Памяти Михаила Ивановича Пудовкина
Из воспоминаний Цыганенко Николая АлексеевичаРанней весной 1968 г., будучи студентом 4-го курса кафедры квантовой механики, чувствуя нарастающую «охоту к перемене мест» и нежелание посвящать оставшуюся жизнь возне с уравнениями (так впоследствии и не осуществившееся), я начал всерьёз думать о переходе на другую специализацию – по возможности, ближе к эксперименту, экспедициям, одним словом – к Земле-матушке.
В середине марта, зайдя на факультет, увидел на стене объявление о защите в тот день докторской диссертации неким М. И. Пудовкиным, на тему «Морфология полярных бурь» (помню, что одним из оппонентов значился Б. Е. Брюнелли). Название темы у меня однозначно связалось с метелью, воем арктического ветра, многометровыми торосами и прочим «Клондайком», так что тут же решил сходить на защиту и послушать, о чем все это. Большая физическая аудитория в старом здании НИФИ была полна народу, а Пудовкин оказался небольшим, очень подвижным, довольно молодым человеком (ему было тогда 34 года) с окладистой бородой и приятным тенором. Прения по защите были весьма бурными – кто-то из оппонентов (не Брюнелли) наскакивал с какой-то критикой, и диссертант то и дело сбегал вниз к доске и энергично отстаивал свою позицию. Конечно, в сути самой работы я тогда почти ничего не понял, но, по крайней мере, стало ясно, что к атмосферным бурям эта тема никакого отношения не имела. Там же я впервые услышал магические термины «магнитосфера», «питч-угол», «авроральные высыпания», и т.д. Всё это казалось загадочным и интересным, но меня всё же тянуло в сторону твёрдой Земли (две летние экспедиции с геологами сыграли тут не последнюю роль).
На следующий день решился зайти в деканат, поговорить с И. Н. Успенским и спросить его о возможности перехода на кафедру геофизики. На мой вопрос он ответил единственной фразой «Только к Пудовкину!» что сразу сняло все терзания и вселило решимость действовать. Кафедра физики Земли помещалась тогда на верхнем этаже ректорского флигеля у набережной Невы, и кабинет Михаила Ивановича был в конце длинного темного коридора, в южной части здания. Кроме самого Пудовкина, в кабинете сидела приветливая белокурая дама с солнечной улыбкой, присутствие которой, как мне показалось, прибавляло света в помещении. М. И. спросил, чем я занимался на теоркафедре и чем хотел бы заняться у него, предложив на выбор две темы для курсовой работы. Одна из них была из области фотохимии ионосферы (и была предложена в связи с моим квантово-механическим прошлым), а другая касалась теории магнитосферы Axford-Hines, и основной задачей курсовой был разбор работы Piddington в Planet. Space Sci. о крупномасштабной конвекции. Я выбрал вторую тему но, как помню, мало что понял из первого прочтения статьи, так как в связи с поздним переходом на кафедру и более чем 2-летним отставанием от группы не был знаком ни с одним спецкурсом. Главной моей задачей тогда было догнать упущенное время – подготовиться и сдать ряд экзаменов и зачётов за прошлые семестры.
К началу 5-го курса с большей частью этих долгов было покончено, и настала пора приступать к дипломной работе. М. И. предложил мне в качестве темы вопрос о природе вытягивания магнитного поля на ночной стороне в протяженный хвост, обнаруженный несколько лет назад первыми спутниками серии IMP. Основная идея, которую он предложил попытаться реализовать, заключалась в том, чтобы последовательными итерациями вычислить искажение исходного дипольного поля токами в захваченной плазме радиационных поясов, а затем каким-то образом включить эффект сжатия магнитосферы с дневной стороны. В то время расчеты геомагнитного поля с учётом дрейфующих частиц уже не были совершенной новинкой – одной из первых работ, рекомендованных Пудовкиным для ознакомления с проблемой, была статья Akasofu and Chapman 1961-го года. Уже тогда Михаил Иванович получал массу оттисков и препринтов со всего мира, а его журнальная библиотека начала понемногу наполняться выпусками Journal of Geophysical Research и Planetary and Space Science, и для нас, студентов, а позднее – сотрудников и аспирантов – это было настоящим золотым дном, доступ к которому никому не возбранялся. Спецкурсы, читавшиеся тогда Пудовкиным, в большой степени использовали последние наиболее значительные достижения, публиковавшиеся в зарубежных изданиях. Например, основополагающая работа Паркера [1957] о токах в замагниченной плазме, а также статьи Mead and Beard [1964] с первыми расчетами формы магнитопаузы и эффектов сжатия геомагнитного поля легли в основу первых 3-4 лекций его курса «Физика магнитосферы». Прослушать лекцию Михаила Ивановича, поговорить с ним о ходе текущей работы, покопаться в рекомендованных им публикациях – всякий раз буквально окрыляло и давало мощный импульс к дальнейшей работе.
Весной 1970 г. я стал аспирантом Михаила Ивановича, и в качестве одной из возможных тем диссертации он предложил вопрос об энергетике кольцевого тока с учетом его собственного магнитного поля, с целью оценить величину нелинейной поправки к уже известному тогда соотношению Десслера-Паркера. На эту тему в JGR была опубликована некая работа, но в вычислениях содержалась ошибка (неверный знак энергии взаимодействия диполя с внешним полем; ссылку не помню), и Пудовкин предложил мне попробовать получить правильное решение. К осени работа заметно продвинулась в нужном направлении, но к тому времени в октябрьском номере JGR появилась большая статья Siscoe, содержавшая полный вывод для нелинейной задачи с использованием теоремы вириала. Снова возник вопрос, что делать дальше, и Михаил Иванович предложил заняться расчётами структуры магнитосферного магнитного поля в «глобальном» масштабе с учетом токов хвоста. Понимая важную роль наземного геофизического эксперимента, Пудовкин в то же время ясно предвидел растущее значение спутниковых исследований и необходимость в количественных моделях магнитосферы как связующего звена (или «дорожной карты») между двумерными картинами явлений на уровне ионосферы и трехмерной динамикой плазмы, магнитного и электрического полей в гигантском объеме всей магнитосферы и обтекающего ее солнечного ветра. Я на всю жизнь запомнил фразу, сказанную им как-то в этой связи: «Все рисуют магнитосферу, но никто не знает, куда уходят магнитные силовые линии». Поскольку спутниковых данных у нас тогда не было, основной упор был сделан на развитие компромиссного полу-эмпирического подхода, в котором недостаток наблюдений должен был по возможности компенсироваться расчетами на основе очевидных физических принципов (например, ограничение магнитного поля Земли и магнитосферных токов в пределах магнитопаузы с приблизительно известной формой). Другим важным источником информации должны были послужить первые опубликованные в то время в JGR статистические распределения магнитного поля в хвосте магнитосферы [Behannon, Mihalov, 1968]. Осенью 1970 г. я вплотную занялся этими расчетами, а так как вычисления проводились тогда в основном на матмехо-ской ЭВМ БЭСМ-3м, где счетное время по кафедрам отпускалось в мизерных дозах, то Михаил Иванович командировал меня в Апатиты, где у ПГИ была машина «Минск-22». В тот незабываемый первый приезд на север, памятный в том числе и встречей со старыми друзьями и однокашниками (В. Иванов, Л. Щур, и др.) удалось переписать и отладить программу на «автокоде» и получить первые картинки силовых линий, которые я и привез Пудовкину в виде главного «улова».
В то же время, большой интерес вызывал вопрос о физической природе токов в плазменном слое хвоста, и наши дискуссии с Михаилом Ивановичем постоянно вращались около этого предмета. Одна из первых его идей в этом направлении была связана с ростом анизотропии давления в плазменного слоя, с преобладанием поперечного давления над продольным, благодаря чему частицы могли постепенно концентрироваться в области минимума магнитного поля, а затем (в момент активизации возмущения) быстро изотропизоваться неустойчивостями и высыпаться в конус потерь (на эту тему им в соавторстве с И. Н. Меньшутиной около 1970 г. была опубликована статья ). Одной из неразрешенных проблем в этой связи была совместимость поперечной анизотропии с токами западного направления в плазменном слое, и Пудовкин предложил мне выяснить этот вопрос. Задав простую модель поля и анизотропное распределение давлений, я, к удивлению, получил ток в направлении, противоположном ожидаемому. В ходе обсуждения результата с М. И., стала очевидной необходимость расчетов траекторий частиц плазменного слоя, с целью выявить действительный механизм появления тока в хвосте. Составив и отладив программу расчета (как это делалось в те времена, требует отдельного рассказа), я стал «запускать» протоны с разными начальными питч-углами и обнаружил, что при пересечении ими центра слоя происходит смещение к западу на ларморовский диаметр тех частиц, чей начальный вектор скорости был близок к направлению магнитного поля. Оказалось, таким образом, что главную роль в возбуждении тока играли не поперечные (захваченные), а продольные («пролетные») частицы. Михаил Иванович очень заинтересовался таким неожиданным тогда результатом. Он лег в основу первой нашей с ним совместной работы, доложенной летом 1971 г. на Ассамблее МГГС в Москве и опубликованной в 1973 г. в “Planetary and Space Science”. Помимо анализа траекторий частиц, в работе был исследован вопрос о роли анизотропии давлений в равновесных структурах с тонким токовым слоем, типичных для магнитосферного хвоста.
Из других событий тех лет, запомнился приезд в университет и
доклад на семинаре у Михаила Ивановича д-ра Акасофу из США (~1969 г.),
посвященный, как помню, синхронным наблюдениям полярных сияний в
сопряженных точках с двух самолетов – в Арктике и в южном полушарии.
Большое впечатление на меня, начинающего тогда аспиранта, произвел
международный симпозиум по солнечно-земной физике, состоявшийся в мае
1970 г. в Таврическом дворце, на котором Михаил Иванович делал
совместный приглашенный доклад с д-ром Bramley об электрических полях в
ионосфере.
| из сайта СпГУ |