Лаборатория исследований межпланетной и околопланетной плазмы
О лаборатории
История коллектива — нынешней лаборатории исследований межпланетной и околопланетной плазмы ИКИ РАН — началась в 1950 г., когда в недавно созданном НИИ 885 (в настоящее время НИИ Космического приборостроения) была образована Лаборатория радиотехнологии, руководимая кандидатом технических наук Константином Иосифовичем Грингаузом.
Первые эксперименты этого коллектива были связаны с исследованием влияния на связь с ракетой ее раскаленной газовой струи. За ними последовали эксперименты по исследованию распределения электронной концентрации в земной ионосфере с помощью геофизических ракет В-1Д, запускавшихся с полигона Капустин Яр и имевших максимальную высоту подъема 106 км. Первые данные показали существование известного ионосферного слоя Е на высоте 102 км. В этих и последующих аналогичных экспериментах электронная концентрация определялась по приведенной разнице фаз радиопередатчиков, работавших на частотах 24 или 48 МГц и 144 МГц. В экспериментах 1958 г. с помощью геофизической ракеты В-5А, достигавшей высоты 480 км, впервые были проведены измерения электронной концентрации в ионосфере выше максимума слоя F2. Эти измерения показали, что вопреки существовавшим тогда представлениям электронная концентрация не уменьшается быстро выше максимума слоя F2. (Г. Л. Гдалевич, В. А. Рудаков, Г. К. Новожилов).
В середине 50-х годов прошлого века лаборатория К. И. Грингауза была выбрана для подготовки эксперимента со сферической ловушкой заряженных частиц для массивной геофизической обсерватории (впоследствии «Спутник-3»), которая должна была быть запущена еще не существовавшей в то время ракетой, разрабатываемой в КБ С. П. Королева. К началу Международного геофизического года (1957 г.) ракета была создана и испытана, США объявили о планируемом запуске искусственного спутника Земли, а геофизическая обсерватория еще находилась в стадии разработки. Для того, чтобы опередить американцев С. П. Королев предложил запустить «простейший спутник» (ПС), передатчики для которого были разработаны и построены сотрудниками лаборатории К. И. Грингауза, а антенны — по их заказу, в одной из лабораторий МЭИ. Этот «Спутник-1», выведенный на орбиту 4 октября 1957 г., дал начало новой, как тогда говорили, «космической эры». Широкому международному резонансу проекта способствовало использование достаточно низкой частоты ~ 20 МГц одного из передатчиков, выбранной по настоянию К. И. Грингауза. Радиолюбители по всему миру смогли принимать «бип-бип» сигналы этого передатчика, несущие информацию о температуре и давлении внутри контейнера, на расстояниях до 10000 км от спутника.
В числе 12 экспериментов «Спутника-3», весившего 1327 кг и запущенного 15 мая 1958 г., был и эксперимент Д-111 лаборатории К. И. Грингауза (участники работ М. Х. Зеликман, В. В. Безруких, А. Е. Альперина, В. Д.Озеров, Ю. В. Гавашвили) по измерению концентрации и температуры ионосферных ионов сферическими ловушками заряженных частиц.
Около 10.000 спектров, полученных в ходе выполнения этого эксперимента, надежно подтвердили выводы, сделанные по измерениям на геофизических ракетах о достаточно высокой ~ 105 см-3 концентрации заряженных частиц на высотах 500 км, т.е. гораздо выше максимума ионосферного слоя F2 и обнаружили, что протяженность газовой оболочки (ионосферы) Земли составляет, по меньшей мере, 1000км.
Методика измерений с помощью ионных ловушек получила дальнейшее развитие в ходе экспериментов на первых межпланетных космических аппаратах «Луна-1, -2, -3» и «Венера-1», запущенных, соответственно, 2 января, 12 сентября, 4 октября 1959 г. и 1 февраля 1961 г. В этих экспериментах впервые была использована антифотоэлектронная сетка. Такие сетки с тех пор применяются во всех подобных экспериментах, они позволяют приблизительно на два порядка величины уменьшить паразитный ток фотоэлектронов.
В результате измерений потоков заряженных частиц было обнаружено, что плазменная оболочка Земли, называемая в настоящее время плазмосферой, может простираться до высот ~ 25000 км и открыто существование ранее неизвестной границы этой оболочки – плазмопаузы. Выявленное в экспериментах К. И. Грингауза, В. В. Безруких, В. Д. Озерова, Р. Е. Рыбчинского резкое падение концентрации заряженных частиц на этой границе позднее было подтверждено известным американским радиофизиком Д. Карпентером по результатам анализа наземных наблюдений свистящих атмосфериков.
В этих же экспериментах впервые были проведены измерения электронных потоков ~ (2–4)·108 см-2 с-1 в плазменном слое геомагнитного хвоста и в переходной области (магнитошит) между магнитопаузой и околоземной ударной волной. Из-за несовершенства существовавших тогда представлений об околоземном пространстве эти измерения были не вполне корректно интерпретированы как обнаружение третьего, самого внешнего радиационного пояса.
Наконец, в экспериментах с полусферическими ловушками на межпланетных космических аппаратах было открыто существование и впервые измерены потоки ионов корпускулярного излучения Солнца — солнечного ветра. Только что появившаяся ко времени проведения измерений динамическая модель расширения солнечной короны еще не являлась общепризнанной; поток ионов в модели Паркера был завышен на 2-3 порядка величины, допускалось также существование и статической короны Чепмена.
Плазменные эксперименты на межпланетных космических аппаратах, приведшие к приоритетным результатам, не вписывались в направление работ НИИ и в 1959 г. лаборатория К. И. Грингауза перешла в Радиотехнический институт АН СССР (директор, Академик А. Л. Минц) сначала в качестве Лаборатории, а впоследствии Отдела космических исследований. Признанием научных заслуг этого коллектива в области космических исследований явилось присуждение в 1960 г. К. И. Грингаузу Ленинской Премии.
Эксперименты на первом спутнике Луны — «Луна-4» (1964 г.) доказали, что геомагнитный хвост простирается и далее орбиты Луны. В экспериментах на космическом аппарате «Венера-4» 18 октября 1967 г. была открыта околовенерианская стоячая ударная волна в солнечном ветре, на один день раньше ее пересечения американским космическим аппаратом «Маринер-5». В 1969 г. повторные плазменные измерения с космического аппарата «Венера-6» подтвердили существование ударной волны около Венеры.
В начале 60-х была начата работа по подготовке экспериментов по исследованию недавно открытой плазмосферы Земли при помощи широкоугольных плоских ловушек на спутниках «Электрон-2, -4» (К. И. Грингауз, В. В.Безруких, В. И.Жданов). Запуски спутников состоялись в 1964 г. Обработка полученного материала позволила исследовать распределении концентрации заряженных частиц в плазмосфере и динамику плазмопаузы в зависимости от местного времени и уровня геомагнитной активности.
Международное сотрудничество началось со спутника «Интеркосмос-2» (1969). Ученые ГДР, НРБ и ЧССР участвовали в анализе проведенных с помощью этого спутника измерений концентрации и температуры ионов сферическими ловушками и измерений температуры и концентрации электронов классическим и высокочастотным зондами Ленгмюра (Б. Н. Горожанкин, Г. Л. Гдалевич, В. Ф. Губский, В. В. Афонин). Эти измерения позволили исследовать распределение максимумов и минимумов экваториальной аномалии ионосферной плазмы в дневное и ночное время. Запущенный 17 ноября 1970 г. спутник «Космос-378»(первый из спутников серии АУОС), комплекс научной аппаратуры которого был полностью создан в отделе К. И. Грингауза, кроме упомянутых экспериментов включал в себя также измерения концентрации, температуры и массового состава ионов (плоские и сотовая ловушки), измерения функции распределения ионов (метод Дрювестейна — измерения первой и второй производной ионного тока сферических ловушек, С.М. Шеронова) и измерения потоков сверхтепловых электронов с помощью электростатического анализатора (М. З. Хохлов, Г. Н. Застенкер, А. П. Ремизов). С помощью этого спутника впервые были проведены исследования внешней ионосферы в области дневного каспа, где были обнаружены значительные неоднородности концентрации плазмы и температуры заряженных частиц, а также нарушения максвелловского распределения электронов по энергии (М. З. Хохлов, Г. Л. Гдалевич).
Для определения высотного профиля ионосферных параметров, особенно полезного для сравнения с теоретическими моделями, проводились комплексные эксперименты на геофизических ракетах серии «Вертикаль». Первая ракета «Вертикаль-1» была запущена с полигона Капустин Яр 28 ноября 1970 г. на высоту до 500 км. На этих ракетах измерения электронной концентрации и температуры проводились с помощью дисперсионного интерферометра и эффекта Фарадея (В. А. Рудаков, И. А. Кнорин, Л. А. Шнырева, А. В. Бирюков), с помощью зонда Ленгмюра (Г. Л. Гдалевич, В. Ф. Губский, В. И. Жданов) и с помощью измерения поглощения УФ излучения неоптическим методом (Н. М. Шютте).
В 1970 г. к тому времени уже доктору технических наук К. И. Грингаузу было присвоено звание профессора.
В период работы в Радиотехническом институте у отдела К. И. Грингауза установилось плодотворное сотрудничество с одной из лабораторий НИИ Вакуумной техники им. С. А. Векшинского (зав. лабораторией Р. Е. Рыбчинский, а впоследствии Г. И. Волков и Л. И. Денщикова, ведущие сотрудники — А. П. Беляшин, В. Ф. Копылов). По заказам и при участии сотрудников отдела в этой лаборатории изготавливались и испытывались разнообразные зонды, ловушки заряженных частиц, а впоследствии и электростатические анализаторы с канальными электронными умножителями и микроканальными пластинами.
С 1 июля 1971 г. в соответствии с решением Президента АН СССР М. В. Келдыша, согласованным с директором Радиотехнического института АН СССР академиком А. Л. Минцем и директором ИКИ АН СССР, академиком Г. И. Петровым отдел К. И. Грингауза был переведен в ИКИ АН СССР. Образовалась лаборатория исследования межпланетной и околопланетной плазмы, которая продолжила работы с уже запущенными объектами, включая анализ полученной с них информации (запущенные ракеты «Вертикаль», спутники «Интеркосмос-2», «Космос-378», «Ионосферная Станция»), и готовила эксперименты для новых вертикальных ракет, спутников «Интеркосмос-8, -10», «Молния-1», «Прогноз», и спутников Марса.
В год перехода в ИКИ было проведен запуск геофизической ракеты «Вертикаль-2» на высоту до 500 км, и были запущены первые искусственные спутники Марса: «Марс-2 и -3». Плазменные и магнитный эксперименты на этих спутниках и на спутнике «Марс-5», работавшем на околомарсианской орбите в 1974 г., привели к открытию манитосферы Марса. Модуляционные ионные ловушки ПЛ-18 и электронные анализаторы ПЛ-42, входившие в состав комплекса Д-127, многократно регистрировали пересечение околопланетной ударной волны. Ранее к этой границе однажды прикоснулся «Маринер-4» в 1965 г. Положение различных плазменных границ и областей в околомарсианском пространстве (магнитошит, магнитопауза, пограничный слой и ареомагнитный хвост) было достаточно надежно установлено после проведения экспериментов на «Марсах-2, -3, -5» (К. И. Грингауз, В. В. Безруких, Т. К. Бреус, М. И. Веригин, А. П. Ремизов). Все эти структуры были найдены позже в более совершенных экспериментах на спутнике Марса «Фобос-2» (1989), хотя до сих пор отсутствует полное понимание физических процессов, определяющих формирование марсианской магнитосферы и, следовательно, терминология, используемая для ее описания, не вполне установилась.
Многочисленные ионосферные эксперименты были выполнены сотрудниками лаборатории К. И. Грингауза на серии малых спутников «Интеркосмос-8, -10, -12, -14» и серии АУОС — «Космос-900», «Интеркосмос-17, -18, -19, -24» (активный), «-25» (АПЕКС), «Интеркосмос-Болгария-1300». На основе этих экспериментов выявлено пять широтных зон различных неоднородностей ионосферной плазмы для спокойных и возмущенных периодов., получены ранее неизвестные особенности ионосферной плазмы во время магнитосферных возмущений:
- сдвиг в сторону низких широт и форма главного ионосферного провала связанны с фазой магнитосферно-ионосферной бури;
- частое исчезновение в дневное время и практически постоянное существование в ночное время экваториальной аномалии и др. (Г. Л. Гдалевич, В. Д. Озеров, В. Ф. Губский, В. В. Афонин).
Создан уникальный банк экспериментальных данных по концентрации и электронной температуре ионосферы (В. В. Афонин, О. С. Акеньтиева).
В 1972 г. началась программа измерений магнитосферной и внемагнитосферной плазмы с помощью высокоапогейных (~ 200000 км, период обращения 4 суток) спутников «Прогноз» (14 апреля 1972 г.). На этом и последующих спутниках «Прогноз-2» (29 июня 1972 г.), «Прогноз-3» (15 февраля 1973 г.) для исследования холодной плазмосферной плазмы были установлены интегральные ловушки, а на спутниках «Прогноз-4, -5, -6», (22 декабря 1975 г., 25 ноября 1976 г., 22 сентября 1977 г.) — анализаторы ионов методом тормозящего потенциала, входящие в состав прибора Д-211 (в кооперации с Одесским политехническим институтом). В результате этих измерений была обнаружена зона «горячей» плазмы на периферии плазмосферы и выявлена полуденно-полуночная асимметрия плазмосферы в геомагнитоспокойные периоды (К. И. Грингауз, В. В. Безруких).
Измерения более энергичных ионов солнечного ветра на спутниках «Прогноз», «Прогноз-2, -3, -4,-5, -6», проводились с помощью модуляционных ловушек ПЛ-18 (на «Прогнозе-3» для измерения углов прихода солнечного ветра использовалась система из пяти датчиков); кроме того, на «Прогнозах-4, -5, -6» проводились измерения электронной компоненты плазмы (ПЛ-42). Эти измерения позволили получить ценную информацию о положении околоземной ударной волны и магнитопаузы. Положение и движения обеих границ были исследованы как статистическими методами, так и путем анализа их пересечений наблюдаемых на одном спутнике при контроле параметров солнечного ветра другим спутником; анализ прилегающего к магнитопаузе слоя энергичных электронов в магнитошите (совместно с НИИЯФ МГУ, Ю.В. Минеев, Е. С. Спирькова) показал, что эти электроны поступают туда на низких и средних широтах с дневной стороны магнитосферы; трехспутниковые («Прогноз-6», Helios-1, -2; совместно с НИИЯФ МГУ и MPAE Katlenburg-Lindau, ФРГ; В. Г. Столповский, В. Г. Курт, А.К. Рихтер) измерения плазмы магнитного поля и энергичных частиц позволили объяснить основные особенности событий в солнечном ветре после солнечной вспышки 1 января 1978 г. В этих работах на разных этапах принимали участие К. И. Грингауз, В. В. Безруких, Г. Н. Застенкер, М. З. Хохлов, М. И. Веригин, А. П. Ремизов, Т. К. Бреус, Г. А. Котова, Э. К. Соломатина, П. А. Майсурадзе.
Начиная с 1975 г. от ракет серии «Вертикаль», в верхней атмосфере отделялся вакуумно-чистый высотный атмосферный зонд с трехосной стабилизацией (с 1976 г. ракеты этой серии запускались уже на высоту 1500 км). На нем устанавливалась вся научная аппаратура, включавшая приборы для регистрации высотных распределений основных характеристик ионизирующего излучения Солнца, нейтральной атмосферы и ионосферы. Наибольший интерес представляли результаты, полученные при запусках ракет «Вертикаль-3» (2 сентября 1975 г.), «-4» (14 октября 1976 г.),«-6» (25 октября 1977 г.), «-7» (3 ноября 1978 г.), «-10» (21 декабря 1981 г.), подытоженные в монографии «Ракетное зондирование верхней атмосферы и ионосферы до высоты 1500 км» (ред. К. И. Грингауз, издательство РГУ, Ростов-на-Дону, 1989).
В 1975 г. для оценки потенциала Французских ракет ERIDAN во время инжекции электронов в активном эксперименте ARAKS на них сотрудниками лаборатории К. И. Грингауза были установлены два широкоугольных анализатора электронов с тормозящим потенциалом и регистрирующим узлом на основе микроканальных пластин (DEGAFOC и DEGAFOI). Эти измерения показали, что потенциал ракеты никогда не превышал ~ 200 В (К. И. Грингауз, Н. М. Шютте, Г. И. Волков, Л. С. Мусатов, Л. П. Смирнова).
Измерения с помощью широкоугольных ловушек заряженных частиц на первых околовенерианских спутниках «Венера-9, -10» (1975—1976) совместно с измерениями магнитного поля (Ш. Ш. Долгинов, Е. Г. Ерошенко — ИЗМИРАН СССР), привели к открытию плазменно-магнитного хвоста Венеры с плазменным слоем в окрестности изменения знака Bx компоненты магнитного поля. Были выявлены особенности немагнитного препятствия солнечному ветру у Венеры; в частности, многократные пересечения околовенерианской ударной волны показали, что ее положение в период минимума солнечной активности чрезвычайно стабильно (К. И. Грингауз, В. В. Безруких, Т. К. Бреус, М. И. Веригин, Л. А. Лежен).
Согласие расчетных и измеренных профилей потребовало уменьшения на два порядка величины концентрации нейтрального газа в ночной атмосфере планеты (правая панель, красный пунктир) по сравнению с ранее предполагавшейся (черная и синяя кривые), что впоследствии было подтверждено прямыми измерениями на спутнике PVO (правая панель, зеленая кривая). (Nieman et al., Science, 1979)
Особенно интересные результаты были получены при анализе измерений электронной компоненты плазмы в оптической тени Венеры. Несмотря на то, что ночная ионосфера этой планеты была обнаружена в 1967 г. при радиозатмении «Маринер-5», причина ее существования оставалась неизвестной еще 10 лет. Прямые измерения электронных спектров анализаторами с тормозящим потенциалом ПЛ-42 при пролете спутников «Венера-9, -10» на высотах 1500—2000 км над ночной стороной Венеры обнаружили присутствие там значительных ~ 108 см-2 с-1 потоков электронов с энергией достаточной для ионизации нейтральных атомов ночной атмосферы. Тем самым был установлен основной источник ионизации ночной ионосферы этой планеты и, одновременно, на два порядка величины поправлены существовавшие в то время модели ночной атмосферы Венеры. (К. И. Грингауз, М. И. Веригин, Т. К. Бреус и Т. Гомбоши — ВНР-США) Последующие измерения с помощью американского спутника Pioneer-Venus-Orbiter (начались в 1978 г.) подтвердили оба вывода.
Необычно высокая орбита «Прогноза-9» («Реликт-1»), запущенного 1 июля 1983 г. (перигей > 700000 км, период ~ 25 суток), кроме обеспечения исследования микроволнового реликтового излучения, позволила получить и два новых результата относящихся к физике солнечного ветра. Измерения ионной компоненты плазмы на этом спутнике проводились модуляционным методом с помощью энергоспектрометра Д-137А (датчик ПЛ-51 с сетками в виде сегмента сферы). Было обнаружено (предсказанное) возобновление регулярной структуры высокоскоростных потоков солнечного ветра на фазе спада 21 цикла солнечной активности и выявлена зависимость скорости солнечного ветра от углового расстояния до межпланетного токового слоя, впоследствии подтвержденная в экспериментах на европейском внеэклиптическом космическом аппарате Ulysses (К. И. Грингауз, В. В. Безруких, М. И. Веригин, Г. А. Котова, Л. А. Лежен).
Возможность проведения широкого комплекса прямых плазменных измерений в кометной коме впервые была реализована при пролете 6 марта 1986 г. космического аппарата «Вега-1», а 9 марта 1986 г. и космического аппарата «Вега-2», через голову кометы Галлея. На этих аппаратах были установлены комплексы научной аппаратуры «Плазмаг-1» (К. И. Грингауз, А. П. Ремизов, И. Н. Клименко, Г. А. Владимирова, М. И. Веригин), включавшие 2 электростатических анализатора ионов и 2 цилиндра Фарадея, направленные по вектору скорости космического аппарата и на Солнце. Энергетические спектры электронов измерялись при помощи электростатического анализатора, ориентированного перпендикулярно плоскости эклиптики. Также проводились измерения концентрации кометного нейтрального газа. (Разработка и изготовление датчиков совместно с НИИ им. Векшинского (Г. И. Волков, Л. И. Денщикова), электроники — с ЦИФИ Венгерской АН (И. Апати, Т. Семереи))
Измерения, представленные на совещании научной общественности в ИКИ на следующий день после пролета КА «Вега-1», были первыми локальными измерениями концентрации кометного газа. Эти измерения, совместно с экспериментально обнаруженным эффектом торможения солнечного ветра в результате его нагружения кометными ионами позволили оценить скорость потерь водяного пара с его поверхности как ≈ 1.3·1030 молекул/с ≈ 40 тонн/с. Хотя существование уникальной ударной волны, образующейся в результате «перегружения» солнечного ветра кометными ионами было предсказано теоретически, определенно о ее существовании стало возможным сказать только после проведения измерений на КА «Вега-1». Ближе к кометному ядру в кометошите в постепенно тормозящемся потоке плазмы была обнаружены не предсказанная теоретически, неожиданно резкая граница — кометопауза, внутри которой расположена область кометной плазмы. Эти термины, введенные при описании результатов эксперимента «Плазмаг-1», широко распространены в настоящее время. В глубине области кометной плазмы впервые были проведены локальные измерения массового состава кометной плазмы, приведшие, в частности, к неожиданному обнаружению четкого пика в окрестности m/q ≈ 56 (Fe+). Ионы железа никогда ранее не были видны в оптических спектрах кометы Галлея. Интерес представляет обнаруженное ускорение кометных ионов в результате пересоединения магнитных полей противоположной направленности при прохождении секторной границы через кому. Измеренные скорости кометных ионов намного превышали Альвеновскую скорость; теоретические механизмы ускорения плазмы до таких скоростей в результате пересоединения еще отсутствуют.
В 1986 г. за успехи проекта «Вега» К. И. Грингауз был награжден Государственной премией СССР. В 1988 г. он получил награду КОСПАР «За выдающийся вклад в космические исследования» оценившей его 40 летнюю работу в этой области. В 1988 г., в связи с достижением существовавшего в то время предельного возраста, К. И. Грингауз отошел от официального руководства лабораторией исследований межпланетной и околопланетной плазмы, и ее заведующим был избран М. И. Веригин.
Константин Иосифович Грингауз (справа), Михаил Иванович Веригин (слева), 1989 г.
7 и 12 июля 1988 г. с Байконура по направлению к Марсу были запущены два космических аппарата — «Фобос-1, -2». Первый из них был вскоре (1 сентября 1988 г.) потерян из-за ошибки во время управления. Второй космический аппарат 29 января 1989 г. благополучно был выведен на орбиту спутника Марса и проработал около двух месяцев. Сотрудники лаборатории участвовали в проведении трех экспериментов ТАУС, ХАРП и СЛЕД. В дополнение к структурам в околомарсианской плазме, ранее обнаруженным на «Марсах-2, -3, -5», было открыто существование необычного, сформированного тяжелыми ионами плазменного слоя в хвосте Марсианской магнитосферы и оценены скорость потерь атмосферы планеты через это образование ~ 150 г с-1. В результате исследования зависимости размеров хвоста марсианской магнитосферы от динамического давления солнечного ветра выявлен гибридный характер Марсианской магнитосферы. При малых динамических давлениях rV2 < 6·10-9 дин/см2 толщина хвоста уменьшалась пропорционально динамическому давлению в -1/6 степени — как у препятствия, созданного дипольным магнитным полем планеты. При rV2 > 6·10-9 дин/см2 толщина хвоста оставалась практически постоянной, что свидетельствовало о непосредственном взаимодействии солнечного ветра с верхней атмосферой планеты. Процессы ускорения ионов О+ в плазменном слое хвоста марсианской магнитосферы также различны при малых и больших rV2. При низких динамических давлениях солнечного ветра приоритетным является ускорение ионов в результате их дрейфа поперек ареомагнитного хвоста, а при высоких динамических давлениях солнечного ветра преобладает ускорение за счет натяжения магнитных силовых линий. Анализ обнаруженного эффекта торможения солнечного ветра перед околопланетной ударной волной позволил оценить верхний предел скорости потерь Марсианской атмосферы как < 2.5 кг с-1. Столь большая скорость атмосферных потерь приводит к диссипации планетной атмосферы за ~ 3×108 лет и является очень важным эффектом в эволюционном плане. Обнаружены вариации толщины магнитного хвоста планеты, создаваемые неоднородностями намагниченности ее коры. Выполненное несколькими способами численное моделирование взаимодействия электронных потоков, измеренных в хвосте марсианской магнитосферы, с ночной атмосферой позволило сделать вывод об обнаружении источника, создающего ночную ионосферу Марса. (К. И. Грингауз, А. П. Ремизов, Н. М. Шютте, М. И. Веригин, Г. А. Котова, Т. К. Бреус, В. В. Афонин, Г. А. Владимирова).
На спутниках «Интербол-1, -2», (Хвостовой и Авроральный зонды), запущенных 3 августа 1995 г. и 1 сентября 1996 г., соответственно, были установлены приборы Альфа-3 (датчики ПЛ-19 и ПЛ-48), предназначенные для исследования характеристик плазмосферы и динамики ее резкой границы — плазмопаузы. На субспутнике «Магион-5» датчик ПЛ-48 входил в состав эксперимента КМ-7С (Я. Шмилауэр, Институт физики атмосферы ЧАН, Прага, Чехия). Прибор Альфа-3 был разработан в кооперации ИКИ РАН с НИИВТ им. Векшинского и Одесским политехническим университетом. В эксперименте была применена усовершенствованная методика измерения холодной плазмы в плазмосфере (в частности, для измерения спектрального состава холодной плазмы был впервые применен модуляционный метод). В подготовке аппаратуры, обработке и интерпретации экспериментальных данных на разных этапах принимали участие В.В. Безруких, М.И. Веригин, Л. А. Лежен, Г. А. Котова, В. И. Жданов, Н. И. Андрийченко. Для измерения вариаций электронной температуры вдоль орбиты Аврорального зонда использовался прибор КМ-7 (В. В. Афонин, О. С. Акеньтиева).
На спутниках «Интербол-1, -2» и субспутнике «Магион-5» (1995—2000 гг.) впервые прямыми методами были зарегистрированы каверны плотности («bite-out», «notch») — узкие, ограниченные по долготе, опустошенные области (силовые трубки) плазмосферы. Было обнаружено понижение температуры плазмосферных ионов на главной фазе геомагнитной бури, построена аналитическая модель этого эффекта, и показано, что в некоторых случаях третий адиабатический инвариант сохраняется и в процессах с характерным временем намного меньшим, чем период дрейфа заряженных частиц вокруг Земли. По данным измерений холодной плазмы на этих спутниках разработана полуэмпирическая трехмерная модель плазмосферы Земли, которая позволяет по измерениям вдоль одного пролета спутника через плазмосферу восстановить распределение плазмы во всей плазмосфере.
Анализ всех полученных данных, включая построение физических моделей околопланетных плазменных границ, продолжается после 2000 г.
«Список трудов К. И. Грингауза и сотрудников его лаборатории: 1957—2000 гг.» — это каталог всех трудов этого коллектива, опубликованных в 1957—2000 гг., которые удалось найти. Все найденные материалы отсканированы. Материалы представляют интерес для научного сообщества как с точки зрения истории становления науки исследования космического пространства, так и с собственно научной точки зрения. В статьях содержатся описания прямых экспериментов по исследованию космической плазмы, проведенных на ракетах и спутниках сотрудниками лаборатории, и полученные физические результаты. Многое было сделано впервые, и большинство полученных результатов сейчас являются общепринятыми. Предлагаемый каталог особенно будет полезен для молодых ученых, ибо, начиная заниматься любой областью науки, всегда нужно знать, что уже сделано по рассматриваемому вопросу.
Г. А. Котова, В. В. Безруких
Сайты
Список трудов К.И. Грингауза и сотрудников его лаборатории: 1957—2000
Адрес для связи: Котова Галина Аврамовна, kotova@iki.rssi.ru