Отдел прикладной радиоинтерферометрии и физики солнечно-земных связей.

В отделе «Прикладной радиоинтерферометрии и физики солнечно-земных связей» ведется работа по двум основным направлениям:

1. Проведение научно-исследовательских работ по развитию методов радиоинтерферометрии и применение их для решения фундаментальных и прикладных задач.

В НИРФИ работы по радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой  возглавляли в разное время В.С. Троицкий, В.А. Алексеев, Б.Н. Липатов. На начальном этапе исследований была проведена разработка аппаратурных комплексов радиоинтерферомет­ров с системами независимого приема, методик обработки сигналов и осуществлены пробные эксперименты на малобазовых инструментах радиоастрономических станций НИРФИ. Были созданы радиоинтерферометрические комплексы, включая системы приема в широком диапазоне частот от 9 МГц до 22 ГГц, системы когерентного преобразования сигналов, регистрации, корреляции и спектрального анализа. Предложены методы синтеза широкой полосы, фазового контроля приемных трактов, алгоритма обработки РСДБ-данных.

Параллельно разрабатывались теория и методы РСДБ для решения фундаментальных и прикладных задач. Были пред­ложены методы апертурно-частотного синтеза для построения радиоизображений космических источников со сверх­высоким пространственным разрешением и способы измерения угловых расстояний между двумя источниками квазимонохроматического излучения. С 1969 г. начались экспериментальные астрофизические исследования с использованием крупных радиотелескопов страны. Первые эксперименты были нацелены на измерение угловых размеров источников космического радиоизлучения и оценок их коррелированных плотностей потоков (1969). Впервые проведены изме­рения углового размера источника Кассиопея А в диапазоне декаметровых волн. В кооперации с Крымской и Бюроканской обсерваториями сделаны оценки размеров нескольких радиоисточников с разрешением 0.1 угл.сек. на частоте 408 МГц.  В определении угловых размеров космических мазеров на волне l=1.35 см  (23 ГГц) с базой 1100 км реализовано угловое разрешение 0.001 угл.сек. (совместно с БАО АН СССР, ИКИ АН, ИРЭ, КРАО, ФИАН).

Первые эксперименты показали, что РСДБ дает возможность решать классические задачи астрономии с точностью более чем на два порядка выше точности, достигаемой другими методами измерений. Это обстоятельство сделало РСДБ незаменимым инструментом космической радиоастрометрии. Предложены основы метода дифференциальной интерферометрии, который нашел применение для решения ряда фундаментальных и прикладных астрометрических проблем. Решена задача установления фундаментальной квазиинерциальной системы небесных координат и системы земных координат и оперативного определения их взаимной ориентации. Метод дифференциальной интерферометрии применен для измерения скорости вращения Земли, движе­ния полюсов и изучения приливов в земной коре. При интерферометрии космических мазеров тем же методом впервые в СССР осу­ществлена синхронизация разнесенных шкал времени и впервые были привязаны геодезические координаты больших антенн с погрешностью менее одного метра.

Космическая навигация - одно из направлений астрометрии, в котором нашла приложение РСДБ. Разработаны основы метода радиоинтерферометрического определения небесных координат искусственных спутников Земли на различных типах орбит и межпланетных космических аппаратов в целях высокоточного навигационного обеспечения их полетов. Впервые выполнено измерение угловых координат искусственного спутника Венеры и аэростата в атмосфере Венеры (проект "ЭОС – Венера"), автоматической межпланетной станции "Вега", космического аппарата "Фобос". Проведены эксперименты по оперативному установлению точного положения ИСЗ "Астрон" и "Гранат" методом длиннобазовой узкополосной радиоинтерферометрии в сочетании с дальномерно-доплеровскими измерениями.

Разработано методическое и аппаратурное обеспечение радиоинтерферометрической астрометрии пульсаров, направленное на получение пространственно-временных характеристик пульсара (угловых координат, периода и фазы излучения).

Метод РСДБ открыл новые возможности для исследования космических сред. В 1984 году осуществлен РСДБ-эксперимент по радиопросвечиванию околосолнечной плазмы сигналами АМС "Венера-15" на базе Крым - Подмосковье длиной 1200 км (l=30 см). В 1986 году выполнены эксперименты по зондированию комы кометы Галлея радиосигналами пролетных аппаратов "Вега". С 1990 года начались регулярные РСДБ–исследования плазмы солнечного ветра при просвечивании ее радиоизлучением квазаров.

Одним из важнейших направлений работ НИРФИ  является создание приемно-регистрирующих комплексов и отдельных блоков РСДБ-аппаратуры. Очевидно, что широкий спектр решаемых научных задач потребовал задействования большого количества антенн. РСДБ-наблюдения проводятся в тесном сотрудничестве с организациями, владеющими крупными антенными комплексами. В настоящее время приемно-регистрирующими системами НИРФИ оснащено пять РСДБ-пунктов. В функции коллектива НИРФИ в рамках деятельности международной кооперации входит постановка научных задач, составление программ экспериментов и расчет расписаний наблюдений. Сотрудники НИРФИ принимают участие в экспериментах на нескольких РСДБ-пунктах, обеспечивая работу приемно-регистрирующих комплексов, разработанных и изготовленных в НИРФИ. Обработка данных осуществляется на корреляторе "НИРФИ‑3".

Опираясь на богатую методическую и аппаратурную базу и накопленный опыт радиоинтерферометрических наблюдений, в последнее десятилетие в НИРФИ продолжались экспериментальные и теоретические РСДБ-исследования по следующим направлениям:

- Исследование среднемасштабной структуры плазмы солнечного ветра.

- Исследование эффектов рассеяния в межзвездной и межпланетной средах.

- Исследование пространственно-временной структуры солнечных микровспышек.

- Радиолокационные исследования тел солнечной системы, включая «космический мусор».

- Координатно-навигационные измерения.

- Отработка методики наблюдения излучения активных звезд.

В настоящее время Лаборатория РСДБ имеет свой собственный инструмент, на котором можно проводить одновременные наблюдения на трех частотах: 327, 610 и 1665 МГц.

Радиоинтерферометр НИРФИ независимого приема включает радиотелескопы диаметром 15 и 14 м, разнесенные на расстояние 70 км и расположенные в РАО «Зимёнки» и «Старая Пустынь». Инструмент с относительно невысоким для РСДБ угловым разрешением первоначально предназначался для исследований вспышечных процессов в солнечном радиоизлучении, которые проводятся в ФГБНУ НИРФИ в последние десятилетия. Такие исследования направлены на получение детальных характеристик этих процессов, при этом особое внимание уделяется изучению их тонкой временной и пространственной структуры методом РСДБ в дециметровом диапазоне длин волн. Наблюдения компактных источников радиоизлучения во время солнечных вспышек на РСДБ НИРФИ были начаты в 2006 году на частотах 327 и 610 МГц..

По мере оснащения инструмента современной высокочувствительной аппаратурой и развития кооперации с международной сетью РСДБ появилась возможность существенно расширить класс решаемых задач, рассматривая РСДБ НИРФИ как «тестовый» комплекс для отработки элементов приемной и регистрирующей аппаратуры, методик корреляционной и спектральной обработки данных при решении различных научных и прикладных задач.

В 2010 году были изготовлены два комплекта приемников на частотный диапазон 1.6 ГГц и проведена подготовка РСДБ НИРФИ к работе на этой частоте. Приемники имеют возможность перестройки частотных поддиапазонов на 1665 ± 20 МГц (радиоастрономическая частота) и на 1565-1615 МГц (рабочие частоты НКА СРНС ГЛОНАСС и GPS). Возможность работы по сигналам НКА СРНС закладывалась с целью проведения экспериментов по высокоточному определению положения (координат) КА с помощью РСДБ как задача эфемеридной поддержки ГЛОНАСС. Использование РСДБ технологии для высокоточного определения координат навигационных КА системы ГЛОНАСС позволяет апробировать методы измерений, альтернативные штатным и дополняющие их, что может существенно повысить эффективность и конкурентоспособность отечественной СРНС.

2. Проведение научных исследований по фундаментальным и прикладным направлениям физики солнечно-земных связей.

На протяжении многих лет изучение солнечных процессов составляло в НИРФИ одно из приоритетных направлений исследований. С начала 60-х годов, происходило становление Службы Солнца в радиодиапазоне, послужившей  на том этапе основной экспериментальной базой исследований. На всем временном протяжении Служба совершенствовалась и по своим параметрам стала  одной из базовых в мировой сети станций патрульного слежения за Солнцем.

С начальным этапом связано возникновение нового направления - изучения волновых и колебательных процессов в атмосфере Солнца по квазипериодическим пульсациям микроволнового радиоизлучения. Развитие этого направления  послужило толчком для понимания вопросов энергопереноса из нижних слоев в  корону Солнца. Дальнейшим прогрессом исследований явилось изучение  механизмов генерации различных компонент солнечного радиоизлучения на основе данных об  их спектральном составе и временной динамике.

Качественно новый этап был связан с созданием спектрографов последовательного анализа и повышением временного разрешения при наблюдениях.  Это позволило с использованием кооперации по наблюдениям на радиотелескопах с высоким  пространственным разрешением изучать проблемы, связанные со структурой и  динамикой таких быстропеременных солнечных процессов, как континуальные всплески, микроволновые предвестники солнечных вспышек. Параллельно проводились исследования по созданию методов краткосрочного прогноза мощных солнечных вспышек по динамике долгопериодных пульсаций радиоизлучения и диагностики энергичных частиц во вспышках по спектральному составу микроволновых всплесков.

Современный этап исследований связан с одновременной реализацией высокого пространственного, спектрального и временного разрешения, позволяющей проводить изучение таких солнечных структур, как вспышечные петли, источники первичного энерговыделения, протуберанцы, а также изучение   динамики процессов с характерными временами доли миллисекунд.

При всем многообразии задач, стоящих перед исследователями Солнца, комплекс вопросов, связанных с фрагментацией энерговыделения во вспышечных  процессах, диагностикой этих процессов и определением физических параметров в центрах активности, остается в центре внимания на протяжении последних лет.

Перечисленные направления являлись все эти годы ключевыми в работах отдела по микроволновой солнечной радиоастрономии, физике солнечных процессов и  прикладным исследованиям солнечно-земных связей.

К этим же задачам примыкают и исследования корональных выбросов массы (КВМ) и солнечных  космических лучей (СКЛ) - явлений, основополагающих по своей природе в системе солнечно-земных связей.

3. Структура отдела:

Лаборатория  «Радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой»

Сектор «Приборостроения  и обработки данных»

Лаборатория  «Физики Солнца и солнечно-земных связей»

Сектор «Радиослужбы Солнца»

Сектор «Радиофизики солнечной активности»

2010 год

Участие в конференциях:

- международных:

-  European Geosciences Union General Assembly 2010 (Vienna, Austria, 02 – 07 May 2010) – 2 доклада

-  38^th COSPAR Scientific Assembly 2010 (18-25 July 2010, Bremen, Germany) -2 доклада

-   CESRA Summer School on Radiophysics (Nancay Radio Observatory, France, 19-24 September 2010)  - 3 доклада

-  CESRA-2010 (14-19 June, 2010) – 4 доклада

-  The 22nd International Conference on Atomic Physics (ICAP2010), Cairns, Australia 25-30 July 2010. -  1 доклад

- российских:

-  Всероссийская ежегодная конференция по физике Солнца (3-9 октября 2010г., ГАО РАН, Санкт-Петербург). – 8 докладов

-  Всероссийская конференция «Солнечно-земная физика», посвященная 50-летию создания Института солнечно-земной физики СО РАН, (28июня - 2 июля 2010 г., ИСЗФ СО РАН, Иркутск) -1 доклад

-  Конференция по радиофизике (6-12 мая 2010 г., РФФ ННГУ) – 4 доклада

-  Конференция  «Физика   плазмы  в солнечной системе» (8-12 февраля 2010 г., ИКИ РАН)  -3 доклада

- Всероссийская астрономическая конференция ВАК-2010 «От эпохи Галилея до наших дней», п.Н.Архыз, 12-19 сент.2010  - 4 доклада

-  Научно-методическая конференция «Проблемы и пути инновационного развития внутреннего водного транспорта», Н.Новгород, 20-21 мая 2010, ВГАВТ  - 1 доклад

Статьи в журналах:

1)      Reznikova V.E., Shibasaki K. Flare quasi-periodic pulsations with growing periodicity. – Astronomy and Astrophysics 2010, V.525, A112 (2011), (DOI: 10.1051/0004-6361/201015600

2)      Reznikova V.E., Melnikov V.F., Ji H., Shibasaki K. Dynamics of the flaring loop system of 2005 August 22 observed in microwaves and hard x-rays. – Astrophysical J. 2010, V.724, PP.171-181.

3)      Исаева Е.А., Мельников В.Ф., Цветков Л.И. Зависимость точности оценки потока протонов СКЛ от параметров радиовсплесков. – Изв. КрАО, 2010, Т. 106, сс. 42–48.

4)      Isaeva, E. A.; Melnikov, V. F.; Tsvetkov, L. I. Dependence of the SCR proton flux estimate on radio burst parameters. – Bulletin of the Crimean Astrophysical Observatory, 2010, vol. 106, issue 1, pp. 26-30.

5)      Kuprianova E.G., Melnikov V.F., Nakariakov V.M., Shibasaki K. Types of microwave quasi-periodic pulsations in single flaring loops. – Solar  Physics, 2010, V.267, PP.329–342

6)      N. Chorley, B. Hnat, V. M. Nakariakov, A. R. Inglis, I. A. Bakunina. Long period oscillations in sunspots. –  Astronomy & Astrophysics, 2010, V.513, 27-34.

7)      Смольков Г.Я., Максимов В.П., Просоветский Д.В., Уралов А.М., Бакунина И.А. Опыт радиогелиографического предсказания больших солнечных вспышек.  – Изв.КрАО, 2010, Т. 106, сс. 49–52.

8)      G.Ya. Smol’kov, V.P. Maksimov, D.V. Prosovetskii, A.M. Uralov, I.A. Bakunina. An Experience of Radioheliographic Prediction of Powerful Solar Flares. –  Bulletin of the Crimean Astrophysical Observatory, 2010, Vol. 106, pp. 31–33.

9)      Шейнер О.А., Фридман В.М. Явления в микроволновом солнечном излучении, наблюдаемые во время образования и начального распространения корональных выбросов масс. – Изв. ВУЗов "Радиофизика". 2010 T. 53, N 5-6. C.1-18.

10)  Sheiner O.A., Fridman V.M. Solar microwave emission phenomena observed during the formation and initial propagation of coronal mass ejections. – Radiophysics and Quantum Electronics. 2010. V. 53, N. 5-6. P.281-296.

Награды

Зав. отделом ФГБНУ НИРФИ Дугин Н.А. награжден Благодарственным письмом Законодательного собрания Нижегородской области (февраль 2011 г.)

Научные связи:

а) Договор о научно-техническом сотрудничестве между ФГБНУ НИРФИ и Научно-исследовательским инженерным институтом Вентспилской Высшей школы «Вентспилский Международный радиоастрономический центр», г. Вентспилс, Латвия, 2011г.

б)  Договор о научно-техническом сотрудничестве между ФГБНУ НИРФИ и ГАО РАН, Санкт-Петербург, 2009-2011гг.