Изучение солнечного ветра на орбите вокруг Земли с рекордным разрешением по времени - до 0,03 с

Хотя еще первобытные люди понимали, что Солнце — источник всего сущего на Земле, но и до сих пор многие невидимые нити, которые связывают нашу звезду и Землю, не только до конца не поняты, но даже и не исследованы полностью. Поэтому изучение разнообразия солнечно-земных связей имеет большое практическое и научное значение.

     Прагматический интерес вызывает, прежде всего, та сторона их взаимодействия, которая объединяется общим названием «космическая погода». Она заключается в постоянном влиянии приходящих от Солнца возмущений на околоземное пространство: генерацию магнитных и ионосферных бурь, в свою очередь, вызывающих сбои в современных технических системах, нарушения радиосвязи (особенно в полярных районах), повреждения автоматики линий электропередачи и трубопроводов и даже здоровье человека.

    Научный же интерес связан с возможностью изучения в космосе бесстолкновительной горячей плазмы, которую очень сложно воссоздать в лабораторных условиях, в частности, чтобы оценить особенности распространения в ней радиоволн, развитие разнообразных плазменных неустойчивостей и т.п.

   Для продолжения и развития этих исследований на запущенном 18 июля 2011 года российском астрофизическом спутнике «Спектр-Р» был поставлен эксперимент «Плазма-Ф».

     Основная цель спутника «Спектр-Р» — детальное изучение радиоизлучения дальних космических объектов — черных дыр, сверхгалактик, облаков темной материи и т.д. — с помощью интерферометра с очень большой базой. Однако параллельно с основным экспериментом, на этом КА нашлось место и для приборного комплекса «Плазма-Ф», в задачу которого входят непосредственные измерения в межпланетном пространстве двух важных компонент солнечного излучения — потоков плазмы солнечного ветра и потоков энергичных частиц от Солнца. Орбита высокоапогейного спутника «Спектр-Р» предоставляет прекрасные возможности для этого эксперимента. Как известно, межпланетная среда, взаимодействуя с магнитным полем Земли, создает огромную полость — магнитосферу Земли, ограниченную в направлении к Земле магнитопаузой (расстояние до нее в подсолнечном секторе составляет около 60 тыс. км), в направлении к Солнцу — околоземной ударной волной (расстояние до которой от Земли составляет около 100 тыс. км). Внутрь магнитосферы межпланетная среда почти не проникает, поэтому для ее изучения надо выйти за околоземную ударную волну.

     Благодаря своему высокому апогею (360 тыс. км), долгому периоду обращения (8,5 суток) и сравнительно невысокому перигею (5-10 тыс. км) спутник «Спектр-Р» около 6-8 суток пребывает в невозмущенной межпланетной среде, а затем быстро проходит сквозь почти все области магнитосферы, регистрируя их состояние.

    Одной из важных составляющих космической межпланетной и магнитосферной плазмы является так называемая «энергичная» компонента — ионы (в основном протоны) и электроны с энергиями существенно выше средней («тепловой») энергии основной массы плазмы. К числу таких частиц относятся, например, солнечные космические лучи или частицы радиационных поясов Земли. Кроме собственно изучения свойств околоземного пространства, исследования процессов ускорения и образования энергичной плазмы исключительно важны для астрофизики. Схожие процессы (только с более высокими энергиями) ответственны за ускорение плазмы в астрофизических объектах, о свойствах которых мы можем судить только по свойствам достигающего Земли вторичного излучения.

     В советских и российских космических проектах накоплен большой опыт подобных наблюдений. Спутник «Спектр-Р» стал удобной платформой для реализации специализированного эксперимента такого рода для изучения тонкой структуры ускорительных процессов.

   Комплекс научной аппаратуры «Плазма-Ф» включает в себя монитор энергичных частиц  МЭП, энергоспектрометр плазмы БМСВ, магнитометр ММФФ, систему сбора научной информации ССНИ-2. Приборы были включены после 05.08.2011 г. и с тех пор (за исключением прибора ММФФ) непрерывно работают на орбите, выдавая качественно новую научную информацию с рекордно высоким временным разрешением. Прибор БМСВ позволяет определять основные параметры плазмы солнечного ветра  и магнитослоя Земли с временным разрешением  1.5-3 с по переносной скорости, ионной температуре и концентрации и разрешением в 0.03 с по величине и направлению вектора потока ионов солнечного ветра. Прибор МЭП осуществляет регистрацию энергетических спектров потоков энергичных ионов (в диапазоне 0.02-1.0 МэВ) и электронов  (в диапазоне 20-200 КэВ) с временным разрешением не хуже 1 сек. и с высоким энергетическим разрешением. 

Уникальная информация о тонкой структуре солнечного ветра и потоков энергичных частиц продолжает поступать и обрабатываться. Подобные данные о межпланетной плазме до сих пор еще никем  не были получены. 

Первые результаты эксперимента «Плазма-Ф» 

Международный проект "Радиоастрон"

По материалам ИКИ РАН и журнала «Российский космос», 2011 г., №10

Подробнее