ВАЖНЕЙШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЗАВЕРШЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

 

2001 ‑ 2006гг.

 

2001 год

 

Создание методики краткосрочного прогноза начала и амплитуды геомагнитных возмущений (магнитных бурь) по измерениям солнечного ветра и межпланетного магнитного поля на околоземной орбите.

На основе исследований по проекту «Интербол» разработаны научное обоснование и алгоритм прогноза, а также показано, что  достоверность измерений больших вариаций солнечного ветра и межпланетного магнитного поля в точке либрации составляет более 90%. На основе сопоставления данных по солнечному ветру и геомагнитным вариациям создана шкала амплитуд геомагнитных возмущений. Методика реализована «он-лайн» на интернет-сайте ИКИ РАН с использованием данных КA «ACE»: http://www.iki.rssi.ru/apetruko/forecast/forecast.html. Данный краткосрочный геомагнитный прогноз, имеющий высокую достоверность, дополняет создаваемый по наблюдениям Солнца предварительный и менее надежный суточный прогноз, что позволяет более полно удовлетворить потребность прикладных потребителей в информации о космической погоде.

(к.ф.-м.н. А.А. Петрукович- обладатель годового гранта по номинации молодые кандидаты наук благотворительного фонда содействия отечественной науке, 333–40-24, apetruko@iki.rssi.ru;

A.A.Petrukovich, A.Lazarus, R.P.Lepping, S.I.Klimov, Comparison of the solar wind energy input to the magnetosphere measured by Wind and Interball-1, J. Atmosph. Solar-Terr. Ph.,

 

Исследование турбулентных процессов в хвосте магнитосферы Земли методами фрактальной геометрии и численного моделирования.

В 2001 году выполнен цикл теоретических работ, посвященный исследованию турбулентных состояний токовых слоёв в хвосте магнитосферы Земли. В исследуемой области плазма обладает многомасштабной структурированностью, которая при экспериментальных исследованиях выглядит как турбулентность. Показано, что такие системы обладают универсальным Фурье-спектром магнитных флуктуаций. При достижении параметрами конфигурации критических значений, самосогласованная система плазменных структур и ветвящихся токов разрушается, и плазменная конфигурация испытывает фазовый переход. Такая модель позволяет объяснить механизм взрывной фазы суббури как структурный переход в состояние с качественно изменённой топологией поперечных токов. Нелинейный инверсный каскад структур из малых масштабов в большие, сопровождающий этот процесс, чётко наблюдается в различных спутниковых экспериментах.

Методами фрактальной геометрии описано движение многомасштабных плазменных структур, которое приводит к генерации значительных индукционных электрических полей, ускоряющих частицы в хвосте за счёт механизма сходного с ускорением Ферми. Показано, что перманентный процесс взаимодействия частиц с многомасштабными фрактальными структурами, описываемыми дробным уравнением Фоккера-Планка, приводит к формированию универсальных функций распределения заряжённых частиц в хвосте, обладающих немаксвелловскими степенными хвостами. Функции распределения именно такого вида были давно известны из многочисленных спутниковых экспериментов, однако, механизм их формирования до сих пор оставался неясным. (д.ф.-м.н., профессор Л.М. Зеленый, 333-51-22, lzelenyi@iki.rssi.ru;

A.V.Milovanov, L.M.Zelenyi, G.Zimbardo, P.Veltri; Self-organized branching of magnetotail current systems near the percolation threshold; J.Geophys.Res., v. 106, No.A-4, pp. 6291-6307, 2001; A.V.Milovanov, L.M.Zelenyi; “Strange” Fermi processes and power-law nonthermal tails from a self-consistent fractional kinetic equation; Phys. Rev. E, v. 64, p. 05211, 2001;

 


 

2002 г.

 

Обнаружение районов «вечной мерзлоты» на Марсе с очень высоким содержанием водяного льда

Впервые получены данные о распространенности приповерхностной воды на Марсе,  обнаружены огромные районы «вечной мерзлоты» на этой планете, выполнена оценка толщины зимнего покрова углекислоты в северном полушарии Марса.

Эти результаты получены на основе обработки данных измерений российского детектора нейтронов высоких энергий ХЕНД, созданного в Институте космических исследований. Приведенная карта потока над-тепловых нейтронов от Марса отображает огромные районы «вечной мерзлоты» на высоких широтах с содержанием свободного водяного льда около 35% по массе (синий цвет) и также области с высоким содержанием химически связанной воды около 5-10% по массе (зеленый цвет). Черные линии соответствуют рельефу поверхности Марса по данным аппарата «Марс Глобал Сервейор».

 

Эксперимент ХЕНД проводится в настоящее время на борту американского космического аппарата «2001 Марс Одиссей» на орбите вокруг Марса. Сопутствующие данные эксперимента ХЕНД также дали возможность определить в 2002 году небесные координаты 18 новых астрономических источников гамма-всплесков.

Научный руководитель проекта: д. ф.-м.н. Митрофанов И. Г. тел. 333-3489, imitrofa@space.ru)

“Maps of Subsurface Hydrogen from the High Energy Neutron Detector, Mars Odyssey”, I.Mitrofanov, D.Anfimov, A.Kozyrev, M.Litvak, A.Sanin, V.Tret’yakov et al., Science v. 297, p.78, July 5, 2002.

“Distribution of Hydrogen in the Near Surface of Mars: Evidence for Subsurface Ice Deposits”, W.Boynton, …, I.Mitrofanov, et al., Science v.297, p.81, July 5, 2002.

 

20 марта 2002 года с транспортного грузового корабля «Прогресс М1-7» был запущен научно-образовательный микроспутник «Колибри-2000».

Спутник был разработан и создан в ОКБ ИКИ. В создании спутника принимали участие Школа компьютерных технологий «Гелиос», Физико-техническая школа г. Обнинска, а также две школы Австралии. В период разработки спутника учащиеся получили необходимые знания об околоземном космическом пространстве, о магнитном поле Земли, её радиационных поясах, а также о конструкции микроспутника. Научная программа включала исследования магнитного поля Земли и анализ волновых процессов в околоземной плазме.

(Руководители проекта: д.т.н. Г.М. Тамкович, 333-12-22, д.ф.-м.н. С.И. Климов 333-11-00, sklimov@iki.rssi.ru ).

 

2003 г.

 

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 космосаед. 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.


 

2004 г.

Уникальное измерение спектра сверхмассивной черной дыры Sgr A*.

 Проведен детальный анализ излучения недавно открытого нами жесткого рентгеновского источника IGR J17475-2822.

Показано, что источником жесткого рентгеновского излучения является гигантское молекулярное облако Sgr B2. Наиболее вероятным механизмом излучения, регистрируемого нами, является переработка прошлой (примерно 300 лет назад) активности сверхмассивной черной дыры Sgr A* в нашей Галактике. Полученный высококачественный спектр излучения Sgr B2 позволил определить начальный спектр Sgr A* 300 лет назад. Это измерение спектра АЯГ в жестком рентгеновском диапазоне при сверхнизкой светимости (1039 эрг/с) является уникальным, потому что современные технологии не позволяют повторить такое измерение ни в какой другой галактике - недостаточное угловое разрешение современных инструментов.

Рис.1. Верхний рисунок: Изображение галактического центра в жестком рентгеновском диапазоне (18-60 кэВ), полученное телескопом ИБИС обсерватории. ИНТЕГРАЛ. Контурными линиями обозначены уровни отношения сигнал/шум от 5.0 и выше, с коэффициентом 1.4. На рисунке, обозначены известные зарегистрированные рентгеновские источники. Нижний рисунок: то же самое изображение галактического центра, но контурами обозначено распределение яркости в линии 6.4 кэВ, измеренное в эксперименте ASCA/GIS. Показаны наибольшие молекулярные облака, положение источника Sgr A отмечено крестом.

Revnivtsev M.G., Churazov E.M., Sazonov S.Yu., Sunyaev R.A., Lutovinov A.A., Gilfanov M.R., Vikhlinin A.A., Shtykovsky P.E., Pavlinsky M.N. «Hard X-ray view of the past activity of Sgr A* in a natural Compton mirror», Astron. Astrophys., 425, L49, 2004

( к.ф.-м.н. М. Ревнивцев, д.ф.-м.н. Е. Чуразов,  к.ф.-м.н. С, Сазонов, академик Р. Сюняев, к.ф.-м.н. А. Лутовинов, д.ф.-м.н. М. Гильфанов, д.ф.-м.н. А. Вихлинин, П. Штыковский, д.ф.-м.н. М. Павлинский, 333-33-77, mikej@hea.iki.rssi.ru, churazov@hea.iki.rssi.ru)

 

Многозондовые исследования особенностей импульсного локального ускорения пучков ионов в магнитосфере.

Исследования пучков ионов (бимлетов) с помощью многозондовых измерений дали новые результаты по сравнению с результатами, полученными с одного космического аппарата. Обнаружены следующие характерные свойства ионных пучков без энергетической дисперсии и энерго-диспергированных структур в хвосте магнитосферы:

1. Анализ пространственной структуры бимлета, выполненный по данным многоспутниковых измерений CLUSTER (четыре спутника), позволил установить, что бимлет не является прямолинейной, вытянутой вдоль магнитного поля структурой, (как предполагалось ранее), а имеет вид «змейки», образованной в результате развития шланговой неустойчивости, возникающей при выходе бимлета из токового слоя в месте его генерации в дальнем хвосте магнитосферы. Установлено, что  продольный размер бимлета во много раз превышает его поперечный размер, и составляет несколько десятков радиусов Земли, в то время как размер бимлета в направлении поперек магнитного поля не превышает одного радиуса Земли. Это доказывает, что бимлеты генерируются в пространственно локализованных участках токового слоя геомагнитного хвоста (рис. 1).

2. Изучены два типа энерго-диспергированных ионных структур в диапазоне 1-30 кэВ на высотах 10000 - 25000 км, формирующихся в авроральной зоне при распространении пучков ионов из хвоста магнитосферы (данные «Интербол-2» CLUSTER). Обнаружено, что протонные структуры первого типа VDIS (Velocity Dispersed Ion Structues), состоят из нескольких (3-5) субструктур. Характерной особенностью каждой субструктуры является зависимость энергии от времени пересечения субструктуры спутником: сначала наблюдаются высокоэнергичные, затем низкоэнергичные ионы. Это доказывает их временную природу. Структуры второго типа TDIS (Time of flight Dispersed Ion Structures) представляют собой повторяющиеся структуры H+ (а также O+), имеющие максимальную энергию ~ 20-25 кэВ и постоянную энергию отсекания снизу > 2 кэВ. Характерные свойства двух типов ионных структур показывают, что VDIS может состоять из пучков ионов (бимлетов), генерирующихся на разных расстояниях протяженного токового слоя в экваториальной области пограничного плазменного слоя на расстояниях от 30 до 100 радиусов Земли, в то время как TDIS формируются из пульсирующих ионных пучков в достаточно компактной области вблизи внешнего края центрального плазменного слоя (рис. 2).

 

 

На рисунке 1 приведен мгновенный «фотоснимок» бимлета. Из рисунка ясно видно, что бимлет представляет собой «змейку» распространяющуюся в плоскости XY’.  Причем ширина этой змейки в направлении Y’ составляет всего 0.25Re, в то время как длина бимлетной структуры вдоль направления X’ не менее 25Re. Таким образом, бимлет представляет собой вытянутую вдоль магнитного поля плазменную структуру.

На рисунке 2 приводится АО- и АЕ- индексы (верхняя панель), энерго-временная спектрограмма ионов (средняя панель), средняя энергия ионов (нижняя панель). Структура VDIS наблюдается в UT = 03:08 - 03:16 и состоит из отдельных субструктур, сформированных ионными пучками (бимлетами) из хвоста магнитосферы.

 

1. Зеленый Л.М., Е.Е. Григоренко, А.О. Федоров, Пространственно-временные ионные структуры в хвосте магнитосферы Земли: бимлеты как результат неадиабатического импульсного ускорения плазмы.//Письма в ЖЭТФ, т. 80, вып.10, с.с. 771-783, 2004.

2. Grigorenko E.E., A.O. Fedorov, E.Yu. Budnik, J.-A. Sauvaud, L.M. Zelenyi, H.Reme, M.W.Dunlop, E. Penou, Spatial structure of beamlets according to CLUSTER observations.//Planetary Space Sci., 2004 (accepted for publication).

3. R. A Kovrazhkin and J. -A. Sauvaud, Energy dispersed auroral structures from

magnetotail ion beams, Auroral  phenomena and solar-terrestrial relations, Proceedings of the Conference in Memory of Yuri Galperin, 2004, (in press).

4. J.-A. Sauvaud and R. A. Kovrazhkin, Two types of energy dispersed ion structures      at the plasma sheet boundary, J. Geophys. Res., 2004, (in press).

(Григоренко Елена Евгеньевна, к.ф.-м.н., тел. 333-14-67, e-mail: elenagrigorenko2003@yahoo.com, Ковражкин Ростислав Алексеевич, д.ф.-м.н., т. 333-54-77, e-mail: kovrazhkin@romance.iki.rssi.ru, Зеленый Лев Матвеевич, чл.-корр.РАН, т. 333-51-22, e-mail: lzelenyi@iki.rssi.ru)

 

Обнаружение метана в атмосфере Марса

Прибором ПФС подтверждено обнаружение метана в атмосфере Марса. Планетный Фурье-спектрометр инфракрасного диапазона (1.2 – 40 мкм) обладает высоким спектральным разрешением (1.3 – 2 см-1), что позволяет детектировать и исследовать распределение малых газовых составляющих атмосферы. Определено среднее содержание метана, равное 10 ± 5 ppb (частей на миллиард). По сравнению с усредненными астрономических данными, сообщение о которых появилось одновременно (Krasnopolsky et al., 2004) измерения ПФС свидетельствуют о различном содержании CH4 в различных областях Марса: 0 до 30 ppb. Это содержание весьма мало, тем не менее, его трудно объяснить абиогенными процессами (остаточный вулканизм, геотермальная активность, и др.) В любом, случае открытие метана сенсационно – оно либо указывает на биологическую активность в настоящем времени, либо на наличие на поверхности Марса горячих точек – потенциальных оазисов для различных форм жизни.

Q-CH4

 

 

Усредненный спектр ПФС с особенностью метана в сравнении с синтетическими спектрами и распределение метана  по орбитам. Красным показано содержание метана от 20 до  30 ppb, желтым 10-20 ppb и синим минимальные значения <10 ppb. Минимальные значения наблюдались в области Tharsis (в диапазоне долгот 150-290°Е),  а максимальные от 0 до 150°Е, включая равнины Hellas  и Isidis (Formisano et al. Science Express 28 Oct 2004 DOI: 10.1126/science.1101732 ).

Д.ф.-м.н. В.И. Мороз  , д.ф.-м.н. О.И. Кораблев, к ф.м.-н. Л.В. Засова,  к.ф.-м.н. Н.И. Игнатьев, А.А. Федорова, к.ф.-м.н. А.В. Родин, к ф.-м.н. Б.Е. Мошкин,  к ф.-м.н. А.П. Экономов,  к.ф.-м.н. Д.В. Титов

korab@iki.rssi.ru 3335434

 

 

Исследования состава грунта на поверхности Марса при помощи Мессбауэровского спектрометра во время миссии Mars Exploration Rover

Разработанный по инициативе специалистов ИКИ РАН в 1990г для космической миссии Марс-96 Мэссбауровский спектрометр  был установлен на марсоходах Spirit и Opportunity американской миссии Mars Exploration Rover. Эксперимент был успешно осуществлен с участием специалистов института в 2003 – 2004гг. Впервые в космических исследованиях получены мессбауэровские спектры состава грунта одной из планет Солнечной системы.  По этим спектрам определен состав соединений железа на поверхности Марса. Эти результаты указывают на возможность существования воды на поверхности планеты в прошлом.

 

На графике первый спектр Мессбауэровского спектрометра на  Mars Exploration Rover Spirit в кратере Гусева, демонстрирует наличие трех различных железосодержащих пород. Один из них, оливин – ярко-зеленый минерал часто встречающийся в лавах на Земле. Сохранность этого минерала говорит о том, что он не подвергался эрозии и химическому воздействию воды. Справа: мессбауэровский спектр позволил отождествить в камне «Эль Капитан» на равнине Меридиани минерал яросит, содержащий связанную воду (гидроксил). (Morris et al., Science, 305, 6 August, 2004; Klingelhofer et al., Science, in press)

 

Д.ф.-м.н. В.М. Линкин, к ф.м.-н. Е.Н. Евланов, к ф.м.-н. Б.В. Зубков, Д.С. Родионов.

evlanov@iki.rssi.ru 3331167

 

 

Разработан  метод картографирования повреждений растительного покрова пожарами по данным спутниковых наблюдений. Создана база данных о повреждениях наземных экосистем Северной Евразии за период 2000-2004 годов.

Проведен комплекс научных исследований и  разработок,  позволивших создать новый метод и полностью автоматическую технологию выявления и картографирования повреждений растительного покрова пожарами на основе совместного использования данных наблюдений спутниковыми инструментами SPOT-Vegetation и Terra/Aqua-MODIS. Высокая эффективность метода и достоверность получаемых им результатов была подтверждена в ходе валидации, включавшей в себя использование репрезентативной выборки спутниковых данных  высокого разрешения Landsat-ETM+ и Метеор-3М/МСУ-Э, а также самолетных и наземных обследований. Использование разработанного метода впервые позволило сформировать базу данных о повреждениях растительного покрова на всей территории Северной Евразии за период 2000-2004 годов (рис. 1). В работе участвовали ЦЭПЛ РАН и ФГУ «Авиалесоохрана». Данной работой  положено начало формированию  базы многолетних данных о воздействии пожаров на бореальные экосистемы, необходимой для моделирования взаимодействия наземных экосистем и изменяющегося климата планеты. Результаты данной работы в настоящее время имеют как большое научное, так и прикладное значение, обусловленное необходимостью создания системы учета эмиссий углекислого газа, в связи с ратификацией в 2004 году Россией Киотского протокола.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис. 1 Повреждения  наземных экосистем Северной Евразии пожарами в 2000-2003 годах по данным спутникового инструмента SPOT-Vegetation

К.т.н. Барталев С.А., Д.т.н. Лупян Е.А., Егоров В. , к.т.н. Ершов Д.В., Уваров И.

-        Барталев С.А., Егоров В.А., Лупян Е.А., Уваров И.А. Оценка площади повреждений наземных экосистем Северной Евразии пожарами в 2000-2003 годах по спутниковым данным инструмента SPOT-Vegetation // Материалы Второй открытой Всероссийской конференции овременные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса ", Москва, 16-18 ноября 2004 г. Материалы научной конференции, стр. 216

-        Егоров В.А., Барталев С.А. Анализ временных серий спутниковых данных SPOT-Vegetation для детектирования поврежденной пожарами растительности Северной Евразии Vegetation // Материалы Второй открытой Всероссийской конференции овременные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса ", Москва, 16-18 ноября 2004 г. Материалы научной конференции, стр. 219

 

2005 г.

Детальное измерение спектра аннигиляции позитронов в центральной области Галактики обсерваторией ИНТЕГРАЛ.

Важнейшим результатом работы обсерватории ИНТЕГРАЛ, запущенной на орбиту с космодрода Байконур в конце 2002 года, стало детальное измерение спектра аннигиляции позитронов в центральной области Галактики. Уникальной, по сравнению с другими работающими орбитальными обсерваториями, является способность обсерватории ИНТЕГРАЛ регистировать ядерные гамма-линии на энергиях от 50 кэВ до 8 МэВ с разрешением в несколько кэВ. Около четверти наблюдательного времени этой международной обсерватории (совместный проект Европейского космического агентства, России и США) принадлежит российским ученым. Значительная часть этого времени была использована для тщательного исследования области Центра нашей Галактики и поиску аннигиляционного излучения позитронов. На Рис.1 показана сглаженная карта излучения нашей Галактики в линии аннигиляции позитронов, полученная в ИКИ РАН. Яркое пятно в центре карты соответствует центральной области Галактики. Детальные измерения показывают, что большая часть излучения сосредоточена в области размером менее 10 градусов вокруг динамического центра Галактики. По полному измеренному потоку излучения было показано, что в этой области каждую секунду аннигилирует около 1043 позитронов.

Рисунок 1: Сглаженная карта излучения Млечного Пути в линии 511 кэВ по данным обсерватории ИНТЕГРАЛ. Центральное яркое пятно соответствует области Галактического центра.

 

На Рис.2 представлен спектр аннигиляционного излучения, полученный обсерваторией ИНТЕГРАЛ, позволяющий получить уникальную информацию о свойствах среды, в которой происходит аннигиляция позитронов. Позитроны практически всегда рождаются "горячими", с кинетической энергией, сравнимой с их массой покоя. В межзведной среде позитроны постепенно остывают и затем формируют "атомы" позитрония - аналог атома водорода, в котором протон заменен на позитрон. В зависимости от полного спина позитрония он распадается на два или три фотона, что приводит к появлению двух компонент в наблюдаемом спектре - узкой линии на энергии 511 кэВ (распад на два фотона, красная кривая на Рис.2) и широкому континууму на более низких энергиях (трех-фотонный распад, синяя кривая). По данным обсерватории ИНТЕГРАЛ энергия узкой линии равна 510.988 кэВ и совпадает с энергией покоя позитрона (или электрона) с точностью до сотой доли процента. Это позволяет утверждать что скорость движения среды, в которой происходит аннигиляция позитронов, относительно Земли не превышает 30 км/с. По ширине линии и относительной яркости трех-фотонного континуума было показано, что аннигиляция позитронов происходит в теплой (~10000 град) частично ионизованной межзвездной среде. Точность измерений, выполненных обсерваторией ИНТЕГРАЛ является рекордной на сегодняшний день. Эти измерения, в частности, накладывают ограничения на сечение аннигиляции частиц темной материи, а также на другие, менее экзотические теоретические модели образования позитронов в Галактике, включая рапад радиоактивных элементов при взрывах сверхновых, рождение позитронов вблизи черных дыр и быстро вращающихся нейтронных звезд или при взаимодействия космических лучей с обычным веществом.

Рисунок 2: Спектр аннигилационного излучения позитронов, измеренный обсерваторией ИНТЕГРАЛ из области Галактического центра. Красной линией показан профиль линии 511 кэВ, возникающий при двух-фотонной аннигиляции. Синей линией показан спектр трех-фотонного рапада позитрония.

 

 

Е.М.Чуразов, Р.А.Сюняев, С.Ю.Сазонов, М.Г.Ревнивцев, Д.А.Варшалович "Спектр аннигиляции позитронов из области центра Галактики по данным обсерватории ИНТЕГРАЛ", MNRAS, 357, 1377, 2005

 

 

Многолетняя циркумполярная база данных  о повреждениях бореальных экосистем пожарами на основе использования данных спутниковых наблюдений.

Впервые в мировой практике разработана многолетняя циркумполярная база данных  о воздействии пожаров на бореальные экосистемы на основе комбинированного использования данных спутниковых наблюдений SPOT-Vegetation и Terra/Aqua-MODIS. База данных охватывает регионы Северной Евразии и Северной Америки и позволяет получать динамическую информацию о повреждениях растительности огнем в период 2000-2004 годов с пространственным разрешениям 1 км и частотой 1 раз в десять дней. Разработанный автоматический метод обеспечивает возможность регулярного обновления и дополнения базы данных по мере поступления и  обработки спутниковых изображений. Созданная база данных открывает уникальную возможность объективной оценки, связанных с пожарами, эмиссий углерода и других тепличных газов в атмосферу, и проведения исследований в области глобальных изменений климата. 

Повреждения бореальных экосистем пожарами в 2000-2004 годах по данным спутникового инструмента SPOT-Vegetation

 

С.А. Барталев, к.т.н., тел.333-10-77, e-mail: bartalev@smis.iki.rssi.ru

Е.А. Лупян, д.т.н., тел. 333-53-13, e-mail: evgeny@d902.iki.rssi.ru

Bartalev S.A., Egorov V.A., Loupian E.A. and Uvarov I.A. Multi-year circumpolar assessment the area burnt in boreal ecosystems using SPOT-Vegetation // submitted to International Journal of Remote Sensing, 2005


Открытие марсианской авроры и нового типа атмосферного свечения помощью спектрометра SPICAM на борту спутника Mars Express

 

Свечения на ночной стороне планеты Марс впервые исследованы с орбиты. Открыта авроральная активность и новые свечения полос окисла азота.

 

На высоких широтах Земли авроральные свечения  возникают в результате высыпания заряженных частиц вдоль силовых линий магнитного поля и их взаимодействия с нейтральной атмосферой. Авроальная активность наблюдалась на планетах-гигантах (Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне), обладающих сильным магнитным полем. На ночной стороне Венеры, планеты без магнитного поля, наблюдалось свечение в полосах атомарного кислорода. После открытия космическим аппаратом Mars Global Surveyor остаточной намагниченности марсианской коры была выдвинута гипотеза, что заряженные частицы могут прорываться вдоль силовых линий магнитного поля, идущих от поверхности планеты к солнечному ветру. Первое наблюдение марсианского сияния возникающего при высыпании таких частиц проведено при помощи прибора SPICAM с российским участием на борту европейского космического аппарата Mars Express. Наблюдаемая со спутника Mars Express аврора соответствует особому типу сияния, ранее не известному в Солнечной системе. Она отличается от активности на Земле и планетах-гигантах, наблюдаемой вблизи магнитных полюсов, и от венерианских сияний, размытых по диску планеты. Аврора на Марсе представляет собой сильно локализованное свечение, связанное с магнитными аномалиями марсианской коры. В ультрафиолетовом спектре ночного неба Марса зарегистрирован спектр аврорального свечения в диапазоне 118-310 нм, состоящий преимущественно из свечений СО и ионизованного СО2. Вне вспышки наблюдалось свечение в полосе окисла азота NO (190-270 nm), ранее неизвестное на Марсе.  Аврора наблюдалась на высоте 115-145 км, размер светящейся области по горизонтали около 30 км. Длительность вспышки – не менее 8с. Географическое положение зарегистрированной вспышки соответствует максимуму намагниченности коры Марса в соответствии с данными космического аппарата Mars Global Surveyor.

Рис.1 Временная зависимость интенсивности ночного свечения атмосферы Марса. Оно содержит эмиссию водорода Лайман-альфа и структурированную полосу (190–270 nm), соответствующую NO (ранее на Марсе не наблюдалась). На 535 с наблюдений наблюдается пик интенсивности, спектры которого существенно отличаются от обычного спектра NO, и содержат полосы СО и ионизованного СО2.

 

 

Эксперимент SPICAM (Spectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Mars) на космическом аппарате Mars Express состоит из двух спектрометров ультрафиолетового и ближнего инфракрасного диапазонов. Прибор построен усилиями трех организаций во Франции, в Бельгии и в Институте космических исследований  в Москве. Изготовление российской части аппаратуры и участие в управлении экспериментом финансируется Роскосмосом.

Bertaux, J.-L., F. Leblanc, O. Witasse, E. Quémerais, J. Lilensten, A.S. Stern, B. Sandel, and O. Korablev, Discovery of aurora on Mars, Nature 435, 790-794, doi:10.1038, 2005.

Bertaux J.-L., F. Leblanc, S. Perrier, E. Quemerais, O. Korablev, E. Dimarellis, A. Reberac, F. Forget, P.C. Simon, A.S. Stern, B. Sandel and the SPICAM team. First observation of nightglow in the upper atmosphere of Mars: the NO bands in UV and implications for atmospheric transport. Science 307, 566-569, 2005

 

Д.ф.-м.н. О.И. Кораблев, к.ф.-м.н. А.А. Федорова, к.ф.-м.н. А.В. Родин,

korab@iki.rssi.ru 3335434

 

 

2006 г.

Создана общая теория  принципиально новых алгоритмов помехоустойчивого кодирования. 

Завершённое 35-летнее исследование многопороговых декодеров (МПД), составляющих основу теоретических исследований,  позволяет многократно  снижать энергетику   передачи цифровых сообщений, значительно увеличивать дальность связи и существенно уменьшать  размеры очень дорогих антенн.  Это особенно важно для экспериментов в дальнем космосе и дистанционного зондирования Земли. На базе МПД созданы  методы хранения архивных и других особо важных цифровых данных с уровнями достоверности, которые  в 103 ÷ 105  раз превышают достоверность и надёжность хранения другими  метода-ми, но проще их. Аналогов разработанным алгоритмам по эффективности в мире не существует. Пять поколений систем МПД внедрены в различных организациях отрасли связи.

За 6 лет  по этой тематике опубликовано более 20 работ, в том числе:

 «Помехоустойчивое кодирование. Методы и алгоритмы», В.В.Золотарёв, Г.В.Овечкин, Москва, «Горячая линия-Телеком», 2004 г., 276 с.

 «Теория и алгоритмы многопорогового декодирования», В.В.Золотарёв, Москва, «Радио и связь»-«Горячая линия – Телеком», 2006г., 278 с. (выходит в октябре 2006 г.).

Д.т.н. Золотарёв В.В.

 

 

Предложен новый сценарий предбиологического этапа эволюции и ранее неизвестный универсальный механизм его реализации, обеспечивающий синтез сложных органических соединений в плазменном факеле, возникающем в процессах сверхвысокоскоростного удара метеоритов на раннем этапе формирования Земли, а так же в межзвездных облаках при соударении частиц пыли. Данные лазерного моделирования плазменного факела и результаты пылеударных экспериментов указывают на действенность предложенного механизма.

Определенные экспериментальным путем характеристики физических полей плазменного факела могут обеспечить нарушение симметрии при зарождении изомеров.

Новая концепция базируется на реальных процессах, происходящих в природе, имеющихся в виде материальных свидетельств на Земле и в космосе.

1.     G.G. Managadze. A new universal mechanism of organic compounds synthesis during prebiotic evolution //Planetary and Space Science, In Press, Available online 28 July 2006 www.sciencedirect.com

2.     Managadze G.G., Brinckerhoff W.B., Chumikov A.E. Molecular synthesis in hypervelocity impact plasmas on the primitive Earth and in interstellar clouds// Geophys. Res. Lett. 2003. V. 30. №. 5. P. 1247.

3.     Managadze G. G. // Geophys. Res. Abstr. 2001. V. 3. P. 7595. См. так же  Манагадзе Г.Г.  Синтез органических соединений в экспериментах, моделирующих сверхскоростной удар метеоритов.  Препринт ИКИ РАН № ПР-2037, 2001.

д.ф.-м.н., профессор Г.Г. Манагадзе Тел. 333-42-02 managadze@iki.rssi.ru

 

 

Картографирование пахотных земель России по многолетним временным сериям спутниковых данных

Разработан метод автоматического выявления находящихся в активном сельскохозяйственном использовании пахотных земель по временным сериям спутниковых данных. Метод основан на анализе многолетних рядов данных спутниковых наблюдений и учете априорных знаний о различиях межсезонной динамики и закономерностях сезонного развития сельскохозяйственной и естественной растительности. Разработанный алгоритм детектирования пахотных земель, обладающий свойством автоматической адаптивности к специфике наблюдаемых регионов. Разработка такого алгоритма позволило создать технологию и автоматизированную систему обработки данных прибора Terra-MODIS по всей территории России. Созданная технология обеспечила построение карты пахотных земель используемых в период 2002-2005 годов в основных сельскохозяйственных регионах России. Созданная автоматическая технология обработки данных и карта пахотных земель были впервые использованы при проведении Всероссийской сельскохозяйственной переписи 2006 года. В дальнейшем планируется внедрение технологии в систему мониторинга сельскохозяйственных земель создающуюся в министерстве сельского хозяйства РФ.

Карта используемых пахотных земель по результатам анализа временных серий  данных спутниковых наблюдений прибором MODIS за период 2002-2006 годов

 

Барталев С.А., к.т.н., тел.333-53-13, e-mail: bartalev@smis.iki.rssi.ru

Лупян Е.А., д.т.н., тел. 333-53-13, e-mail: evgeny@smis.iki.rssi.ru

Нейштадт И.А., тел. 333-53-13, e-mail:  neishtadt@smis.iki.rssi.ru

-       Bartalev S., Loupian E., Neyshtadt I. Remote sensing applications for agriculture monitoring in the Northern Eurasia // In the proceedings of 31st ISRSE Conference on Global Monitoring for Sustainability and Security. - St Petersburg. - 2005.

-       Барталев С.А., Лупян Е.А., Нейштадт И.А., Савин И.Ю. Классификация некоторых типов сельскохозяйственных посевов в южных регионах России по спутниковым данным MODIS // Исследование Земли из космоса, 2006, № 3, С. 68-75

-       Барталев С.А., Лупян Е.А., Нейштадт И.А. Метод выявления используемых пахотных земель по данным дистанционного зондирования со спутников // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – М.: ИКИ РАН, 2006 (в печати)

 

Определение природы фонового рентгеновского излучения Галактики

 

Одной из интереснейших проблем современной рентгеновской астрофизики является проблема происхождения рентгеновского фона Галактики. Еще в 70-х годах прошлого века было обнаружено, что наряду с яркими точечными источниками рентгеновского излучения в Галактике присутствует слабое излучение, распределенное вдоль галактического диска и имеющее спектральные свойства, характерные для излучения горячей оптически тонкой плазмы.  Долгое время господствовавшие гипотезы о диффузном происхождении этого излучения наталкивались на трудности, связанные, в основном, с тем, что диффузная плазма такой большой температуры (>5-10 кэВ) не может быть удержана в галактической плоскости. В цикле работ 2006 года ученым отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН удалось показал, что галактический рентгеновский фон (ГРФ) обязан своим происхождением суммарному излучению большого количества рентгеновских источников с малой светимостью -- аккрецирующих белых карликов и коронально активных звезд.

 

На рисунке показано, что распределение поверхностной яркости Галактики в рентгеновском диапазоне соответствует распределению поверхностной яркости Галактики в инфракрасном диапазоне, который показывает поверхностную плотность звезд.

М.Ревнивцев, С.Сазонов, M. Гильфанов, Е.Чуразов, С.Мольков, Р. Сюняев

 

 

Установлено, что причиной повышенного содержания кристаллизационной воды в поверхностном слое грунта в двух антиподальных областях в экваториальной зоне Марса является конденсация влаги из атмосферы.

Эти области были обнаружены по характерному для них аномально низкому потоку нейтронов, измеренному прибором ХЕНД, созданным в Институте космических исследований РАН и установленным на космическом аппарате «Марс Одиссей». Нами был проведен анализ геологического строения аномальных и примыкающих к ним областей и обнаружена положительная корреляция низкого потока нейтронов со скоплениями пыли, создающими ловушки для атмосферной влаги (ГЕОХИ РАН). Теоретическое моделирование (ИКИ РАН) с учетом картины глобальной циркуляции атмосферы воспроизвело образование областей конденсации влаги именно в тех регионах, где они фактически наблюдаются.

 

Анализ геологического строения местности в двух антиподальных областях в экваториальной зоне Марса, известных повышенным (до 10-15%) содержанием кристаллизационной воды в поверхностном (1-2 м) слое грунта, в сочетании с теоретическим моделированием метеорологических процессов на этой планете позволил выявить причину обогащения грунта водой. Причина - конденсация влаги из атмосферы. Аномальные области были обнаружены по характерному для них очень низкому потоку нейтронов, измеренному прибором ХЕНД, созданным в Институте космических исследований РАН и установленным на космическом аппарате «Марс Одиссей». Нами был проведен фотогеологический анализ нескольких сотен снимков поверхности в аномальных и примыкающих к ним областях, в ходе которого шел поиск связи величины потока нейтронов с рядом геологических характеристик: присутствием флювиальных и мерзлотных форм рельефа, слоистости обнажающихся отложений, мощности покрова рыхлого материала и рядом других (выполнен ГЕОХИ РАН). В ходе анализа обнаружена положительная корреляция низкого потока нейтронов со скоплениями пыли. Эти скопления контролируют теплофизические состава поверхности и создают ловушки для атмосферной влаги, которая, если тому благоприятствуют метеорологические условия, входит в структуру входящих в состав грунта минералов, по-видимому, сульфатов магния. Теоретическое моделирование (выполнено ИКИ РАН) с учетом картины глобальной циркуляции атмосферы воспроизвело образование областей конденсации влаги именно в тех регионах, где они фактически наблюдаются.

Совместно ГЕОХИ - ИКИ

Базилевский А. Т., Родин А. В., Раитала Й., Нойкум Г., Вернер С., Козырев А. С., Санин А. Б., Митрофанов И. Г., Хэд Дж. В., Бойнтон В., Саундерс Р. С. Поиск причин аномально низкого потока эпитепловых нейтронов в области земля Аравия, Марс, Астрономический вестник. Т. 31, ? 5, 320-342.

 

Озон в атмосфере Марса по измерениям эксперимента ОМЕГА на Марс Экспресс

Озон является важным компонентом атмосферы, обеспечивающим возможность существования жизни на планете, защищая от солнечного ультрафиолета. На Марсе, как и на Земле,  на дневной стороне происходит фотолиз озона, в результате которого образуется кислород в возбужденном состоянии, который дает сильную эмиссию на длине волны 1.27 мкм. Интенсивность эмиссии является мерой содержания озона в верхней атмосфере,  в нижней атмосфере необходимо учитывать также потери в результате деактивации возбужденного состояния при столкновениях молекул кислорода с молекулами углекислого газа. Картирующий сректрометр ОМЕГА получает изображения с высоким пространственным разрешением, до 300 м при надирных измерениях и до 1-2 км – при лимбовых. Надирные измерения дают пространственное распределение озона, тогда как лимбовые изменения позволяют восстановить вертикальный профиль. Содержание озона сильно зависит от сезона, времени суток, ареографических координат. На дневной стороне на низких широтах наблюдался максимум содержания озона 109 – 1010 см-3 на высотах 20-30  км, а в утренних профилях  наблюдается также остаточный ночной максимум на высотах 40 – 50 км км. Пример вертикального профиля озона над областью Argire, LT=10h, Ls=64° приведен  на рис. 1.

 Сезонные вариции содержания озона

 

 

 

 

 

Впервые обнаружен крупномасштабный отклик в состоянии ионосферного   слоя D  на  тропическое  катастрофическое вихревую систему- тропический циклон.

Результаты  комплексной   обработки  данных ракетного  зондирования  экваториальной ионосферной области D со специального ракетного полигона  «Тумба» ( Индия) в  районе действия сильных тропосферных  вихревых возмущений - тропических циклонов, наблюдения за которыми проводилось по данным спутникового зондирования в северной части Индийского океана, показали, что возможным крупномасштабным откликом  состояния области D ионосферы может быть резкое понижение ( в 2 - 4 раза )  электронной концентрации в диапазоне высот 50-80 км в период функционирования активной фазы тропического циклона, что является впервые выявленным экспериментальным  фактом непосредственного «быстрого» влияния мощных вихревых систем в тропосфере на вышележащую  нижнюю ионосферу.  Предложены  варианты физических механизмов «быстрых» взаимодействий  тропосферных возмущений с состоянием ионосферы.

Е. А. Шарков , Л.Б. Ванина-Дарт,  И.В. Покровская. e-mail: easharkov@iki.rssi.ru , vandart@iki.rssi.ru

Литература :  Ванина-Дарт Л. Б. , Покровская И. В., Шарков Е. А. Ионосферный отклик  тропосферных катастроф.  Препринт  № Пр-2121 . ИКИ РАН. 2006. - с. 28. 

            Ванина-Дарт Л. Б. , Покровская И. В., Шарков Е. А. Взаимодействие  нижней экваториальной ионосферы с тропическими циклонами по данным дистанционного и ракетного зондирования.  Исследование Земли из космоса. 2006 ( Принято к печати ) .

            Ванина-Дарт Л. Б. , Покровская И. В., Шарков Е. А. Отклик  нижней экваториальной ионосферы на сильные тропосферные возмущения. Геомагнетизм и аэрономия.  2006. ( Принято к печати ) .