Поиск - новости науки и техники

Связь через Антарктиду. На станции “Мирный” началась новая серия физических экспериментов.

Зимой этого года на российской станции “Мирный” в Антарктиде стартовал новый этап долговременной программы ФИАН по измерению космических лучей в земной атмосфере.
Исследования галактических и солнечных космических лучей имеют давнюю историю. Ежедневные зондовые измерения потоков космических лучей в атмосфере были начаты сотрудниками ФИАН в 1957 году на двух станциях в северном полушарии (“Мурманск” и “Москва”). А с 1963-го начались непрерывные измерения в Антарктиде на станции “Мирный”. Эта многолетняя программа ФИАН выполнялась при участии многих институтов РАН и других ведомств. Сегодня работа продолжается на двух станциях в северном полушарии (“Мурманск” и “Москва”) и на российской станции “Мирный” в Антарктиде. Об этом сообщает АНИ “ФИАН-информ”.
С помощью радиозондов, разработанных и изготовленных сотрудниками Лаборатории физики Солнца и космических лучей ФИАН, регистрируются потоки вторичных космических лучей в верхней атмосфере, которые образуются первичными космическими протонами. На высокоширотных стратосферных станциях (“Мурманск” и “Мирный”) регистрируются частицы с энергиями больше 100 МэВ, а на средних широтах (“Москва”) – с энергией, превышающей 1600 МэВ. Такой подход дает уникальные возможности. Поскольку измерения производятся на стационарных станциях, в пределах одних и тех же геомагнитных координат и с помощью одинаково калиброванных радиозондов, в результате получаются ряды однородных данных, позволяющие исследовать временные, пространственные (планетарные) и энергетические распределения заряженного излучения в атмосфере Земли на высотах от уровня моря до 30-35 км.
Огромное значение имеет и продолжительность проводимых ФИАН исследований: столь длинные ряды однородных данных по космическим лучам с энергией свыше 100 МэВ в земной атмосфере больше нигде в мире не существуют. Исследования на околоземных космических станциях имеют, как правило, более короткую продолжительность. Полученные же учеными ФИАН результаты предоставляют возможность для рассмотрения многих проблем физики космических лучей, физики Солнца, гелиосферы и солнечно-земной физики.
“Длительный, уже почти 60-летний период наблюдений, сопоставление полученных характеристик космических лучей с другими данными (по циклам солнечной активности и проч.) позволяют нам надеяться на формирование точных критериев по долгосрочному, краткосрочному и оперативному прогнозированию возникновения критичных потоков высокоэнергичных частиц в земной атмо-сфере. А это уже представляет собой не только научный, но и важный прикладной интерес, поскольку данные по потокам частиц как галактического, так и солнечного происхождения привлекаются к решению задач, связанных с изменениями климата и погоды, для объяснения многих атмосферных процессов (ионизация в тропосфере, грозовые явления), для оценок доз радиации на самолетных высотах и за пределами атмосферы и других”, – рассказывает сотрудник ФИАН Сергей Бунчук.
Полученные на сегодняшний день экспериментальные данные по потокам галактических космических лучей в атмосфере позволили обнаружить ряд уникальных явлений. Так, например, удалось определить, что интенсивность потоков частиц носит периодический характер. Причем можно наблюдать несколько циклов: “длинные” – 11- и 22-летние, хорошо согласующиеся с циклами солнечной активности, и “сезонный” – 3-месячный.
В отдельное направление в рамках наблюдений за галактическими космическими лучами выделились исследования так называемых “высыпаний” высокоэнергичных электронов магнитосферного происхождения. Магнитосфера Земли содержит заряженные частицы (протоны и электроны) в радиационных поясах. Взаимодействие магнитосферы с потоками высокоскоростной плазмы (солнечного ветра) приводит к дополнительному ускорению заряженных частиц, которые при определенных условиях могут вторгаться в земную атмосферу. Характеристики высыпающихся электронов, тесно связанные с межпланетными магнитными полями и активными процессами на Солнце, способны дать ценную информацию о механизмах взаимодействия магнитосферы Земли с солнечным ветром.
Важность этих исследований, помимо чисто научного интереса, определяется тем, что потоки высыпающихся высокоэнергичных электронов оказывают влияние на физико-химические свойства земной атмосферы, создают опасность радиационного облучения на околоземной орбите, помехи в работе спутников, систем связи и наземного высокоточного оборудования. Высокоэнергичные электроны принимают деятельное, хотя и опосредованное участие в формировании баланса озона в атмосфере Земли.
Осознание важности высыпаний частиц в земную магнито-сферу для прогнозирования и оценки магнитосферных процессов привело к росту интереса к данным ФИАН со стороны международного научного сообщества. В ФИАН были проведены многочисленные расчеты и численное моделирование распространения потока электронов в верхней атмосфере Земли. На основании долговременных наблюдений и расчетов сотрудниками ФИАН составлен и опубликован уникальный “Каталог наблюдений высокоэнергичных магнитосферных электронных высыпаний”, который продолжает пополняться новыми данными. Многолетние исследования фиановцев по космическим лучам в атмосфере Земли позволяют двигаться нашим ученым в авангарде международных работ, порой опережая их на несколько шагов.
“В последние десятилетия предприняты колоссальные усилия для понимания и прогнозирования электронных высыпаний. Были организованы серии международных экспериментов с привлечением спутников и аэрозондов с целью одновременного наблюдения потоков электронов в космическом пространстве и в атмосфере. Проводимые ранее исследования позволили определить некоторые характеристики спектров высыпающихся электронов, соотнести их с данными по галактическим космическим лучам, солнечным циклам и другими”, – рассказывает руководитель проекта Владимир Махмутов.
Созданный фиановцами каталог весьма полезен для изучения отношений между параметрами электронных спектров и сопутствующих явлений. По словам В.Махмутова, область исследований электронных высыпаний по-прежнему очень широка. Необходима дополнительная информация о динамике энергетических спектров, временнóй изменчивости высыпаний, относительном вкладе различных механизмов в истощение радиационного пояса в зависимости от типа геомагнитных возмущений. Что же касается практической “полезности”, то, по мнению Владимира Махмутова, каталог будет незаменим при моделировании атмосферных эффектов, которые оказывают влияние, например, на баланс озона в земной атмосфере.
В январе 2017 года на станции “Мирный” приступила к работе очередная смена полярников, в которую входит и сотрудник ФИАН Сергей Бунчук. На протяжении долгого периода он будет проводить регулярные измерения космических лучей, осуществлять предварительную обработку и передачу результатов на материк для дальнейшего анализа данных, сопоставления их с ранее полученными результатами, с данными других станций, проведение расчетов по интенсивности галактических космических лучей. Все это позволит ученым дополнить новыми наблюдениями существующую базу данных.
Подготовила Светлана Беляева
Фотоснимки с сайта www.fian-inform.ru

Нет комментариев