Rus
Eng


Лаборатория рентгеновской астрономии Солнца ФИАН





Тесис - космическая обсерватория Обратная связь Карта сайта Поиск
Космические эксперименты ФИАН

Состав лаборатории

Публикации


О лаборатории


Физический институт Российской Академии наук.

Лаборатория РАС является одним из ведущих российских центров изучения солнечной активности. В ходе теоретических и экспериментальных исследований в Лаборатории получены уникальные данные о структуре и динамике солнечной короны, механизмах энерговыделения в атмосфере Солнца, температурном и спектральном составе солнечной плазмы. Сотрудниками Лаборатории был проведен первый в мировой истории спутниковый эксперимент по наблюдению коротковолнового излучения Солнца, впервые в истории зарегистрированы частицы радиационных поясов Земли, получена первая в нашей стране фотография Солнца в рентгеновском диапазоне, впервые в мире получены спектры Солнца в области длин волн короче 10 ангстрем.

В новой российской истории в период до 2009 года Лаборатория осуществляла систематические исследования солнечной короны методами рентгеновской спектроскопии в рамках программы КОРОНАС (Комплексные ОРбитальные Околоземные Наблюдения Активности Солнца) Российской Академии Наук. В период с 1991 года в рамках этой программы были запущены три космических аппаратоа для исследования Солнца: КОРОНАС-И (1994), КОРОНАС-Ф (2005) и КОРОНАС-Фотон (2009).

В настоящее время лаборатория работает над рядом перспективных проектов, в том числе участвует в создании научной аппаратуры для космического аппарата Интергелиозонд, ведет работы по созданию солнечных телескопов АРКА, является изготовителем научной аппаратуры или составных частей научных приборов для космических аппаратов «Спектр-УФ», «Зонд», «Электро» и ряда других. Лаборатория открыта для сотрудничества по проектам в области космических и наземных экспериментов по созданию оптической и рентгеновской изображающей техники, а также электронно-механических узлов аппаратуры научного и иного назначения.

Cоздание изображающих рентгеновских телескопов и спектрометров для проведения космических экспериментов

Лаборатория рентгеновской астрономии Солнца ФИАН обладает уникальными, не имеющими аналогов в нашей стране, возможностями по созданию высокоточных телескопов и спектрометров для проведения космических экспериментов по исследованию Солнца на борту искусственных спутников Земли. В лаборатории производится полный цикл работ по созданию научной аппаратуры, начиная с разработки концепций и технологических макетов инструментов и заканчивая созданием летного образца, поставляемого на борт космического аппарата. Всего с 1951 по 2007 годы аппаратура, созданная в Лаборатории РАС, работала на борту более 30-и космических аппаратов - спутников и геофизических ракет.

Некоторые из этих экспериментов показаны ниже на графике.  

Космические эксперименты ФИАН с 1957 по 2008 годы.

 

Солнечная обсерватория Коронас-Ф. Работала на орбите Земли с 31 июля 2001 по 5 декабря 2005 года.

ИСЗ2 - второй искусственный спутник Земли на борту которого с помощью созданной в ФИАН аппаратуры был проведен первый в мировой истории спутниковый эксперимент по регистрации рентгеновского излучения Солнца.
Р - эксперименты на борту высотных геофизических ракет, проводившиеся в 60-х годах XX века.
К163 и К230 - эксперименты на первых советских спутниках для исследования Солнца серии КОСМОС.
ИК - эксперименты на борту международных спутников серии ИНТЕРКОСМОС.
В - эксперименты на ракетах серии ВЕРТИКАЛЬ
Коронас-И, Коронас-Ф и Коронас-Фотон - эксперименты на спутниках программы Коронас
Гелиос - планируемый на 2014 год эксперимент по исследованию Солнца с близкой гелиоцентрической орбиты. Лаборатория РАС разрабатывает для этого эксперимента конплекс телескопов ТРЕК (TRACK).

 

В настоящее время космические эксперименты Лаборатории РАС ФИАН осуществляются в рамках программы КОРОНАС (Комплексные Орбитальные Наблюдения Активности Солнца) Российской Академии Наук. В период с 1991 года эта программа предусматривает запуск трех космических аппаратов для исследования Солнца, два из которых (КОРОНАС-И и КОРОНАС-Ф) в настоящее время закончили свою миссию. На борту первого из них ФИАН проводил эксперимент ТЕРЕК по наблюдению Солнца в крайней ультрафиолетовой и рентгеновской области спектра, а на борту спутника КОРОНАС-Ф был осуществлен эксперимент СПИРИТ, который в настоящее время является наиболее успешным экспериментом по исследованию Солнца в истории советской и российской науки. В ходе эксперимента, продолжавшегося более четырех лет, было получено около 300 000 высокоточных изображений Солнца в девяти спектральных каналах, характеризующих пространственную структуру и динамику плазмы атмосферы Солнца  в диапазоне температур от 70 тысяч до 10 млн. градусов и в диапазоне высот от верхней хромосферы до короны на высоте более радиуса Солнца.

В настоящее время в Лаборатории РАС ФИАН заканчивается создание комплекса телескопов и изображающих спектрометров ТЕСИС, который будет установлен на борту третьего космического аппарата программы КОРОНАС, спутника КОРОНАС-ФОТОН (выше на рисунке). Запуск космического аппарата и начало эксперимента ТЕСИС запланированы на июнь 2008 года.  

Экспериментальное и теоретическое исследование активных процессов на Солнце

Коллаж из изображений, полученных в ходе эксперимента СПИРИТ.

 

Спектры солнечных вспышек, измеренные в диапазоне 275-335 А в ходе эксперимента СПИРИТ.

 

Крупномасштабные области высокотемпературной плазмы в короне, открытые в ходе эксперимента СПИРИТ.

Лаборатория РАС является одним из ведущих в России центров изучения солнечной активности. За более чем полувековую историю теоретических и экспериментальных исследований в лаборатории получены уникальные данные о структуре и динамике солнечной короны, механизмах энерговыделения в атмосфере Солнца, температурном и спектральном составе солнечной плазмы. Сотрудниками лаборатории был проведен первый в мировой истории спутниковый эксперимент по наблюдению коротковолнового излучения Солнца, впервые в истории зарегистрированы частицы радиационных поясов Земли, получена первая в нашей стране фотография Солнца в рентгеновском диапазоне, впервые в мире получены спектры Солнца в области длин волн короче 10 ангстрем.

В настоящее время в лаборатории продолжается систематическое изучение солнечной короны методами современной рентгеновской спектроскопии. Основными задачами этих исследований являются самые актуальные проблемы современной физики Солнца, такие как:

  • поиск механизмов нагрева холодной фотосферы (6000 К) до температур более 1 миллиона градусов в спокойной короне и более 20 – 30 миллионов в области вспышек,
  • исследование строения и динамики магнитных полей в короне и их связи с нижними и верхними слоями атмосферы Солнца,
  •  изучение физических свойств плазмы устойчивых структур (активных областей, корональных дыр, ярких точек и др.),
  •  определение механизмов выделения энергии быстропротекающих процессов, таких как вспышки и выбросы корональной массы,
  • поиск механизмов образования и ускорения солнечного ветра,
  • решение проблемы обилия элементов в короне.

 

За последние 5 лет в Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца были получены следующие основные научные результаты:

  • Впервые обнаружены новые структуры и явления в горячей солнечной плазме
  • Определен  вклад  плазмы  с температурой 6-10МК в тепловой энергобюджет вспышек (до 80%)
  • Получено распределение вещества (дифференциальной  меры  эмиссии) в диапазоне    температур  выше  5МК  для  различных структур и  динамика этого распределения во вспышечных процессах 
  • Получено   пространственно-временное   распределение  электронной плотности и градиента температур вспышечной плазмы
  • Установлена  связь  между  крупномасштабной  эрупцией  и  перестройкой магнитного поля солнечной короны
  • Выявлена связь между плотностью и скоростью солнечного ветра и интегральными потоками Солнца в линиях переходного слоя и корональных линиях
  • Совместно с НИИЯФ МГУ впервые зафиксирована высокая (близкая к 100%) степень поляризации рентгеновского излучения во вспышке
  • По данным наблюдений СПИРИТ и наземного солнечного телескопа исследована высотная структура корональных дыр и показана связь их структуры с высокоскоростными потоками солнечного ветра
  • Исследованы периодические процессы в горячей линии MgXII Исследованы вариации плотности верхней атмосферы Земли

Разработка и создание систем неразрушающего контроля качества промышленной продукции

Неразрушающий контроль качества турбинной лопасти.

Спектроскопические методы исследования являются мощным инструментом для неразрушающего контроля качества промышленной продукции, дающим превосходные результаты даже в тех случаях, когда дефекты изготовления являются скрытыми и не могут быть обнаружены при внешнем осмотре образца. В Лаборатории РАС имеется практический опыт создания систем контроля качества, основанных на этих принципах, способных выявлять внутренние трещины и каверны в образцах и обнаруживать вкрапления инородных материалов.

На рисунке демонстрируется результат спектроскопического исследования турбинной лопасти, при изготовлении которой был допущен промышленный брак. Слева показана обычная фотография лопасти, не обнаруживающая никаких видимых  дефектов, а слева - результат исследования внутренней структуры лопасти методом изображающей спектроскопии. Хорошо видна пластина из инородного материала, нарушающая целостность конструкции.

Метод показывает хорошие результаты и при контроле качества небольших объектов, в частности контактных линз. Исследование отдельного объекта производится за время менее 1 секунды и без нарушения целостности упаковки, что позволяет реализовывать системы сплошного контроля качества продукции на стадии ее изготовления. В случае необходимости может производиться и выборочное изучение отдельных образцов.

Создание электронных систем и программного обеспечения для управления режимами работы научной аппаратуры и визуализации полученных данных

Программа считывания и анализа данных с блока датчиков ТЕСИС.

Возможности научной аппаратуры и систем контроля качества могут быть существенно расширены за счет использования в их составе электронных систем управления, в том числе основанных на микрокомпьютерах. Лаборатория РАС, помимо прочего, специализируется на создании таких систем, а также на создании специализированного программного обеспечения для интерактивного управления режимами работы аппаратуры и визуализации полученных данных. Программные инструменты создаются на языках высокого уровня C++ и IDL (Interactive Data Language).