УДК 550.3.551
НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛЯРНОГО ГЕОФИЗИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА НА АРХИПЕЛАГЕ ШПИЦБЕРГЕН
© 2010 г. Е. Д. Терещенко
Учреждение РАН Полярный геофизический институт КНЦ РАН, г. Мурманск
e-mail: general@pgi.ru Поступила в редакцию 30.03.2010 г. После доработки 27.04.2010 г.
В октябре 2010 г. исполняется 50 лет со дня основания Полярного геофизического института (ПГИ) Кольского научного центра РАН. В статье освещаются научные исследования, проводимые ПГИ на архипелаге Шпицберген. Приведены краткие сведения, как из истории, так и о современном этапе исследований РАН на Шпицбергене. Дано описание экспериментального оборудования, установленного на обсерватории ПГИ "Баренцбург". Обсуждаются научные задачи, которые решает Полярный геофизический институт в этом регионе.
1. ВВЕДЕНИЕ
Настоящая работа посвящается 50-летию со дня основания Полярного геофизического института Кольского научного центра РАН. Полярный геофизический институт был основан постановлением Президиума АН СССР от 11 октября 1960 года. С первых дней своего рождения и по настоящее время ПГИ является головной организацией в создании экспериментальной базы и проведении геофизических и радиофизических исследований в Арктическом регионе, непременным участником специальных геофизических проектов.
Поскольку в одной статье невозможно осветить все направления исследований и научные результаты, полученные Полярным геофизическим институтом за истекшие пятьдесят лет, читателям предлагается ознакомиться с исследованиями, проводимыми ПГИ на архипелаге Шпицберген как одной из наиболее ярких страниц научно-организационной деятельности института за последнее десятилетие.
2. ИЗ ИСТОРИИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК НА АРХ. ШПИЦБЕРГЕН
Принято считать, что российско-шведская экспедиция на Шпицберген в 1899—1900 гг. положила начало российским авроральным исследованиям в Арктическом регионе. Несмотря на то, что главной целью экспедиции было измерение длины дуги меридиана, решение сопутствующей задачи — изучения природы полярных сияний — также внесло весомый вклад в мировую науку. Для проведения экспериментального изучения полярных сияний было закуплено лучшее в мире по тому времени фотографическое и спектральное оптическое обо-
рудование. Этим ответственным делом занимался непосредственно князь Б.Б. Голицын, командированный Российской императорской Академией наук в Германию. Обеспечение экспедиции аппаратурой на уровне мировых стандартов считалось важнейшей государственной задачей. В задачи ученых входили регистрация и описание полярных сияний, поиск закономерностей в их появлении и нанесение положений сияний на астрономические карты.
Следует отметить, что 1899—1900 годы пришлись на минимум 11-ти летнего цикла солнечной активности, когда зона полярных сияний сжимается в сторону полярной шапки, где расположен Шпицберген. Исследования проводились в Хорнзунне на западной части Шпицбергена, на берегу бухты Гузбэй, где была построена экспедиционная база Константиновка (ф ~ 76.8°, X ~ 15.4°; Ф' — 73.9°, Л ~ 112° ). Ее общий вид, оптический и геофизический павильоны представлены на фотографии (рис. 1).
Регистрация авроральных изображений и спектров велась с помощью фотокамеры с объективом Планар-Цейсс с фокусным расстоянием 110 мм и относительным отверстием 1/3.6. Камера могла механически поворачиваться как в азимутальной, так и в зенитной плоскостях для наблюдения полярных сияний в разных областях небосвода. Спектральные наблюдения полярных сияний производились спектрографом, включающим фотокамеру, с помощью которой спектры регистрировались на фотопластину.
Визуальные наблюдения сияний были проведены с 17 сентября 1899 г. по 27 марта 1900 г. Методика наблюдений и первичные результаты были опубликованы [8укога, 1903]. При анализе фотографий полярных сияний использовалась следующая
Рис. 1. Общий вид российской научной базы Константиновка.
шкала интенсивности сияний в баллах: 1 — очень яркие сияния; 2 — интенсивные сияния; 3 — сияния средней интенсивности; 4 — слабые сияния; 5 — субвизуальные сияния. Некоторые наблюдения, фотографии и зарисовки сияний отчетливо демонстрируют особенности вариаций их форм и движения, которые в настоящее время рассматриваются как типичные атрибуты авроральной суббури [Акасофу, 1971].
Было зарегистрировано большинство известных авроральных форм, таких как диффузные и лучистые дуги, диффузное свечение и пульсирующие пятна, петли, вихри и складки и многие другие, описанные в работах [Stormer, 1955; Чем-берлен, 1963; Акасофу, 1971; Deehr and Egeland, 1972; Davis, 1978]. Более того, оказалось возможным пронаблюдать авроральные дуги, направленность которых не была обычной (с запада на восток), а соответствовала направлению север-юг. Это были дуги с малой интенсивностью и их ориентация совпала с ориентацией дуг полярной шапки, которые могут наблюдаться на широтах Шпицбергена [Sandholt, 2002]. Этот тип сияний был описан для случаев 2 декабря 1899 г. в ~01 LMT 5 февраля 1900 г. в ~02 LMT и 28 февраля в ~03 LMT. В настоящее время такие сияния привлекают широкое внимание ученых и именуются "тета-аврора". Также были отмечены так называемые "черные сияния" [Надубович, 1962; Davis, 1978; Kornilova et al., 1982], состоящие из структурированных темных форм внутри крупномасштабных диффузных образований. Более подробно первые этапы российских геофизических исследований в Арктике описаны в статье [Chernouss et al., 2005].
Очевидно, что Шпицберген является уникальным местом, которое в течение суток может находиться как внутри, так и вне статистического овала сияний, а также непосредственно под областью
сияний. Именно эта особенность географического положения архипелага стимулировала работы по доказательству существования аврорального овала на основе материалов, полученных в XIX веке.
3. НАБЛЮДЕНИЯ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЙ НА АРХ. ШПИЦБЕРГЕН В ПЕРИОД ПЕРВОГО МЕЖДУНАРОДНОГО ГЕОФИЗИЧЕСКОГО ГОДА
Во время Международного геофизического года (МГГ) и Международного геофизического сотрудничества (МГС), которые проводились с 1957 по 1959 год, в Советском Союзе был создан Геофизический комитет под руководством академика И.П. Бардина. Во главе рабочей группы по полярным сияниям был проф. МГУ А.И. Лебединский. В период МГГ и МГС на архипелаге Шпицберген (поселок Пирамида) работала геофизическая группа, которая проводила там оптические и геомагнитные наблюдения.
Данные, полученные на Шпицбергене в период МГГ и МГС, впоследствии широко использовались российскими учеными. Концепция авро-рального овала, впервые сформулированная в работах [Фельдштейн, 1963; Хорошева, 1967; Feldstein and Starkov, 1967], была в значительной степени основана на наблюдениях на Шпицбергене. Была изучена динамика полосы свечения на дневной стороне и показано, что с развитием авроральной суббури полоса смещается к экватору, структура сияний — это лучистые дуги [Старков и Фельдштейн, 1967; Leontyev et al., 1992]. Был обнаружен эффект предбрейкапового затухания в дневные часы, который совпадает с таким же затуханием на ночной стороне. Детально исследовались энергетические спектры электронных высыпаний, связанных с дневными полярными сияниями [Евла-шин, 1961; 1964; Yevlashin, 1968].
4. ВОЗРОЖДЕНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА ШПИЦБЕРГЕНЕ В ПЕРИОД 1980-1990 гг.
Геофизические исследования Полярного геофизического института (ПГИ КНЦ РАН) на арх. Шпицберген можно разделить на два этапа. Первый этап начался в 80-ом году прошлого столетия и продолжался в течение примерно 12 лет. Второй этап, начавшийся в 2000 г. в связи с постановлением Правительства Российской Федерации "О финансировании деятельности российских организаций на архипелаге Шпицберген", продолжается по настоящее время.
В апреле 1980 г. в поселок Баренцбург на арх. Шпицберген впервые выехала группа научных сотрудников ПГИ с целью обсудить с руководством рудника "Баренцбург" возможность организации геофизических исследований в районе поселка и определить место возможной дислокации будущей экспедиции. В качестве последнего были выбраны строения астрономической экспедиции Николаевского отделения Главной астрономической обсерватории АН СССР, которая к этому времени закончила свои исследования на архипелаге.
В октябре 1980 г. на дизель-электроходе "Клавдия Еланская" в пос. Баренцбург отправилась первая экспедиция ПГИ с целью доставки в Ба-ренцбург научной аппаратуры, предметов и оборудования, необходимых для обеспечения жизнедеятельности экспедиции, а также подготовки помещений для проведения научных исследований. Примерно в 30 м от жилого помещения обсерватории был построен помост высотой около 2-х м для установки фотографической камеры всего неба (С-180) и немагнитный павильон для проведения магнитометрических наблюдений. Павильон был собран из досок, которые, во избежание электромагнитных наводок, были сколочены медными гвоздями, специально привезенными из института в Баренцбург для этих целей. Через три больших отверстия, которые были проделали в полу павильона, в грунт были вморожены отрезки толстых бревен, что и послужило на первых порах фундаментом для датчиков магнитного поля.
В декабре того же года в патрульный режим наблюдений были запущены фотографическая камера С-180, сканирующий фотометр и магнитовариаци-онная станция. Этот период можно считать началом многолетних наблюдений Полярного геофизического института на Шпицбергене. Позднее комплекс оптической аппаратуры был дополнен интегральным широкоугольным фотометром, интерферометром Фабри—Перро и патрульным спектрографом С-180-8.
Уже весной 1981 г. рядом с помещением обсерватории сотрудниками ПГИ была установлена
антенна для приема и регистрации интенсивности космического радиошума (риометр), а также серия разнесенных приемников для регистрации сигналов навигационных спутников (СНС) на частотах 300 и 600 МГц. Эти работы положили начало радиофизическим наблюдениям на Шпицбергене.
Характеристики принимаемых на поверхности Земли радиосигналов (как космического радиошума, так и излучения, генерируемого на спутнике) сильно зависят от свойств среды,
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.