Как минчанка попала на работу в NASA и изучает космическую погоду

Наталья Бузулукова — научный сотрудник NASA. Она выросла в Минске в семье инженеров, в 2007 году переехала в США и сейчас занимается широким кругом тем: от устройства магнитосферы Земли до проявлений экстремальной космической погоды. dev.by поговорил с ней о том, почему землянам нужно знать, что происходит над головой, как на нас вляют геомагнитные бури и как выбросы на Солнце могут оставить людей на время без электричества. Но это всё равно не станет концом света (вероятно).

10 комментариев
Как минчанка попала на работу в NASA и изучает космическую погоду

Наталья Бузулукова — научный сотрудник NASA. Она выросла в Минске в семье инженеров, в 2007 году переехала в США и сейчас занимается широким кругом тем: от устройства магнитосферы Земли до проявлений экстремальной космической погоды. dev.by поговорил с ней о том, почему землянам нужно знать, что происходит над головой, как на нас вляют геомагнитные бури и как выбросы на Солнце могут оставить людей на время без электричества. Но это всё равно не станет концом света (вероятно).

Как минчанка пришла в науку и устроилась на работу в NASA 

В 2015 году в Великобритании вышел список с оценкой мировых рисков — от вирусной пандемии и террористической атаки до засухи и наводнений. Одним из факторов, который угрожал нарушить нормальную жизнь человечества, оказалась экстремальная космическая погода.

Это понятие включает в себя любые условия и явления на Солнце, в солнечном ветре, околоземном пространстве и в верхних слоях атмосферы, которые способны повлиять на космические и наземные технологические системы.

Специалисты говорят, что особенно сильная солнечная буря может спровоцировать выход из строя электрических сетей, перебои в работе спутников, авиации, глобальных навигационных сетей и тому подобное.

В том же году доклад о последствиях экстремальной космической погоды выпустили и в США. В 2012 году учёные зафиксировали мощный выброс корональной массы Солнца. К счастью, «извержение» прошло мимо Земли. Но если бы задело планету — вызвало бы геомагнитную бурю, сравнимую со знаменитым «событием Кэррингтона» 1859 года — крупнейшей зарегистрированной геомагнитной бурей за всю историю.

Наблюдают за такими волнениями в космосе агентства по всему миру — в том числе NASA. Научный сотрудник агентства Наталья Бузулукова — одна из тех, кто работает над моделированием и изучением проявлений космической погоды. Наталья — автор/соавтор более 30 публикаций в рецензируемых журналах. А в 2018 году под её редакцией вышел сборник, посвящённый экстремальной космической погоде.

Наталья выросла в Минске в семье инженеров, которые переехали в Беларусь в 60-70 годах. До восьмого класса училась в музыкальной школе, но потом поступила в класс с физико-математическим уклоном, где и заинтересовалась точными науками. Зачитывалась научными журналами и фантастикой, ходила вместе с классом на экскурсии в Минский радиотехнический институт (сейчас — БГУИР) и постепенно поняла, что хочет связать свою жизнь с наукой.

Центр прогнозирования космической погоды (SWPC) в Боулдере, Колорадо. Источник: NOAA SWPC 

После школы поступила в Московский физико-технический институт (МФТИ) — говорит, хотела попробовать себя в сильных вещах. Но время для науки было не лучшее — только развалился Советский Союз, денег платили немного. «Было очень тяжело», — вспоминает Наталья. Из выпускников её курса в науке осталось всего несколько человек.

Математика для программистов-самоучек: собрали лайфхаки книги и курсы
Математика для программистов-самоучек: собрали лайфхаки, книги и курсы
По теме
Математика для программистов-самоучек: собрали лайфхаки, книги и курсы

Наталья же пошла в аспирантуру, чтобы понять, что ей нравится. Год занималась в Институте биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН нанотрубками и фуллеренами (особыми соединениями углерода), а потом перевелась в аспирантуру Института космических исследований РАН, где начала изучать взаимодействие магнитосферы Земли с солнечным ветром. В 2003-м защитила диссертацию и получила премию президента РФ для молодых учёных — за эти деньги наконец смогла купить себе ноутбук. Спустя три года подала заявку в NASA на стипендию для молодых специалистов с учёной степенью.

— Почему США? В Штатах больше позиций и возможностей. Больше денег выделяют на науку. А в NASA попала, потому что агентство делало open call, который позволял иностранцам приехать на работу. Я подалась — и выиграла, — говорит Наталья. — Это было удивительно, ведь программа конкурентная: на неё в том числе подаются и американцы.

У американских студентов и даже школьников, говорит Наталья, есть шанс попасть на короткую летнюю стажировку в NASA и набрать себе очков: «Начиная со старших классов, дети могут приходить и работать 2-3 месяца с учёными NASA. Стажировка в агентстве — хорошая строчка в резюме и старт для будущего».

В 2007 году Наталья начала работать на космическое агенство по контракту через Мэрилендский университет.

— NASA особо не помогало с переездом — но выделило конкурентную зарплату. Я приехала и самостоятельно делала все документы, искала квартиру. Считалось, что если человек смог получить такую серьёзную позицию, то ему или ей хватит ума, чтобы ещё и устроиться на новом месте, — говорит Наталья.

В первые годы работы на агентство Наталья пыталась разобраться, как работает магнитосфера* Земли.

*магнитосфера — система магнитных полей, которые окружают Землю; результат взаимодействия магнитного поля солнечного ветра с магнитным полем, которое гинерируется внутриземными источниками.

— Есть такие детские конструкторы из шестерёнок, где ты крутишь одну шестерёнку — и остальные тоже приходят в движение. В каком-то смысле так работает магнитосфера. Это как большая машина по переработке энергии солнечного ветра. Мне было интересно понять, как она работает.

Иллюстрация, как на изменения, которые происходят на Солнце, воздействуют на околоземное пространство. Источник: NASA
Иллюстрация магнитного поля Земли, которое защищает нашу планету от солнечных частиц. Источник: NASA/GSFC/SVS 

В 2008-м Наталья присоединилась к команде миссии NASA TWINS, которая позволила впервые получить стереоскопическое изображение магнитосферы Земли. Там же она получила опыт работы с данными со спутников.

Сегодня Наталья — участник миссии NASA STORM, которая в случае успеха* позволит продвинуть прогнозирование космической погоды.

*миссия будет делать много снимков магнитосферы Земли в разных диапазонах (частях) электромагнитного спектра; измерять, как распределена нейтральная атмосфера возле Земли, так называемая геокорона, а также мерить солнечный ветер, который сталкивается с магнитосферой нашей планеты.

Что делают разработчики космической погоды

Наталья принадлежит к группе разработчиков, которые занимаются космической погодой. В 1990 году в Мичиганском университете стартовала разработка так называемого фреймворка моделирования космической погоды (Space Weather Modeling Framework или SWMF). Фреймворк должен повысить точность прогнозирования солнечных бурь и потенциальных сбоев в электросетях и телекоммуникациях. Сейчас он включает в себя более миллиона строк кода и в прошлом году стал open source.

Фреймворк моделирования космической погоды или SWMF — включает в себя более десятка компонентов, которые используют различные модели, чтобы описать солнечно-земную физику. 
* модель космической погоды — это имитация условий космической погоды. Модели используют наборы математический уравнений для описания физических процессов. 

— Это часть работы многих учёных. Мы обязательно должны быть computer scientist, иначе просто не сможем находиться на переднем крае науки, — говорит Наталья. — В частности я работаю с магнитогидродинамическим трёхмерным кодом, частью SWMF, которому можно, например, дать на вход значения данных солнечного ветра, и он по ним просчитает множество параметров, иначе говоря, построит модель магнитосферы.

Если говорить конкретно об этом коде, его задача — понять, как работает магнитосфера. Допустим, у вас в компьютере есть модель магнитосферы, и вы начинаете её крутить и смотреть — а что будет, если я уберу это? Или это? Так специалисты исследуют процессы, которые связаны с Солнцем, околоземным пространством и их изменчивостью.

Мы знаем, что земная погода меняется: летом жарко, зимой холодно. Но космическая погода переменчива тоже. На Солнце постоянно что-то происходит: на нём возникают пятна, вспышки, выбросы — и всё это оказывает влияние на нашу жизнь. Допустим, если мы точно знаем, что такого-то числа на Солнце будет вспышка, то сможем заранее скорректировать орбиты спутников и рассчитать электронную начинку для космических аппаратов. Но пока «космическим» метеорологам остаётся лишь мечтать об уровне точности «земных». Чтобы достичь такого уровня, им нужно научиться «соединять» модель космической погоды и данные, полученные со спутников.

— Тогда модель будет считать, а данные станут её ограничивать, приводить модель в соответствие с постоянно меняющимися параметрами. Но до этого нашей космической погоде пока что далеко- требуется очень много  данных, — говорит Наталья.

Для точного прогноза космической погоды нужны анализ данных и численные модели. Источник: NASA, ESA&NASA/SOHO и NOAA GOES

Сейчас Наталья, кроме работы в NASA, возглавляет группу в Международном институте космических наук International Space Science Institute, ISSI (штаб квартира расположена в Берне, Швейцария). Одна из задач команды Натальи — как раз научиться соединять глобальные модели и данные, чтобы они «помогали друг другу». Эта область только начинает развиваться, и потому здесь есть простор для открытий.

Как происходят геомагнитные и радиационные бури и почему это не одно и то же

Часто геомагнитную и радиационную бури считают синонимами. Но это разные вещи.

ГЕОМАГНИТНАЯ БУРЯ И СУББУРИ
Наиболее известное явление — это корональные выбросы массы, грубо говоря, когда от Солнца отрывается огромный кусок плазмы.

— Если эта «плюшка» плазмы долетает до Земли, то вызывает геомагнитную бурю и суббури, — объясняет Наталья. — Магнитная буря происходит, когда у вас есть сильный источник энергии. A суббуря — это процесс, когда что-то «взрывается» внутри магнитосферы. То есть: с Солнца прилетела плазма, магнитосфера начинает работать, как машина по переработке энергии, накапливает её, и вот эта энергия может выделиться в виде взрывного процесса — суббури. Часто бывает, что во время сильных магнитных бурь происходят сильные суббури.

РАДИАЦИОННАЯ БУРЯ
А ещё есть солнечные вспышки. Они могут происходить без выброса плазмы (но чаще — с ней). Вспышка производит поток солнечных энергичных частиц с большой энергией — это и называют «радиационной бурей». А особенно опасна она тем, что корональные выбросы также могут генерировать энергичные частицы, увеличивая риски для, скажем, космонавтов и астронавтов.

Например, в 1972 году такая радиационная буря случилась между лунными миссиями «Аполлон-16» и «Аполлон-17». Но если бы такая доза частиц поразила астронавтов за пределами защитного магнитного поля и атмосферы Земли, они могли бы натурально «обгореть». Радиационные бури не представляет угрозу для людей на Земле — скорее, для космонавтов и будущих поселений на Марсе.

Как космическая погода влияет на жизнь землян 

Почему правительства сразу нескольких стран озаботились солнечными бурями?

— До середины 19 века проявления космической погоды не особо влияли на повседневную жизнь людей. Да, иногда они наблюдали полярное сияние или странное поведение стрелки компаса, но ничего катастрофического не происходило. Но к середине 19 века человечество вышло на новый технологический уровень — и космическая погода стала нас задевать, — говорит Наталья.

Иллюстрация динамических и постоянных процессов на Солнце, которые воздействуют на Землю. Две солнечные постоянные, солнечный свет и солнечный ветер, достигают Земли за 8 минут и 4 дня соответственно. Время прибытия динамических солнечных явлений, таких как вспышки, солнечные энергетические частицы и корональные выбросы массы, является приблизительным и варьируется от немедленного эффекта до нескольких дней. Источник: NASA/Berkley 

Крупнейшая геомагнитная буря началась 1–2 сентября 1859 года. Она вызвала отказ телеграфных систем по всей Европе и Северной Америке. По воспоминаниям очевидцев, когда люди дотрагивались до металлических столбов, то проскакивали искры. По всему миру, даже над Карибами, наблюдались северные сияния. 

— Учёные тогда сообразили, что все эти странные отклонения как-то связаны с сильным полярным сиянием, — говорит Наталья. — И действительно, они оказалось связаны с авророй. Аврора — это проявление сильных токов, которые текут из магнитосферы в ионосферу.  Эти самые авроральные токи как бы «утыкаются» в ионосферу и «растекаются» по ней уже невидимыми, но сильными возмущениями. Что вызывает очень серьезный эффект космической погоды — геомагнитно-индуцированные токи. И вот это уже оказалось проблемой. 

Аврора, снятая астронавтом с МКС 29 мая 2010 года. Источник: NASA 

С изобретением радио, говорит Наталья, оказалось, что солнечные вспышки также вызывают помехи на радиоволнах. А в 1989 году из-за геомагнитно-индуцированных токов обрушилась электросеть в канадской провинции Квебек: входные трансформаторы сгорели, и более 6 миллионов человек около 9 часов провели без электричества. В то же время в Советском Союзе нарушилась радиосвязь с пунктами на высоких широтах, а полярное сияние видели даже в Симферополе.

Последствия солнечной супербури: сбои в электросетях, спутниковой связи и облучение пассажиров самолета.

В целом, правительства разных стран уже перечислили основные угрозы от супербурь (их можно прочесть здесь). Если кратко, вероятно, на первом месте будут уже упомянутые геомагнитно-индуцированные токи, которые способны нарушить работу наземных электросетей и подводных интернет-кабелей, вывести из строя трансформаторы и даже поспособствовать коррозии нефте- и газопроводов.

Экстремальная космическая погода может вызвать сбой в работе космических аппаратов (что, в принципе, и показала «Хэллоуинская» вспышка на Солнце в октябре 2003 года или же недавний инцидент с запуском спутников Starlink, когда 40 из 49 из них вышли из строя и разрушились в атмосфере Земли из-за геомагнитной бури). Количество спутников растёт с каждым годом. Кроме знаменитой SpaceX, есть и другие компании, которые стремятся запустить своё оборудование на орбиту. Так что если очередная вспышка выведет из строя хотя бы 10% околоземного флота, это приведет к заметным последствиям. Например, мобильная спутниковая связь либо исчезнет, либо будет очень плохого качества.

Главные soft skills для айтишников: подборка гибких навыков от разработчиц
Главные soft skills для айтишников: подборка гибких навыков от разработчиц
По теме
Главные soft skills для айтишников: подборка гибких навыков от разработчиц

Также солнечная супербуря, в теории, приведёт к частичному или полному выходу из строя глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) на срок от одного до трёх дней.

Чем больше зависимость общества от технологических систем, тем сильнее становится наша уязвимость перед космической погодой. Поэтому учёным важно научиться предсказывать очередную вспышку или выброс массы на Солнце. Например, если во время экстремального явления в воздухе будет находиться самолёт, то пассажиры и члены экипажа получат дополнительную дозу радиации в 20 мЗв (годовой предел — 1 мЗв).

«Но если знать, что скоро ожидается какой-то неприятный эффект, можно с минимальными потерями топлива опустить самолет пониже, чтобы обеспечить лучшую защиту и уменьшить эффект от радиации на 40%», — добавляет Наталья.

А вот на вопрос о прямом влиянии бури на самочувствие человека собеседница ответить затрудняется — говорит, что почему-то зависимостью здоровья от космической погоды интересуются только в России. Она пока не видела публикаций в международных журналах, что взаимодействие между ионосферой и магнитосферой действительно способно вызвать головную боль или сбои в сердце. Но, деликатно добавляет Наталья, возможно, какие-то эффекты и существуют, просто они ждут своих будущих исследователей.

Ждать ли конца света

Часто, события космической погоды обрастают страшилками о конце света. Например, в СМИ периодически пишут, что магнитные полюса Земли могут поменяться местами «в любой момент», и якобы это спровоцирует резкое изменение климата, разрушит озоновый слой и фактически уничтожит цивилизацию.

Про смену поясов подробнее:

Наталья Бузулукова не считает этот страх обоснованным. Да, инверсия магнитного поля является подтверждённым эффектом, и это уже бывало в прошлом — но жизнь не уничтожило. На сайте NASA говорится, что северный и южный магнитные полюса действительно меняются примерно каждые 300 тысяч лет. Однако сейчас существует мало научных доказательств каких-либо надёжных связей между дрейфующими магнитными полюсами Земли и климатом.

Во-первых, при смене полюсов магнитное поле ослабевает, но не исчезает полностью. Магнитосфера вместе с земной атмосферой продолжают защищать Землю от космических лучей и заряженных солнечных частиц, хотя небольшое количество излучения действительно сможет доходить до поверхности планеты.

Во-вторых, хотя за последние 200 лет магнитное поле Земли и ослабло в среднем примерно на 9% по всему миру, спецалисты не считают это доказательством смены полюсов. Фактически, палеомагнитные исследования показывают, что поле примерно такое же сильное, как и в последние 100 тысяч лет, и в два раза интенсивнее, чем среднее значение за миллион лет. И хотя некоторые учёные утверждают, будто бы сила магнитного поля полностью угаснет примерно через 1300 лет, текущее ослабление может прекратиться в любой момент.

В-третьих, сейчас в принципе нет никаких подтверждений, что последние три отклонения магнитного поля за последние 2,8 миллиона лет оказали сколько-нибудь значительное влияние на климат Земли (в том числе и известное «событие Лашамп»).

— Эффекты космической погоды действительно дают место для «катастрофических сценариев», но они очень спекулятивны, — говорит Наталья. — Даже если мы столкнёмся с таким же проявлением экстремальной космической погоды, как было в 1859 году во время «события Кэррингтона», это не поставит человечество на грань вымирания. 

Пока точка зрения такова: да, будут последствия, вероятно, геомагнитно-индуцированные токи выведут часть трансформаторов из строя, уровень космической радиации возрастет, электроника на спутниках быстрее придет в негодность, а сами спутники потеряют направление и выйдут из-под контроля, что может вызвать многочисленные столкновения (эффект Кесслера, или «домино»). Возможно, потребуются месяцы для исправления ситуации, а экономика понесет значительный ущерб. 

Предпосылок к тому, что «жизнь прекратится», мы пока не видим, но человечество, несомненно, будет продолжать сталкиваться c проявлениями космической погоды, и чем дальше, тем больше.

«Лютый трэш». Чего ждать от behavioral interview в FAANG
«Лютый трэш». Чего ждать от behavioral interview в FAANG
По теме
«Лютый трэш». Чего ждать от behavioral interview в FAANG
Чего ждать от System Design. Испытание кругозором на входе в FAANG
Чего ждать от System Design. Испытание кругозором на входе в FAANG
По теме
Чего ждать от System Design. Испытание кругозором на входе в FAANG
10 бесплатных способов войти в IT — от самых очевидных к нестандартным
10 бесплатных способов войти в IT — от самых очевидных к нестандартным
По теме
10 бесплатных способов войти в IT — от самых очевидных к нестандартным
SpaceX потеряет до 40 спутников Starlink из-за солнечной бури
SpaceX потеряет до 40 спутников Starlink из-за солнечной бури
По теме
SpaceX потеряет до 40 спутников Starlink из-за солнечной бури
В сети появился ролик с началом «огненного дождя» из спутников Starlink. Он продлится неделю
В сети появился ролик с началом «огненного дождя» из спутников Starlink. Он продлится неделю
По теме
В сети появился ролик с началом «огненного дождя» из спутников Starlink. Он продлится неделю
Как и зачем определять свои жизненные ценности?

Карьерный коуч из Google делится в блогах ключом к пониманию себя.

Подписывайтесь на «Что к чему» —
анамнез и главные симптомы беларуского ИТ.
Цифры, графика, ничего лишнего. Выходит раз в 2 недели.
Спасибо! На указанный адрес отправлено письмо для подтверждения подписки.
Читайте также
Как беларуские выпускники поступают в Польшу и Россию — и повлияла ли война. 4 истории
Как беларуские выпускники поступают в Польшу и Россию — и повлияла ли война. 4 истории
Как беларуские выпускники поступают в Польшу и Россию — и повлияла ли война. 4 истории
dev.by искал молодых людей, которые поступили этим летом в вузы за границу, — отозвались 4 человека. Двое выбрали Польшу, ещё двое  Россию (для одного это временный вариант, он планирует перепоступить в следующем году).  Спросили у ребят, как они выбирали вузы, куда поступали одноклассники и как на выбор повлияло вторжение России в Украину (и вчерашние новости о мобилизации). 
6 комментариев
EnCata будет штамповать заводы, которые штампуют дома
EnCata будет штамповать заводы, которые штампуют дома
EnCata будет штамповать заводы, которые штампуют дома
«Строительная отрасль полностью дисфункциональна», — говорит СЕО EnCata Олег Кондрашов. И предлагает «реанимировать стройку»: повторить успех Генри Форда и запустить конвейер, который будет штамповать модульные дома. А ещё — запустить мобильные заводы с этими конвейерами. Первый тестовый дом с железными стенами и окнами в пол уже построен — в нём 2 года как живёт СЕО. А сейчас в Великом камне достраивают тестовый завод. Есть ли будущее у проекта и какое, рассказывает dev.by Олег Кондрашов.
8 комментариев
Пара айтишников переехала в Австралию. Впечатления, цены, жильё
Пара айтишников переехала в Австралию. Впечатления, цены, жильё
Пара айтишников переехала в Австралию. Впечатления, цены, жильё
15 комментариев
NASA обновила интерактивную 3D-карту Солнечной системы
NASA обновила интерактивную 3D-карту Солнечной системы
NASA обновила интерактивную 3D-карту Солнечной системы

Хотите сообщить важную новость? Пишите в Telegram-бот

Главные события и полезные ссылки в нашем Telegram-канале

Обсуждение
Комментируйте без ограничений

Релоцировались? Теперь вы можете комментировать без верификации аккаунта.

elon
elon Block operator в Bitcoin
7

Девбай познавательный.

Василий Павлик
Василий Павлик Senior Programmer в 2019-10-01
-7

и стала разработчицей космической погоды

А можно посмотреть портфолио погоды, которую она разработала? Может там сплошные унылые минские зимы.

5

в первый день создала небо, землю и свет, и отделила свет от тьмы;
на второй день — создала твердь посреди воды, отделила воду над твердью от воды под твердью, и назвала твердь небом;
на третий — сушу, моря и растения,
на четвёртый — светила на тверди небесной,
на пятый — рыб, пресмыкающихся и птиц.

Anonymous
Anonymous Position в Noname
-8

создатель айци в 2019-и сказал - этих синоптиков надо разгонять или приводить в чувства. вот и начали работать на благо экономики. а без этих слов, ничего бы не сдвинулось

1

Почему "попала", можно просто "работает в НАСА"

-5

Наталья Бузулукова не считает этот страх обоснованным. Да, инверсия магнитного поля является подтверждённым эффектом, и это уже бывало в прошлом — но жизнь не уничтожило. На сайте NASA говорится, что северный и южный магнитные полюса действительно меняются примерно каждые 300 тысяч лет.

Т.е. отсутствие останков цивилизации, которая возможно существовала 300К лет назад является доказательством, что цивилизация не была уничтожена?

Anatole Salanevich
Anatole Salanevich Android Developer в Oxagile
2

Цивилизация и жизнь - разные понятия.

1

Антропология показывает, что 300 тыс лет назад хомо сапиенсы еще только принимали адекватную форму и их было ничтожно мало. Никаких всплесков цивилизации быть не могло. Останков жизни с тех времен ен осталось предостаточно и линия развития чётко прослеживается.

-3

"...магнитогидродинамическим трёхмерным кодом" напомнило Шелдона с трёхмерными шахматами из "Теория большого взрыва"

0

крутая статья. спасибо. Поправьте ток "гинерируется" и "быри"