Госконтракт 02.740.11.0246 от 07 июля 2009 г.

Госконтракт 02.740.11.0246 от 07 июля 2009 г. «Динамика заряженных частиц и генерация
электромагнитного излучения в космической плазме»(в рамках федеральной целевой
программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 20092013 годы по лоту 9 «Проведение научных исследований коллективами научнообразовательных центров в области астрономии, астрофизики и исследования
космического пространства», шифр заявки «2009-1.1-126-056-003»)
Этап 1. Проведён анализ новых возможностей диагностики околоземной плазмы по
свойствам низкочастотных электромагнитных излучений на основе развития теории
плазменного магнитосферного мазера.
Рассчитано влияние плазменных резонансов на величину и частотный спектр шумовой
электродвижущей силы, регистрируемой антенной в модели двухтемпературной плазмы.
Определена топологическая структура магнитного поля в дальней “хвостовой''
области магнитосферы Земли в зависимости от кинетических характеристик набегающего
потока солнечного ветра.
Исследована генерация электрических токов в корональных магнитных петлях,
формируемых сходящимися потоками фотосферной плазмы на Солнце.
Исследованы волновые процессы в системах корональных магнитных петель.
Получено приближённое аналитическое решение начальной задачи о квазилинейной
релаксации синхротронной неустойчивости релятивистских электронов в холодной
плазме в пространственно однородном случае.
Проведено сравнение результатов аналитического и численного решений.
Проведены наблюдения Солнца, звёзд и активных ядер галактик в широком диапазоне
электромагнитного спектра.
Рассчитано среднеквадратичное значение напряжения, возникающего на выходе
дипольной антенны, установленной на космическом аппарате, при падении на неё
спорадического шумового или квазигармонического сигналов, генерируемых в
магнитосферном мазере, в зависимости от частоты, ориентации антенны и параметров
плазмы.
Этап 2. Проведено сопоставление параметров дискретных излучений в магнитосферах
Земли, Юпитера и Сатурна с теоретической моделью. Разработаны рекомендации к
программе волновых измерений для космического проекта «Резонанс».
Исследованы особенности распространения электромагнитных волн в плазменном
окружении Земли и Юпитера и их влияние на формирование частотно-временных
спектров наблюдаемого от этих объектов электромагнитного излучения.
Показано, что вероятным механизмом возникновения относительно
короткопериодических модуляций микроволнового излучения активных областей на
Солнце с периодами около 3, 5 и 10 минут является параметрический резонанс.
В этом случае в качестве накачки выступают глобальные 5-минутные колебания
солнечной фотосферы. Механизм параметрического резонанса подтверждается
полученными нами соотношениями вероятностей появления колебаний с периодами 3, 5 и
10 минут: наиболее часто встречается 5-минутная модуляция (линия накачки), наиболее
редко – 3-минутная, условия возбуждения которой являются более жесткими по
сравнению с 5- и 10-минутными осцилляциями. Характерным является также
соотношение ширин линий – наибольшей шириной обладает 10-минутная модуляция, что
связано с наибольшей шириной первой зоны параметрической неустойчивости по
сравнению со второй и третьей.
Впервые получена экспериментальная оценка яркостной температуры 5-минутных
колебаний, возбуждаемых в корональных магнитных петлях во время вспышки. Эта
температура может достигать нескольких десятков процентов от температуры
радиоизлучения спокойного Солнца на частоте 11.7 ГГц.
Показана возможность возбуждения звуковых колебаний в корональных магнитных
петлях за счет параметрического резонанса между 5-минутными осцилляциями скорости
фотосферной конвекции и собственными звуковыми колебаниями корональных
магнитных петель. Энергия возбуждаемых звуковых колебаний может быть сравнима с
тепловой энергией плазмы. Рассмотрен нагрев корональных магнитных петель за счет
диссипации звуковых колебаний и показано, что функция нагрева превышает потери
на оптическое излучение, если величина электрического тока в магнитной петле больше
порогового значения. Показано, что подходящие «резонансные» длины, необходимые для
реализации параметрического возбуждения звука, имеют квазистационарные горячие
рентгеновские петли с температурами.
Наблюдаемые значения температур возникают при токах в этих петлях. Рассмотренный
механизм нагрева дает температуры , характерные для магнитных петель в коронах звезд
поздних спектральных классов, если предположить более высокие значения скорости
фотосферной конвекции и электрического тока в магнитной петле.
Обосновано формирование толстых (~100 км) токовых слоев в рамках явления
«амбиполярной диффузии», объясняющих происхождение спикул и микроджетов.
Проведено моделирование пространственных, спектральных и поляризационных
параметров гиросинхротронного излучения магнитной вспышечной петли,
рассмотрены соотношения параметров активности в минимуме 11-летнего цикла,
обобщены и интерпретированы наземные и SOHO MDI данные о долгопериодических
колебаниях солнечных пятен.
Показано, что наиболее интенсивные долгопериодические модуляции микроволнового
излучения Солнца, период которых колеблется в пределах от 20 до 80 минут, могут быть
объяснены как осцилляции солнечных пятен, что хорошо согласуется с данными,
наблюдаемыми в оптическом диапазоне. При этом наибольшей интенсивностью в данном
случае обладают модуляции с периодом ~30 минут. С большой вероятностью такие
осцилляции могут соответствовать крутильной или радиальной модам колебаний
солнечного пятна.
Выполнены наблюдения Солнца, звёзд и активных ядер галактик в широком диапазоне
электромагнитного спектра, произведены их обработка, построение моделей явлений,
проведена профессиональная подготовка студентов, аспирантов и соискателей ученой
степени в плане получения и обработки наблюдательных данных.
Этап 3. Определён энергетический спектр высыпаний энергичных частиц из
магнитосферы Земли при их циклотронном взаимодействии со свистовыми волнами.
Исследован механизм десятичасовой квазипериодической динамики радиационных
поясов Юпитера.
Определена энергия звуковых колебаний в корональной магнитной петле и функция
нагрева солнечной корональной плазмы.
Определены физические условия в источнике гигантских импульсов радиоизлучения
пульсаров, соответствующие параметрам наблюдаемых импульсов.
Исследована возможность генерации гигантских импульсов радиоизлучения пульсаров
источниками вблизи светового цилиндра в магнитосферах нейтронных звёзд.
Обработаны и проанализированы наблюдательные данные по проблеме аксионной
астрофизики и поиска тёмной материи.
Исследовано происхождение квазистационарных рентгеновских петель на Солнце и
звездах поздних спектральных классов.
Разработаны рекомендации к программе измерений энергичных частиц для проекта
«Резонанс».
Проанализированы данные по космической погоде и космическому климату, механизмам
быстрой переменности, колебательным и квазистационарным процессам генерации
магнитных полей и процессам энерговыделения в релятивистских объектах, молодых
звёздах и звёздах поздних спектральных классов.
Руководитель выполнения госконтракта и НОЦа «Динамика заряженных частиц и
генерация электромагнитного излучения в космической плазме»- академик РАН
Железняков Владимир Васильевич
Контактное лицо - Кукушкин Владимир Алексеевич, vakuk@appl.sci-nnov.ru