V. ВАЖНЕЙШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЗАВЕРШЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Важнейшие результаты научных исследований, рекомендованные ученым советом Института космических исследований в отчет РАН, доклады Президента РАН и академика-секретаря ОФН:

  1. Открытие новой популяции источников с аномально сильным фотопоглощением в спектре излучения и первые результаты работы обсерватории ИНТЕГРАЛ

    2. С выводом на орбиту международной астрофизической обсерватории гамма-лучей ИНТЕГРАЛ (ракетой-носителем ПРОТОН 17 октября 2002 года) начался новый этап исследования жесткого рентгеновского излучения галактических компактных источников - аккрецирующих нейтронных звезд и черных дыр. Чувствительность телескопов обсерватории, работающих по принципу кодирующей апертуры, значительно превышает имевшиеся ранее возможности (в частности - телескопов на борту обсерваторий ГРАНАТ и МИР-КВАНТ).

    Участие России в проекте ИНТЕГРАЛ уже принесло весомые результаты. Российским ученым (прежде всего из ИКИ РАН) принадлежит ведущая роль в открытии 10 новых галактических рентгеновских источников и обнаружении вспышек и реактиваций 9 транзиентных источников (25 публикаций в IAU Circulars и Astronomer's Telegrams). Одним из важнейших результатов здесь стало открытие обсерваторий ИНТЕГРАЛ популяции источников с аномально сильным фотопоглощением в спектре излучения, исключающим их наблюдение в стандартном рентгеновском диапазоне (например, источники IGR J16318-4848 и IGR J16358-4726). Анализ всех доступных данных по источнику IGR J16318-4848 показал, что он, видимо, является нейтронной звездой в паре с массивной звездой-спутником, обладающей очень плотным и холодным звездным ветром (Ревнивцев М.Г. и др. 2003a,b). Из-за сильного фотопоглощения эта популяция источников не была обнаружена предыдущими рентгеновскими обсерваториями. Непрерывный поток данных, поступающий с борта обсерватории ИНТЕГРАЛ, позволил широко развернуть исследования галактических двойных в жестком рентгеновском диапазоне и получить ряд интересных результатов (например, Лутовинов А.А. и др. 2003a, Мольков С.В. и др., 2003, Черепащук А.М. и др. 2003).

     

    На рис.1 приведена рентгеновская карта неба, полученная в апреле 2003 г. во время наблюдений центра Галактики в диапазоне 15-40 кэВ, на которой можно видеть некоторые из новых и известных источников.

    На рис.2. показан спектр одного из источников, принадлежащего к новой популяции источников, открытой по данным обсерватории ИНТЕГРАЛ, - рентгеновского источника IGR J16318-4848, находящегося в плотной оболочке

    Список новых источников, открытых с участием российских ученых: IGR J16318-4848, IGR J16358-4726, IGR J17464-3213, IGR J17091-3624, IGR J18539+0727, IGR J18325-0756, IGR J17597-2201, IGR J18483-0311, IGR J16479-4514, IGR J17544-2619

    Академик Р. Сюняев, к.ф.-м.н. М. Ревнивцев, к.ф.-м.н. А. Лутовинов, к.ф.-м.н. С. Сазонов, С. Мольков, д.ф.-м.н. С. Гребенев, д.ф.-м.н. М. Павлинский, 333-22-22, mikej@hea.iki.rssi.ru.

  2. Изучение физической структуры стационарных локализованных электростатических возмущений

    3. Сформулирован ряд теоретических задач для изучения физической структуры стационарных локализованных электростатических возмущений, наблюдаемых в бесстокновительной магнитоактивной плазме и определены общие подходы к описанию таких возмущений с помощью уравнений Власова-Пуассона. Выяснены основные физические закономерности структуры локализованных возмущений в зависимости от размерности и геометрии задачи, а также от интенсивности внешнего магнитного поля.

    Исследовано влияние заряженных частиц, захваченных в электростатическую потенциальную яму, на экранировку находящегося в плазме локализованного заряда.

    Проведены расчеты относительного вклада захваченных частиц в возмущение плотности плазмы в зависимости интенсивности магнитного поля, характерного пространственного масштаба электростатической потенциальной ямы и амплитуды потенциала. На основании этих расчетов показано, что в одномерном случае захваченные частицы играют доминирующую роль в экранировке. В случае трехмерной геометрии их вклад в экранировку существенно зависит от величины внешнего магнитного поля. Так в сильном магнитном поле динамика захваченных частиц близка к квазиодномерной, и их вклад в экранирующие свойства плазмы определяющий. Для слабого магнитного поля эти частицы оказывают малое влияние.

    Существенной особенностью описания локализованных электростатических структур в магнитоактивной плазме является неинтегрируемый характер уравнений движения заряженных частиц, и важное значение приобретают приближенные методы описания, основанные на дрейфовом приближении (гиро-кинетический подход). Однако, проведенный анализ показал, что корректное описание эффекта экранировки и расчет самосогласованных полей, плотности и токов в плазме требуют учета дрейфов более высокого порядка (по сравнению, например, с обычным электрическим дрейфом), которые обычно игнорируются в рамках стандартных дрейфово-кинетических уравнений.

    К.ф.-м.н. В.Л. Красовский, 333-30-77, vkrasov@iki.rssi.ru; V.L.Krasovsky, H.Matsumoto, Y.Omura. Electrostatic solitary waves as collective charges in a magnetospheric plasma, J. Geoophys. Res, 108(2), 2, 1117-1136, 2003.

  3. Исследование глобального тропического циклогенеза и его связи с солнечной активностью.

При помощи спектрального (вейвлет) анализа временных рядов ежедневного количества циклонов получено, что глобальный циклогенез имеет свои собственные временные масштабы. В пространственно-временных спектрах годовых рядов отклик глобального циклогенеза на внешнее воздействие с 27-дневным периодом наблюдается на частотах близких к этой вынуждающей частоте. В спектрах, усредненных за 19 лет, наиболее яркой компонентой является S = 27 дней (рис. 1).

Сопоставление вычисленных вариаций притока солнечного тепла в течение года к двум характерным областям земной поверхности, тропикам Рака и Козерога, с годовыми вариациями количества циклонов для каждого дня года, усредненным за 19 лет показало, что

(1) Тропический циклогенез откликается на приток тепла с задержкой, равной 76 дней в северном и 53 дня в южном полушарии

(2) Существует критический уровень притока солнечного тепла (~70% от годового максимума), выше которого интенсивность циклогенеза возрастает экспоненциально с

притоком тепла. Если приток тепла ниже критического уровня то циклоны практически не образуются.

(3) Интенсивность циклогенеза хорошо аппроксимируется экспоненциальной функцией от притока солнечного тепла (рис. 2), что свидетельствует о том, что солнечное тепло, оказывающее максимальное воздействие на циклогенез, выделяется в тропосфере, а не на земной поверхности, т.е, оно формируется за счет крайне-ультрафиолетового и инфра-красного участков спектра солнечного излучения.

(4) Приток тепла к земной атмосфере является прямым агентом, контролирующим основную гармоническую компоненту тропического циклогенеза.

Д.ф.-м.н. Е.А. Шарков, к.ф.-м.н. В.В.Афонин, 333-10-23, vafonin@iki.rssi.ru;

  1. Исследование вариаций плазмы и поля в магнитослое:

По данным спутника ИНТЕРБОЛ-1 был проведен детальный статистический анализ амплитуд абсолютных и относительных низкочастотных и высокочастотных вариаций потоков ионов и модуля магнитного поля в магнитослое.

Как на отдельных ярких примерах, так и на большой статистике было показано, что

а) амплитуда и низкочастотных, и высокочастотных вариаций плотности плазмы и модуля магнитного поля существенно зависит от направления межпланетного магнитного поля по отношению к околоземной ударной волне;

б) амплитуда вариаций и плазмы, и магнитного поля в магнитослое значительно возрастает за квазипараллельной ударной волной;

в) вариации плазмы и поля в магнитослое не являются результатом прохождения в магнитослой вариаций в форшоке, ибо эти два явления отличаются и по физической природе (разные типы волн) и по наклону частотных спектров.

Д.ф.-м.н. Г.Н. Застенкер, 333-13-88, gzastenk@iki.rssi.ru;

Shevyrev N.N., Zastenker G.N., Some features of the plasma flow in the magnetosheath behind quasi-parallel and quasi-perpendicular bow shock, submitted to Planet. Space Sci.

  1. Путем обработки материалов астрономических наблюдений, проведенных автором, синтезировано изображении ранее неизвестной стороны Меркурия.

С целью получения изображений неизвестной части поверхности планеты были продолжены ранее начатые серии наблюдений Меркурия методом коротких экспозиций. В горной астрофизической обсерватории Скинакас Ираклионского университета (о. Крит, 35о 13’E, 24о 54’N) 1-2 мая 2002 г. удалось получить несколько тысяч электронных снимков планеты в вечерней элонгации, при хороших метеоусловиях. Угол фазы Меркурия был 95 - 99o, область наблюдаемых долгот 210-285oW. Наблюдения выполнялись на телескопе системы Риччи-Кретьена (D = 1.29 м, F = 9.857 м), с отрезающим фильтром КС 19, коротковолновая граница у 700 нм. Диск планеты был виден в среднем под углом 7.75 с дуги. Масштаб изображений был 47.8 мкм/угл. с. Использовалась ПЗС-камера с размером пиксела 7.4х7.4 мкм, с короткими экспозициями. Путем обработки большого массива снимков удалось получить достаточно четкое синтезированное изображение неизвестной части поверхности Меркурия. Наиболее заметное образование здесь -- большое кратерное “море”, с центром примерно 8оN, 280оW, с рабочим названием – “Море Скинакас” (по названию обсерватории). По размерам его внутренняя часть превышает крупнейшее лунное Море Дождей. В отличие от Моря Дождей, Море Скинакас имеет, по-видимому, ударное происхождение. Его рельеф подобен, по-видимому, рельефу Равнины Жары. Но по размерам Море Скинакас значительно больше. На синтезированных изображениях выделяется также ряд менее крупных образований. Предельное полученное разрешение соответствует дифракционному разрешению инструмента, около 100 км на поверхности Меркурия. В работе рассмотрены также опубликованные теоретические оценки возможного выигрыша при использовании метода коротких экспозиций. Приводятся некоторые результаты, полученные другими авторами.

Д.ф.-м.н. Л.В.Ксанфомалити, тел. 333-23-22, ksanf@iki.rssi.ru

Л.В.Ксанфомалити. Меркурий: изображение планеты в интервале долгот 210-285oW, полученное методом коротких экспозиций, Астрономический Вестник, 2003, т. 37, № 6.

Л.В.Ксанфомалити. Новые исследования Меркурия. Современные проблемы механики и физики космоса/Ред. Авдуевский В.С., Колесниченко А.В. М.: Наука, 2003 (выходит в 2003г). L. Ksanfomality. Formations in unknown part of Mercury (210-285W), Доклад на 25-й Ген. Ассамблее МАС. Публикация IAU00331.

  1. Синтезирована математическая модель, описывающая возмущенное движение вращающегося КА, имеющего полости, частично заполненные жидкостью (на малую глубину). Рассмотрены случаи стационарного вращения КА и жидкости и нестационарного вращения (режимы раскрутки и торможения).

Получено обобщение решения Г. С. Нариманова задачи о “жидком гироскопе” с цилиндрической полостью, частично заполненной жидкостью, и вращающейся вокруг неподвижной точки на случай вращающегося КА. Это обобщение достигнуто по линии учета следующих новых факторов: возмущенное движение центра масс КА, наличие нескольких осесимметричных баков произвольной конфигурации (эллипсоид вращения, сфера, тор), вязкость жидкости, наличие внутрибаковых узких радиальных ребер, возможность отличия угловых скоростей вращения тела и жидкости и их изменения по времени, наличие систем одноосной ориентации и стабилизации КА.

Проведено сравнение полученных моделей с математической моделью вращающегося КА с упругими элементами типа штыревых антенн.

Полет № 4, с. 51 – 54, 2003, Полет № 8, с. 55 - 60, 2003, Полет № 10, 2003,

J. of Structural Control. No 1, Vol.10, pp 25 – 39, 2003.

Г.н.с., д.т.н., профессор Б. И. Рабинович. Тел. 333-20-23, vprokhor@iki.rssi.ru

 

В 2003 году были запущены следующие космические аппараты, в экспериментах или создании служебных систем которых принимал участие Институт космических исследований.

Марс-Экспресс. Проект Европейского космического агентства. Научные задачи проекта – глобальные исследования поверхности, атмосферы и климата Марса с целью раскрытия их эволюции. Научная аппаратура, установленная на космическом аппарате была ранее разработана для космического аппарата МАРС-96 совместно европейскими и российскими специалистами.

Европейский КА МАРС ЭКСПРЕСС запущен при помощи Российского носителя СОЮЗ/ФРЕГАТ 2 июня 2003 г. В составе научной аппаратуры четыре прибора, созданы с участием Российских ученых (ИКИ РАН): ОМЕГА – картирующий спектрометр, ПФС – инфракрасный фурье-спектрометр, СПИКАМ – спектрометр УФ и ближнего ИК-диапазона, АСПЕРА-3 – анализатор плазмы.

 

Mars Eploration Rover (MER). Проект НАСА. Космические аппараты MER-1 и MER-2 успешно стартовали к Марсу 10 июня и 7 июля 2003 г. На них установлены мессбаэровские спектрометры с радиоактивным источником российского производства. Проверки этих приборов в полете показали их работоспособность.

 

Ямал-200. 24 ноября 2003 г. были запущены два Российских спутника на геостационарную орбиту для обеспечения космической связи. На борту спутников находятся датчики звездной ориентации БОКЗ-У, разработанные и созданные в Институте космических исследований. Эти приборы обеспечивают управление ориентацией спутников в инерциальном пространстве с точностью, определенной международными стандартами.