ВАЖНЕЙШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЗАВЕРШЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ИКИ РАН

2007г.

Рентгеновский фон Вселенной по данным обсерватории ИНТЕГРАЛ.

Рентгеновский фон Вселенной является суммарным излучением десятков миллионов активных ядер галактик – сверхмассивных черных дыр и представляет собой уникальную запись истории их эволюции. Ученые Института космических исследований РАН выполнили критическую проверку этой гипотезы с помощью обсерватории ИНТЕГРАЛ – совместного проекта Европейского космического агентства, России и США.

 Ими была построена карта всего неба в жестких рентгеновских лучах, на которой были обнаружены и отождествлены более 130 источников в ядрах близких к нам галактик. Замечательно, распределение  ядер галактик, зарегистрированных ИНТЕГРАЛом, четко отражает крупномасштабную структуру локальной Вселенной, состоящей из сгущений галактик и пустот с характерными размерами в десятки миллионов световых лет. Затем была выполнена уникальная программа наблюдений, в которой Земля использовалась как экран, закрывающий от нас излучение далеких источников, составляющих фон. Сопоставлние  измеренного потока космического рентгеновского фона и свойств сверхмассивных черных дыр в локальной Вселенной показывают, что 10 миллиардов лет назад черные дыры переживали эпоху бурного роста и были в сотни и тысячи раз ярче, чем сегодня.

Рис. 1: Карта неба в диапазоне энергий 17-60 кэВ, полученная по данным первых четырех лет наблюдений обсерватории ИНТЕГРАЛ и поверхностная плотность ядер активных галактик, отражающая крупномасштабную структуру локальной Вселенной.

Рис. 2: Спектр космического рентгеновского фона, измеренный ИНТЕГРАЛом и предсказания моделей с эволюцией темпа роста сверхмассивных черных дыр (красная кривая) и без нее (синяя кривая).

 

Авторы:  д.ф.-м.н. Сазонов С.Ю., д.ф.-м.н. Чуразов Е.М., к.ф.-м.н. Кривонос Р.А., д.ф.-м.н. Ревнивцев М.Г., академик РАН Сюняев Р.А., к.ф.-м.н. Лутовинов А.А., к.ф.-м.н. Мольков С.В., д.ф.-м.н. Гребенев С.А.

д.ф.-м.н. Чуразов Е.М 333-33-77  chur@hea.iki.rssi.ru

 

Исследования Венеры на КА ЕКА Венера Экспресс

 

Впервые измерен вертикальный профиль отношения изотопов воды в атмосфере Венеры.  Найдено, что отношение HDO/H2O в мезосфере Вереры приблизительно в 2.5 выше, чем в нижней атмосфере. Таким образом, выше облаков на Венере отношение D/H превышает земное в 300 раз (Bertaux et al., 2007). Это позволяет оценить количество воды и историю ее исчезновения на Венере. Под действием солнечного света вода распадается на водород и кислород. Водород теряется в результате различных процессов диссипации в космос, а кислород связывается при окислении коры.

Потери обычного водорода больше, чем более тяжелого дейтерия, и высокое отношение D/H на Венере указывает на огромные потери воды в прошлом. Данные получены в эксперименте СПИКАВ/СУАР (Россия, Франция, Бельгия) на космическом аппарате Европейского космического агентства Венера Экспресс, завершившем в 2007 номинальную миссию (Svedhem et al, 2007).

 

Свечение молекулярного кислорода в верхней мезосфере Венеры.

 

Впервые получены вертикальные профили ночного свечения О21δg) на 1.27 мкм. Основной пик свечения находится  на высоте 97±1 км, в некоторых случаях наблюдается второй пик в интервале высот 102-105 км.

         

Свечение О2 на диске  Венеры            Примеры  профилей интенсивности свечения                                                                             О2 на      лимбе в зависимости от прицельной высоты

 

Направления движения потока в верхней атмосфере Венеры (90-110 км) по смещению деталей облаков молекулярного кислорода: скорость потока меняет знак вблизи полуночи.

 

 

 

 

Атмосферная циркуляция в южной полярной области Венеры

 

 Впервые получено изображение  и детально исследована структура южного полярного вихря (ВИРТИС). Он  имеет два центра вращения в направлении против часовой стрелки, как и поток зональной суперротации. Такую структуру принято называть полярный «диполь»  (в кавычках, в отличие от магнитного диполя). Оказалось, что циркуляция в полярных областях южного и северного полушария имеет симметричный характер. Заметим, что северный полярный «диполь» исследовался ранее на Пионер Венера и Венера 15. Получен период вращения южного полярного «диполя», равный 2.48±0.5 суток. Как северный, так и южный полярные «диполи» окружены холодным полярным «воротником». Разность температур между «диполем» и «холодным воротником» в области верхней границы облаков может достигать 50К. Причина такой температурной структуры связана с характером динамики атмосферы. (Piccioni et al. 2007)

Тепловая карта южного полярного диполя Венеры на ~60 км (слева) и изображения наиболее глубоких слоев облачного слоя, рассеивающих излучение нижней  атмосферы в окнах 1.74 мкм (~20-30 км) и 2.35 мкм (~50 км).

К.ф.-м.н. Засова Л.В. 333—34-66 zasova@irn.iki.rssi.ru

 

Результаты опубликованы в специальном номере журнала Nature 29 ноября 2007г

 

д.ф.м.н. О.И. Кораблев, к.ф.м.н. Л.В. Засова, к.ф.м.н. А.А. Федорова, к.ф.м.н. Н. Игнатьев, к.ф.м.н. А. Родин, к.ф.м.н. Д.В. Титов, к.ф.м.н. И.И. Виноградов, к.ф.м.н. А.В. Степанов,  Д. Беляев

Засова Л.В. 333-3466 zasova@irn.iki.rssi.ru

Кораблев О.И. 3335434 korab@iki.rssi.ru

Bertaux J.-L., A.-C. Vandaele, O. Korablev, E. Villard, A. Fedorova, D. Fussen, E. Quémerais, D. Belyaev, A. Mahieux, F. Montmessin, C. Müller, E. Neefs, D. Nevejans, V. Wilquet, J.P. Dubois, A. Hauchecorne, A. Stepanov, I. Vinogradov, A. Rodin "A warm layer in Venus' cryosphere and high altitude measurements of HF, HCl, H2O and HDO." Nature 450, doi:10.1038/nature05974, 2007.

Drossart P., G. Piccioni, J.C. Gerard, M.A. Lopez-Valverde, A. Sanchez-Lavega, L. Zasova, R. Hueso, F. Taylor, B. Bezard, A. Adriani, F. Angrilli, Arnold G., K.H. Baines, G. Bellucci, J. Benkhoff, J.P. Bibring, A. Blanco, M. I. Blecka, R.W. Carlson, A. Coradini, A. Di Lellis, T. Encrenaz, S. Erard, S. Fonti, V. Formisano, T. Fouche, R. Garcia, R. Haus, J. Helbert, N.I. Ignatiev, P. Irwin, Y. Langevin, S. Lebonnois, D. Luz, L. Marinangeli, V. Orofino, A.V. Rodin, M. C. Roos-Serote, B. Saggin, D. M. Stam, D. Titov, G. Visconti, M. Zambelli, C. Tsang & the VIRTIS-Venus Express Technical Team. Venus upper atmospheric emissions from VIRTIS spectral imaging observations. Nature 450, doi:10.1038/nature06140, 2007.

Piccioni G., P. Drossart, A. Sanchez-Lavega, R. Hueso, F. Taylor, C. Wilson, D. Grassi, L. Zasova, M. Moriconi, A. Adriani, S. Lebonnois, A. Coradini, B. Bezard, F. Angrilli, G. Arnold, K. H. Baines, G. Bellucci, J. Benkhoff, J. P. Bibring, A. Blanco, M. I. Blecka, R. W. Carlson, A. Di Lellis, T. Encrenaz, S. Erard, S. Fonti,V. Formisano, T. Fouchet, R. Garcia, R. Haus, J. Helbert, N. I. Ignatiev, P. Irwin, Y. Langevin, M. A. Lopez-Valverde, D. Luz, L. Marinangeli, V. Orofino, A. V. Rodin, M. C. Roos-Serote, B. Saggin,D. M. Stam, D. Titov, G. Visconti, M. Zambelli & the VIRTIS-Venus Express Technical Team. South-polar features on Venus similar to those near the north pole. Nature 450, doi:10.1038/ nature06209, 2007.

Svedhem Н, D.V. Titov, F.W. Taylor, O. Witasse. Venus as a more Earth-like planet Nature 450, doi:10.1038/ nature06432, 2007.

 

 

 

Картографирование нейтронного альбедо атмосферы Земли и нейтронной компоненты радиационной дозы на борту Международной космической станции.

 

В феврале 2007 года на борту Международной космической станции успешно заработал российский прибор БТН (Бортовой Телескоп Нейтронов). По данным этого эксперимента в течение первого полугода работы были построены карты нейтронного излучения Земли и радиационной дозы для нейтронов с энергиями в диапазоне 0.4 эВ – 10 МеВ (см рис. 1). Первые результаты исследований были представлены на 7ой международной конференции “Пилотируемые полеты в космос”  14-15 ноября 2007 г.

 

Рис. 1. Нейтронная компонента радиационной дозы на борту МКС, измеренная по данным российского прибора БТН.

 

д.ф.-м.н. И.Г. Митрофанов 333-34-89 imitrofa@space.ru,

В.И. Третьяков 333-41-23 vladtr@mx.iki.rssi.ru

 

 

Решение парадокса устойчивости токового слоя в хвосте магнитосферы Земли.

 

Решена теоретическая проблема, которая активно, но безуспешно исследовалась в течение последних тридцати лет. Так, было показано ранее, что изотропный токовый слой с ненулевой нормальной компонентой магнитного поля является полностью устойчивым по отношению к тиринг- (разрывной) моде за счет эффекта электронной сжимаемости (Lembege and Pellat, 1982). Поскольку именно тиринг-мода является главным «претендентом» на роль неустойчивости, приводящей к началу пересоединения в хвосте во время суббурь, то возник парадокс: если токовый слой полностью устойчив, то каким образом происходит разрыв тока и начало процессов пересоединения во время геомагнитных возмущений в хвосте магнитосферы Земли?  Современные исследования спутников Cluster свидетельствуют о том, что токовый слой в начале суббури утоньшается и становится анизотропным. Группой ученых ИКИ РАН построена и исследована самосогласованная модель анизотропного токового слоя в хвосте магнитосферы Земли; показано, что такой токовый слой является неустойчивым по отношению к тиринг-моде, а это, в свою очередь, может являться причиной начала пересоединения магнитного поля во время суббури. В пространстве параметров области неустойчивости представляют собой узкие «щели», вложенные в «океан» устойчивости. Такое строение областей устойчивости объясняет свойство метастабильности, когда токовый слой может относительно долго пребывать в устойчивом состоянии, а потом, при изменении параметров, попадать в область неустойчивости и взрывным образом разрушаться (рис. 1). Данные теоретических исследований подтверждаются и сравнением с экспериментальными данными.

 

Рис. 1.

Статья по данной работе:

Zelenyi Lev, Anton Artemiev, Helmi Malova, Victor Popov, Marginal stability of thin current sheets in the Earth’s magnetotail, in press, Journ. Atm. Solar-Terr. Phys., 2007.

 

Артемьев А.В.333-25-00 ante0226@yandex.ru , к.ф.-м.н. Малова Х.В. 333-25-00 hmalova@yandex.ru Попов В.Ю. masterlu@mail.ru

 


Исследованы гелиосферные условия, приводящие к различным типам геомагнитных бурь

 

С целью раздельного изучения условий в различных типах солнечного ветра, приводящих к бурям, на основании базы данных OMNI было проведено исследование временного хода параметров солнечного ветра и межпланетного магнитного поля для 623 магнитных бурь в период 1976-2000гг. Анализ проводился методом наложения эпох (за начало эпохи взято время начала магнитной бури) для 5 различных категорий бурь, возбужденных различными типами солнечного ветра:  CIR (область сжатия в интерфейсе быстрого и медленного потоков – Corotating Interaction Region) – 121 буря, Sheath (область сжатия между невозмущенным солнечным ветром и телом магнитного облака) – 22, MC (магнитное облако) – 113 и “неопределенный тип” – 367, а так же для «всех бурь» - 623 бури. Полученные данные (см. рисунок), с одной стороны, подтверждают полученные ранее результаты без селекции интервалов по типам солнечного ветра, а с другой стороны, указывают на имеющиеся различия в ходе параметров для различных типов солнечного ветра. Хотя наименьшие значения Bz компоненты ММП наблюдаются в МС, наименьшие значения Dst индекса достигаются в Sheath. Таким образом, вопреки общепринятой точке зрения наибольшие магнитные бури в среднем возбуждаются во время Sheath, а не во время тела МС, возможно, за счет более высокого давления и его вариаций в Sheath. Кроме того, статистический анализ показал, что, несмотря на наличие южной компоненты ММП во всех случаях возбуждения бурь, для различных типов магнитных бурь имеются существенные различия в остальных параметрах солнечного ветра, и прежде всего в динамическом давлении (Pdyn) и отношении теплового давления к магнитному (beta-параметр).

 

Временной ход параметров солнечного ветра и межпланетного магнитного поля для 623 магнитных бурь в период 1976-2000гг., полученный методом наложенных эпох на основании данных базы OMNI для различных типов солнечного ветра: CIR, Sheath and MC.

 

Ермолаев Ю.И., М.Ю. Ермолаев, И.Г. Лодкина, Н.С. Николаева, Статистическое исследование гелиосферных условий, приводящих  к магнитным бурям. Космич.Исслед. 45, №1, с.3-11, 2007

Ермолаев Ю.И., М.Ю. Ермолаев, И.Г. Лодкина, Н.С. Николаева, Статистическое исследование гелиосферных условий, приводящих  к магнитным бурям. 2. Космич. Исслед. 45, №6, с.489, 2007

 

Ермолаев Юрий Иванович, зав.лаб., д.ф.-м.н., т.333-13-88, yermol@iki.rssi.ru

 

Особенности полярного переноса влагозапаса в атмосфере Земли.

Анализ глобальных радиотепловых полей Земли из электронной коллекции Global-Field отдела 55 ИКИ РАН показал, что перенос водяного пара (и тепла) из приэкваториальной атмосферы планеты в более высокие широты («полярный перенос») осуществляется не меридиональной циркуляцией, а горизонтальными вихревыми движениями и, в первую очередь, тропическими циклонами. Так, тропический циклон Alberto «вырвал» и «унес» в средне-высокие широты (вплоть до 75ºс.ш.) около 1/3 суточного влагозапаса тропической атмосферы над северной Атлантикой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1. Траектория (белая кривая на каждой картинке мозаики) и эволюция урагана ALBERTO по радиотепловым полям из электронной коллекции GLOBAL-Field

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2. Влагозапас урагана ALBERTO и атмосферы над северной Атлантикой (в широтных зонах 0-30ºс.ш. и 30-60ºс.ш., сверху вниз) по радиотепловым полям из электронной коллекции GLOBAL-Field

Астафьева Н.М., Раев М.Д., Шарков Е.А. Спутниковая СВЧ-радиометрия урагана ALBERTO: траектория и эволюция от тропических до средних широт // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2007, вып. 4, том II, С. 33-39.

д.ф.-м.н. Н.М. Астафьева, 333-21-45 ast@iki.rssi.ru

д.ф.-м.н., профессор Е.А. Шарков, 333-13-66 easharkov@iki.rssi.ru