Космос – Центру. 730 мгновений работы
В Институте ядерной физики Московского университета два года успешно работает Центр космического мониторинга, предоставляющий пользователям информацию о текущем состоянии околоземного пространства – космической погоды.
В космической сфере Научно-исследовательский институт ядерной физики МГУ специализируется на исследовании и анализе радиационной обстановки в ближнем космосе, определяемой потоками энергичных протонов и электронов, приходящими на Землю от Солнца. Эти потоки оказывают большое влияние на состояние магнитосферы Земли, вызывают изменения магнитного поля и магнитные бури, оказывают разрушающее воздействие на аппаратуру и людей, находящихся на орбите.
Возросшие потоки энергичных частиц после вспышек на Солнце могут привести к нарушениям в работе спутниковых электронных систем. Эти частицы проходят сквозь обшивку космических аппаратов и разрушают внутреннюю структуру электронных микросхем. Современные технологии создания микроэлектроники с одной стороны делают оборудование миниатюрным и компактным, а с другой – более уязвимым к воздействию энергичных частиц. При анализе возможного воздействия важно знать положение космического аппарата и структуру магнитосферного магнитного поля, которая зависит от уровня геомагнитной возмущённости.
Цель системы космической погоды НИИЯФ МГУ – предупредить об изменениях радиационной обстановки, которые могут произойти в связи с солнечной или с геомагнитной активностью, о возможности возникновения потенциально опасных для космической техники явлений. Для этого в институте было разработано множество научных приборов для российских космических миссий, созданы модели космической радиации и изучается её воздействие на различные материалы. Для своей работы Центр использует данные космических экспериментов, которые проводятся на отечественных космических аппаратах, и данные с сайтов, на которых хранятся результаты измерений на различных зарубежных спутниках.
Однако прогнозировать возрастание уровня космической радиации очень сложно даже после регистрации вспышки на Солнце, потому что испущенные при этом протоны могут прийти к Земле примерно через полчаса, а могут и уйти в сторону, не задев Землю. Поэтому наблюдать за изменениями потоков частиц необходимо непрерывно, как говорят ученые, в мониторинговом режиме, получая данные в режиме реального времени.
Разумеется, мгновенно эти данные на Земле доступными не становятся. Ведь их еще нужно получить, обработать, в том числе и с использованием имеющихся моделей. В зависимости от типа орбиты и возможностей передающей системы аппарата, от качества наземной системы обработки данных задержка составляет от нескольких минут до нескольких часов. Такие задержки допустимы при анализе радиационных условий в космическом пространстве.
В настоящее время Центр получает информацию от двух отечественных спутников, где стоят приборы НИИЯФ МГУ: геостационарного спутника «Электро-Л1» и низкоорбитального спутника «Метеор-М1». Эти два спутника предназначены для регистрации потоков электронов и протонов в магнитосфере Земли, они дают нам основную информацию о радиационном состоянии космической среды.
Для максимально полного анализа космической погоды используются данные с зарубежных спутников. Данные о потоках заряженных частиц поступают с геостационарного спутника GOES (США). Очень большое значение для систем космической погоды имеет спутник ACE (NASA), отслеживающий параметры солнечного ветра в окрестности точки Лагранжа L1 на расстоянии около полутора миллионов километров от Земли. Здесь притяжение Солнца и Земли одинаково, поэтому спутник может постоянно находиться в этой области. Находясь значительно ближе к Солнцу, чем другие спутники, он передаёт информацию о параметрах плазмы примерно на один час раньше, чем потоки измеряемого солнечного ветра достигнут Земли, что дает основу для прогнозирования.
Источником изменений условий в околоземном пространстве является Солнце. Спутник SDO (NASA) передаёт изображения Солнца, полученные в разных частотных диапазонах. Они позволяют судить о процессах, которые могут оказать критическое воздействие на условия в околоземном пространстве. Наблюдения в ультрафиолетовой частотной области дают изображения Солнца с тёмными и светлыми структурами. Тёмные структуры – корональные дыры, где рождается высокоскоростной солнечный ветер. Светлые – активные области, которые могут привести к вспышечному процессу на Солнце, к рождению энергичных частиц, к выбросу корональной массы и, возможно, последующей магнитной буре в магнитосфере Земли.
Центр космического мониторинга НИИЯФ МГУ изначально создавался для хранения информации космических экспериментов в базе данных. Затем в 2007 году был создан сайт, который позволяет пользователям свободно получать как архивные данные, так и поступающие в центр данные в реальном режиме времени, а также анализ и прогноз отдельных факторов космической среды.
С 2012 года заработал Центр анализа космической погоды НИИЯФ МГУ, который в автоматическом режиме загружает данные отечественных и зарубежных спутников. Затем полученные данные анализируются с помощью операционных моделей распространения солнечного ветра, геомагнитной активности, радиационной обстановки. Результатом становится совокупность данных о текущем состоянии околоземного пространства – космической погоде, которые публикуются на сайте.
В перспективе планируется оборудовать зал с мониторами для оперативного отображения текущего состояния космической среды, аналогичный имеющимся в мощных центрах космической погоды НОАА (Боулдер) и НАСА (Гринбелт) в США. Сотрудники этих центров имеют возможность в режиме реального времени наблюдать за всей совокупностью информации и давать собственные заключения о состоянии космической среды. Не всё можно сформулировать в виде алгоритмов, реализуемых компьютерными программами, есть ещё некое интуитивное научное понимание. Специалисты, занимающиеся этими вопросами, могут увидеть больше того, что можно внести в программу. Поэтому такие реальные наблюдения и анализ данных специалистами в реальном времени очень важны.
По материалам НИИЯФ МГУ
