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:
- 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;
- б) патруля хромосферы — вспышки, волокна;
- в) патруля радиовсплесков с определением их спектрального типа;
- г) патруля транзиентов в солнечном ветре радиоастрономическими методами, в том числе, измерения характеристик радиомерцаний космических источников;
- 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.