Большую радость и гордость у меня также вызывают успехи моих студентов. В сотрудничестве с Университетом Граца в Австрии и Европейским космическим агентством мы вместе с нашей студенткой Еленой Петровой разработали метод и программное обеспечение под названием RESONANCE для прогноза радиопотока от Солнца на два года вперед.
Это очень важно для повышения точности оценки орбит спутников, сервисов возвращения спутников на Землю, моделирования космического мусора и предотвращения столкновения космических аппаратов. В среднем в атмосферу Земли возвращаются и сгорают ежедневно около двух маленьких искусственных объектов меньше 1 м. Объекты средних размеров больше метра — приблизительно раз в неделю. А очень крупные объекты — остатки ракет, спутников и разная полезная нагрузка, которые могут полностью не сгореть и упасть на Землю, — несколько раз в год. Прогноз времени возвращения объектов на Землю — это сложная задача, поскольку требует оценки температуры и плотности верхней атмосферы Земли. И для этого нужно знать, какая будет солнечная активность, которую, в свою очередь, тоже трудно спрогнозировать.
А недавно мы вместе с нашими коллегами и студенткой Симоной Нитти разработали метод прогнозирования геомагнитных бурь непосредственно по данным корональных дыр на Солнце, из которых дует быстрый солнечный ветер. Корональные дыры — это темные области с разомкнутыми магнитными линиями, вдоль которых частицы плазмы могут свободно и быстро улетать в космос, оставляя дыру в солнечной короне. Солнечный ветер может достигнуть орбиты Земли за несколько дней и стать причиной геомагнитной бури, а также зажечь полярные сияния. Поскольку корональная дыра может через один оборот Солнца, 27 дней, вновь появиться перед нами, быстрый солнечный ветер, который из нее дует, может вызывать геомагнитные бури и полярные сияния, которые будут повторяться каждые 27 дней. Полученные результаты позволяют увеличить заблаговременность прогноза с нескольких часов до нескольких суток и обеспечить тем самым своевременную защиту инженерных систем на Земле и в космосе от воздействий космической погоды.
Помимо фундаментальной и практической важности полученных результатов, студенты за эти исследования получили награду за лучший диплом. К нам также приезжают студенты по обмену по программе Erasmus, и недавно моя студентка из Италии Джулия Ронка защитила диплом в Миланском техническом университете, в котором представила методы изучения восстановления солнечной короны после коронального выброса массы. Джулия была удостоена престижной награды за международные исследования по программе международного обмена в партнерском институте.
— Сложно изучать то, что невозможно потрогать?
— Солнце правда невозможно потрогать. Солнце от нас очень далеко, и изучать его можно двумя способами: с помощью методов дистанционного зондирования по данным наземных телескопов и спутников, которые летают за пределами атмосферы Земли, или смоделировать процессы на Солнце.
Верхняя атмосфера Солнца, солнечная корона, каким-то непостижимым образом в сотни раз горячее самой поверхности Солнца. Это совершенно нелогично. Как так, чем дальше от костра — тем горячее? Это открытый вопрос в физике Солнца и очень жгучий вопрос! Поэтому корона светит в основном в ультрафиолете и рентгене, который поглощается атмосферой Земли. Следовательно, яркую и активную жизнь солнечной короны можно наблюдать только с помощью космических телескопов.
Сегодня, в XXI веке, за Солнцем наблюдают десятки обсерваторий в космосе и на Земле, которые ежедневно передают нам огромное количество ценных солнечных данных. Только от солнечной динамической обсерватории SDO мы ежедневно получаем 1,5 терабайта в день. Солнечный телескоп Даниэля К. Иноуйе (DKIST) — самый большой наземный солнечный телескоп в мире с диаметром зеркала 4 м планирует обрабатывать около 6 петабайт данных за год. С недавним запуском новаторских миссий к Солнцу, Parker Solar Probe и Solar Orbiter, количество данных, несущих полезное знание, будет только увеличиваться.
Недавно, в апреле 2021 года, солнечный зонд Parker в буквальном смысле дотронулся до Солнца. Зонд пролетел через солнечную атмосферу — солнечную корону, в которой рождаются солнечный ветер, опасная радиация и взрывные солнечные явления. Веками мы наблюдали корону только издалека. Это как наконец потрогать воду океана, чтобы понять, что это такое, а не смотреть с берега. Это революционное достижение, которое поможет нам понять, как нагревается солнечная корона, как рождается и ускоряется солнечный ветер и как нам жить в гармонии со взрывным характером Солнца.
— Вам страшно, когда вы говорите про экстремальное событие космической погоды?
— Я бы не сказала, что мне страшно. Глобально управлять процессами в космосе и вокруг Земли мы не можем, но мы можем принять меры предосторожности, например как в дождь не ходить на улицу или брать с собой зонтик.
Сегодня, если Солнце штормит, спутники переводят в резервный режим, выключают чувствительное оборудование, прекращают любые спутниковые маневры, отменяют запуски в космос, переводят космонавтов в укрытие, отменяют авиаперелеты через полярные регионы, сообщают о возможных проблемах с навигацией, а также снижают нагрузку на электростанции.
— Что вы чувствуете, когда думаете про экстремальное событие космической погоды?
— Сегодня человечество готовится к еще более серьезной работе по освоению космоса. Наши космические корабли отправляются все дальше и дальше в океаны космоса, к астероидам и планетам, лунным базам, к Солнцу. И это освоение должно быть безопасным. А точное знание космической погоды обеспечит безопасность человека и техники в ближнем космосе, в Солнечной системе и на Земле.
— Это то, что вы думаете. А что вы чувствуете?
Нам важно решить целый ряд фундаментальных проблем и получить ответы на открытые вопросы физики Солнца, чтобы лучше понимать, как работает наша звезда, как она создает гелиосферу, в которой обитают планеты Солнечной системы, и как уменьшить риски влияния эффектов космической погоды на технологические системы в космосе и на Земле.
— Я бы ничего не сказала, а только загадочно улыбнулась.
Во-первых, мы знаем из квантовой механики, что любое вмешательство наблюдателя в эксперимент может изменить исход эксперимента. А во-вторых, трудности на пути в итоге ведут к развитию и новым открытиям. Например, теорема Пифагора привела к первому кризису основ математики.
Древние греки были убеждены в гармонии и порядке окружающего мира и считали, что все его многообразие можно выразить с помощью натуральных чисел. Но теорема Пифагора привела к открытию иррационального числа, которое нарушило эту гармонию. Таким образом, свершился колоссальный прогресс в истории математики.
Когда хочешь что-то понять в начале пути, не понимаешь, что тобой движет. Но именно этот движущий импульс и стремление идти вперед и создать новое вдохновляют на поиск, ошибки и решения
Анна Петровская, помогает предсказывать урожайность с помощью ИИ
— Я такого ни разу не встречала, но заметно, что в науке больше мужчин.
Я думаю, это связано с социальными факторами: у женщин есть еще дополнительная нагрузка в плане семьи, а в науке нужно быть очень сосредоточенным на своих исследованиях. У некоторых после рождения детей, мне кажется, уже не хватает сил вернуться в науку.
Исследователь Центра технологий искусственного интеллекта Сколтеха. Создатель сельскохозяйственного Telegram-бота Tensor Fields. В нем ИИ используется для анализа основных факторов, которые следует учитывать при посадке культур и оптимизации принятия решений в сельхозпроизводстве. На основе введенных пользователем данных геолокации и дополнительных параметров бот выдает рекомендации по оптимальному выбору культур, срокам посадки, использованию удобрений и так далее, а при наличии дополнительных данных − уточненные прогнозы и рекомендации.
У меня было много преподавателей женщин. Может быть, у нас область такая, связанная с сельским хозяйством, но тем не менее.
— Что для вас наука?
— Большому количеству людей наука представляется как разговоры с тайнами мироздания. На самом деле, когда ты наукой постоянно занимаешься, это просто очень интересная работа, в которой много чего-то нового, но есть и рутинные вещи тоже.
— Что рутинного?
— Текст, например. В науке тексты очень важны, потому что главный показатель ученого — научные статьи. Они должны быть написаны красивым языком и быть логически стройными, чтобы другим ученым было легче разобраться, что именно было сделано.
Я вообще по образованию географ, специализация “география почв”. Сделать почвенную карту — это огромный труд, очень много людей тратят на нее очень много сил, и мне хотелось как-то ускорить процесс. Это тесно связано с сельским хозяйством, поэтому сейчас мы уже занимаемся больше сельскохозяйственной тематикой, и сейчас я переключилась на нее: изучаю, как повысить урожай или уменьшить расходы на него.
Это очень прикладная область, что мне нравится. Ты буквально ищешь какие-то закономерности — как именно можно предсказать урожайность, как можно помочь автопроизводителям, чтобы они знали наперед, сколько у них будет урожая в конце сезона. Это дело непростое, потому что, во-первых, погоду нужно знать на три месяца вперед, а пока у нас таких технологий нет, во-вторых, очень много зависит от производителя: когда он польет, когда посадит культуру, когда ее соберет. Мы хотим сделать подсказки для фермеров и агрономов. Как навигатор нам подсказывает — здесь лучше повернуть налево, так и здесь — через два дня лучше полить, чтобы увеличить урожайность.
Кроме этого, мы, конечно, занимаемся и научными задачами: изучаем модели урожайности, как работают агроэкосистемы, как можно применять алгоритмы машинного обучения для задач сельского хозяйства.
— Наверное, как и все ученые, горжусь своими статьями. Мы же все достижения стараемся в виде статьей публиковать. Надеюсь, в будущем разработки нашей научной группы будут применяться в индустрии — я была бы очень рада.
— Когда радовались в последний раз?
— Сложно сказать. Когда мы тестируем алгоритм и он показывает результат лучше, чем предыдущий, тогда я немного радуюсь. Просто в науке нужно намного больше упорства, чем в других областях, потому что в науке ты реже видишь результаты своей работы. Из-за этого сложно даже вспомнить что-то радостное, потому что 80% обычно на практике не работает или работает так же, как в предыдущий раз.
Я сейчас пишу кандидатскую, и она сейчас моя главная цель. Пока ты не защитился, ты немного студент в научном мире, потому что кандидатская — это обязательная вещь для любого ученого. Мой научный руководитель, когда у студента не получается, не ругает, а говорит: “Ну, это наука, так должно быть. Молодец, что попробовал”. Если не пробовать новое, если все время отсекать такие варианты, то у тебя тогда и не получится ничего. Главное, чтобы внутри были уверенность и упорство.
— Я бы посоветовала начатые проекты доводить до конца. У ученых возникает слишком много идей, новых проектов, предложений, и некоторые вещи забываются или откладываются. В какой-то момент оказывается, что это была не самая плохая идея, но вспомнить ее через пять лет в деталях — очень сложно. Мне бы лично доводить все до конца, а не откладывать очень помогло.