Институт

Службы

Направления

Архив




Инфоресурсы

Наземные средства наблюдения Солнца и межпланетной среды

В этом разделе речь пойдёт о Солнце. Но не Солнце вообще, а о тех физических явлениях и процессах в гелиосфере, которые мы ассоциируем с современным развитием работ в направлении научно-практической проблемы ?Космическая погода?. Для этого разрабатывается новая аппаратура для установки на наземных обсерваториях и космических аппаратах с целью расширить состав и объёмы, а также режим получения солнечных наблюдательных данных и их анализа в рамках ?Службы космической погоды?.

Основное системное отличие службы от обычных исследовательских проектов связано с необходимостью выполнения требований по своевременности предоставления диагностической и прогностической информации с тем, чтобы потребитель успел предпринять возможные действия по оптимальному использованию поступившей информации: извлечения максимальной пользы при наступлении благоприятных условий, либо предотвращению или уменьшению потерь — при неблагоприятных. Обеспечение максимальной оперативности предоставления конечной информации предъявляет соответствующие требования к функционированию системы. В частности, нужно включать в состав наблюдательных платформ аппаратно-программные комплексы, которые обеспечивают автоматизированное управление приборной частью и выполняют функции регистрации получаемых данных, первого уровня их обработки и анализа, а также подготовки информации для её передачи в аналитические центры следующего уровня. В целом система наблюдений, обработки и анализа данных, включающая и методики работы с информацией на разных этапах, строится как территориально распределённая.

Информацию, которая поступает с сети, мы стараемся, по возможности, отображать на нашем сайте. В частности, на главной странице сайта можно увидеть Солнце так, как его видит Сибирский солнечный радиотелескоп (данные ССРТ), а также так, как его видит Радиотелескоп Академии Наук РАТАН-600 (данные РАТАН-600) и солнечный телескоп оперативных прогнозов Горной астрономической станции Пулковской обсерватории (КМП Солнца на телескопе СТОП). Для тех же посетителей сайта, которые не располагают достаточным уровнем профессиональной подготовки, но желают ознакомиться с положением дел в области космической погоды, а быть может, и попробовать применить эти знания с пользой в собственной области деятельности, можно порекомендовать обратиться к материалу, размещённому по адресу: http://mirznanii.com/a/292417/solnechno-zemnye-svyazi-i-ikh-vliyanie-na-cheloveka, где в популярной форме, но без вульгаризации, излагаются сведения об основных понятиях, процессах и взаимосвязях явлений в нашей области. В рекомендуемом обзоре использованы, правда, не самые свежие публикации, но информация сохраняет актуальность.

При подборе материалов для основных потребителей информации мы исходили из того, что роль наблюдений солнечной активности и межпланетной среды очень важна: практически все геофизические процессы, по крайней мере, в ?верхних геосферах? — в околоземном космосе и на разных уровнях в атмосфере — существенно зависят, напрямую или косвенно, от вариаций электромагнитного и корпускулярного излучений Солнца. В частности, ряд эффектов возникает и при прямом воздействии на верхнюю атмосферу меняющихся рентгеновского и ультрафиолетового излучения Солнца, потоков солнечных космических лучей. Поэтому для адекватной оценки природы и прогнозирования любых, по крайней мере, нерегулярных изменений состояния ?космической погоды? и связанных с ней геофизических процессов — требуется своевременная выдача текущих и прогностических данных о явлениях в солнечной атмосфере и её продолжении — межпланетной среде. Эти данные могут использоваться как для непосредственной передачи отдельным заинтересованным ?внешним? потребителям информации, так и в качестве входных управляющих параметров в диагностических и прогностических моделях магнитосферы, ионосферы и верхней атмосферы.

Средства мониторинга солнечной активности предназначены для получения наблюдательных данных для оценки и прогноза последствий деятельности Солнца. Они включают информацию о процессах на разных уровнях в атмосфере Солнца — фотосфере, хромосфере, короне, а также в солнечном ветре, как непосредственном продолжении солнечной короны. Для этого требуется организация наблюдений, которые охватывают очень широкий спектр электромагнитных и корпускулярных излучений — от гамма и рентгеновских лучей до радиоволн, от ядерной и электронной компонент солнечных космических лучей (СКЛ) до высокоэнергичных частиц галактических источников. Наземный комплекс подсистемы мониторинга солнечной активности наиболее эффективен для наблюдений в оптическом и радиодиапазоне, когда предъявляются высокие требования к чувствительности, пространственному (угловому) и спектральному (частотному) разрешению.

Наземная наблюдательная сеть предназначена для обеспечения:

  1. а) картирования Солнца (и ближней короны) в оптическом и сантиметровом диапазонах на ряде фиксированных длин волн с измерением яркостных и поляризационных характеристик, расщеплений и сдвигов линий, что позволяет, в конечном счете, получать информацию о структуре движений, магнитных полях;
  2. б) патруля хромосферы — вспышки, волокна;
  3. в) патруля радиовсплесков с определением их спектрального типа;
  4. г) патруля транзиентов в солнечном ветре радиоастрономическими методами, в том числе, измерения характеристик радиомерцаний космических источников;
  5. д) патруля крупномасштабных возмущений межпланетного магнитного поля (ММП) по наблюдениям вариаций интенсивности в энергичной части спектра космических лучей.

Для получения этой информации нужна сложная, в большинстве случаев уникальная, аппаратура, использующая автоматизированные системы управления и обработки данных. Эксплуатация такой аппаратуры предполагает участие специалистов высокой квалификации. Для радионаблюдений необходимо обеспечивать выполнение требований по уровню помех в нужных диапазонах. Лучше всего таким требованиям отвечают существующие астрофизические (научные) обсерватории. Именно они, в первую очередь, выбирались в качестве сетевых наземных пунктов, независимо от ведомственной принадлежности. При этом учитывался опыт организации солнечного патруля с привлечением большинства действовавших в прошлые 70–80-е годы в СССР обсерваторий и станций (более 10), во время эпизодических тогда пилотируемых космических полётов, как задач общенационального уровня. Такой подход принят и в других странах.

Поддержание на современном уровне и развитие работы наземной сети требует не только материальных и финансовых затрат, но и серьёзных кадровых и интеллектуальных ресурсов. Поэтому важна координация таких работ, обмен данными наблюдений, объединение наблюдательных средств различных обсерваторий страны в интегрированную систему мониторинга, максимально использующую возможности уже действовавших в академических обсерваториях исследовательских измерительных установок, дооснащаемых и модернизируемых так, чтобы они удовлетворяли требованиям мониторинга по режиму наблюдений и составу параметров. К таким установкам относятся крупные действующие радиотелескопы в Специальной АО (солнечный комплекс РАТАН-600), в Пущинской РАО и в Астрофизической обсерватории ИСЗФ (Сибирский СРТ, Бадары, Бурятская республика). К классу уникальных измерительных установок относится и оптического комплекса СТОП — ?солнечный телескоп оперативных прогнозов?. Аналогичный инструмент работал только в обсерватории Стэнфордского университета (Калифорния, США). Три таких телескопа, установленные на разнесённых по долготе обсерваториях в районе Кисловодска, Байкала и Уссурийска, позволяют уменьшить зависимость возможности наблюдений Солнца от локальных погодных условий. В рамках научно-практической кооперации с ИПГ в МИФИ разработан новый вариант мюонного годоскопа — ТЕМП, в котором, в отличие от прежнего (УРАГАН), в качестве стриповых детекторов для регистрации проходящих частиц применены более совершенные — на основе современной электронной техники — сцинтилляционные счётчики. Установка ТЕМП предназначена для диагностики идущих от Солнца возмущений в межпланетной среде по наблюдаемым вариациям углового распределения потоков космических лучей. Перечисленные наблюдательные средства Солнца по своим измерительным характеристикам и уровню используемых технологий не уступают зарубежным установкам, используемым в целях мониторинга. Заметим, что в силу географических ограничений круглосуточный патруль Солнца наземными инструментами, расположенными на территории нашей страны, конечно, не обеспечивается, и вопрос о привлечении в службу обсерваторий западного полушария полностью не снимается. Однако информация от нашего сегмента наблюдений представляет интерес для международного обмена оперативными данными на паритетных началах.

Наиболее существенные результаты разработок для укрепления наземного сегмента наблюдательной сети параметров Солнца и межпланетной среды сведены в приведенную ниже таблицу. Они явились итогом совместных усилий и творчества участвовавших в их разработке коллективов ученых, инженеров и конструкторов, которых поддерживало чувство, что они создают будущее для развития науки и средств мониторинга солнечной активности.

Измеряемая величина или вид наблюдений Наименование приборов, аппаратуры и оборудования Примечания

Карты распределения на видимом диске Солнца продольных компонент крупномасштабных магнитных полей и скорости на фотосферном уровне

СТОП (три инструмента)

Объединенная сеть из трех разнесенных по долготе солнечных телескопов?стоксметров

Байкальская АО ИСЗФ СО РАН пос. Листвянка Иркутской обл.

ГАС ГАО РАН Р-н Кисловодска гора ШатЖад Маз, Республика Карачаево-Черкессия

УАФО ДВО РАН Приморский край,Уссурийский район, с. Горнотаежное

Двумерные карты наблюдения Солнца с угловым разрешением 1″ в спектральных линиях в диапазоне 500÷1100 нм с разрешением 250000, обеспечение режима магнитографии

СОЛСИТ — Солнечный синоптический телескоп. Адаптированные патрульные солнечные телескопы

Распределенная сеть фотосферно-хромосферного патруля на Байкальской астрофизической обсерватории и Кисловодской Горной станции

За 30 мин обзорная карта распределения магнитного поля всего диска Солнца с разрешением 1 угл. секунда, 1 час — прецизионное сканирование активных областей.

МПВ — Магнитограф полного вектора солнечных магнитных полей

Байкальская астрофизическая обсерватория

Серии спектральных изображений тонких, с высоким пространственным и временным разрешением, структурных образований в короне на расстоянии более 0,25 солнечных радиусов от лимба

СЗК — Солнечный зеркальный коронограф со сверхнизким рассеянием света и охлаждаемым МФПУ (матричным фотоприемным устройством)

Саянская солнечная обсерватория поселок Монды, Бурятская республика

Картирование параметров Стокса на прилимбовых участках хромосферы и короны протяженностью 20 и шириной 0,03 градусов в спектральном диапазоне 1070÷1085 нм, время не более 30 минут на участок

КИКМ — Корональный инфракрасный магнитограф для лимбовых измерений

Саянская солнечная обсерватория поселок Монды, Тункинский район, Бурятская республика

Временной ход с субсекундным разрешением интенсивности, спектров в диапазоне от 2 до 24 ГГц и поляризации всплесков радиоизлучения

ММРСП — Многоканальный микроволновый радиоспектро-поляриметр

Радиоастрономическая обсерватория, урочище Бадары Тункинского района