научная статья по теме НАУЧНЫЕ ЗАДАЧИ И НАБЛЮДАТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ СОЛНЕЧНОГО СПУТНИКОВОГО ПРОЕКТА КОРОНАС-ФОТОН Астрономия

Текст научной статьи на тему «НАУЧНЫЕ ЗАДАЧИ И НАБЛЮДАТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ СОЛНЕЧНОГО СПУТНИКОВОГО ПРОЕКТА КОРОНАС-ФОТОН»

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2011, том 45, № 2, с. 99-102

УДК 523

НАУЧНЫЕ ЗАДАЧИ И НАБЛЮДАТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ СОЛНЕЧНОГО СПУТНИКОВОГО ПРОЕКТА КОРОНАС-ФОТОН

© 2011 г. Ю. Д. Котов

Институт астрофизики НИЯУМИФИ, Москва Поступила в редакцию 16.05.2010 г.

Настоящий выпуск журнала "Астрономический вестник" посвящен описанию научных задач российского спутникового проекта КОРОНАС-ФОТОН, параметров бортовой научной аппаратуры и ее возможностей, а также анализу ее работы в полете и первым наблюдательным данным. ИСЗ КОРОНАС-ФОТОН был запущен 30 января 2009 г с космодрома Плесецк на круговую орбиту с высотой около 550 км и наклонением 82.5°.

Он является третьим в российской программе ге-лиофизических исследований КОРОНАС с использованием специализированных солнечно-ориентированных спутников, которая, начиная с 1990-х годов, осуществляется Российской академией наук (Совет РАН по космосу) и Федеральным космическим агентством путем создания комплекса научных приборов и проведения наблюдений со специально разрабатываемых околоземных космических аппаратов. Головной научной организацией проекта является Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИЭ". Космический аппарат был создан российскими организациями НИИЭМ и ВНИИЭМ.

В соответствии с этой программой запущены три специализированных спутника. Состав научной аппаратуры двух аппаратов КОРОНАС-И (1994-2001 гг.) и КОРОНАС-Ф (2001-2005 гг) был сходным. Научные приборы и штатные системы ИСЗ КОРОНАС-Ф нормально работали весь срок существования спутника на орбите. Описание состава научных приборов и обзор полученных наблюдательных результатов приведены в сборнике статей "Солнечно-земная физика. Результаты экспериментов на спутнике "КОРОНАС-Ф"" под. ред. В.Д. Кузнецова. М.: Физматлит, 2009.

Диапазон длин волн электромагнитных излучений, генерируемых на Солнце в различных электромагнитных и ядерных процессах, охватывает 14 порядков величины, от длинноволнового радиоизлучения до высокоэнергичного гамма-излучения. Для получения адекватного набора сведений об энергетических характеристиках и динамике протекающих на Солнце процессов необходимо проведение комплексных наблюдений, в том числе с орбитальных аппаратов, как минимум, в диапазоне электромагнитных излучений от жесткого ультрафиолето-

вого до высокоэнергичного гамма-излучения, а также элементного, изотопного состава заряженных частиц, выбрасываемых в солнечных активных процессах в межпланетное пространство.

Солнечные миссии Skylab (1973 г), SMM (Solar Maximum Misson) (1980 г.) Yohkoh (1991 г.), SOHO (SOlar Heliospheric Observatory) (1995 г.) осуществили инструментальную революцию в исследовании солнечной активности, открыв эру спутниковых наблюдений солнечных динамических явлений в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах с угловым разрешением в несколько угловых секунд. Наблюдения, выполненные ими, а также последующими ИСЗ TRACE (Transition Region and Coronal Explorer) (1998 e), КОРОНАС-Ф (2001 г) и RHESSI (Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager) (2002 e) подняли на новый уровень понимание плазменных процессов в солнечной короне, тепловых и нетепловых процессов при зарождении и развитии вспышечных структур, динамики трехмерного развития процессов в гелиосфере и т.д. Впечатляющий прогресс в цифровой рентгеновской оптике и в спектрометрии излучения солнечной плазмы, обеспечивающих получение изображений с угловым разрешением вплоть до одной угловой секунды, а также возросшие благодаря этому возможности наблюдений на ранней стадии возникновения и развития корональных выбросов солнечной плазмы в межпланетное пространство привели к тому, что центр тяжести солнечных спутниковых исследований в последнее десятилетие находится в области получения оптических, ультрафиолетовых и рентгеновских изображений. Это относится как к недавно запущенным миссиям Hinode (Япония, 2006 г.), STEREO (Solar TErrestrial RElations Observatory, NASA, 2006 г.), SDO (Solar Dynamic Observatory, NASA, 2010 e), PICARD (ESA, 2010 e), так и подготавливаемых к запуску Aditya-1 (Индия, 2011 г.), и в перспективных проектах Solar-C (Япония, 2015 е?), Solar Probe (NASA, запуск в период 2015-2018 г.), Solar Orbiter (ESA, 2018 г.?), Интергелио-Зонд (Россия, не ранее 2015 е).

Тем не менее сведения, получаемые в указанном диапазоне длин волн, не позволяют, при всей их значимости, ответить на многие вопросы физики вспы-шечных процессов, особенно в части протекания

100

КОТОВ

Научные приборы ИСЗ КОРОНАС-ФОТОН

Прибор

Основные характеристики. Диапазоны регистрации излучения

Организация разработчик

Спектрометр высокоэнергичных излучений НАТАЛЬЯ-2М

Телескоп-спектрометр низкоэнергичного гамма-излучения ЯТ-2

Поляриметр-спектрометр жесткого рентгеновского излучения ПИНГВИН-М

Солнечный телескоп- спектрометр ТЕСИС

Прибор ЗрЫпХ (в составе ТЕСИС)

Быстрый рентгеновский монитор БРМ

Монитор солнечного жесткого ультрафиолетового излучения ФОКА

Рентгеновский и гамма-спектрометр КОНУС-РФ

Многоканальный фотометр СОКОЛ

Анализатор заряженных частиц ЭЛЕКТРОН-М-ПЕСКА

Спутниковый телескоп электронов и протонов СТЭП-Ф

Гамма-излучение 0.3—2000 МэВ, амплитудные и временные спектры; нейтроны 20—300 МэВ.

Рентгеновский диапазон 10—150 кэВ в фосвич-моде, гамма-излучение 0.10—2 МэВ в спектрометрической моде.

Рентгеновский диапазон 20—150 кэВ, измерение линейной поляризации; рентгеновское-гамма-излуче-ние 0.015—5 МэВ; рентгеновское излучение 2—10 кэВ.

Телескоп в линии М§ XII (8.42 А); спектрогелиометр 280— 330 А; телескопы 130—136 А и 290— 320 А; коронограф 2932 нм, изображение короны до четырех радиусов Солнца.

Спектр в мягком рентгеновском диапазоне 0.5-15 кэВ.

Рентгеновское излучение 20-600 кэВ, шесть каналов.

Мягкое рентгеновское излучение 1-11 нм, жесткое УФ-излучение 27-37 нм, жесткое УФ-излучение в линии водорода 121.6 нм.

Спектры в рентгеновском и гамма- диапазонах 10 кэВ-12 МэВ.

Измерения малых периодических колебаний солнечного излучения в окнах с длинами волн около 280, 350, 500, 650, 850, 1100, 1500 нм.

Протоны 1-20 МэВ, электроны 0.2-2 МэВ, ядра (с 2'< 26) 2-50 МэВ/нуклон.

Протоны 9.8-61.0 МэВ, электроны 0.4-14.3 МэВ, а-час-тицы 37-246 МэВ.

МИФИ, Москва ТИФР, Мумбаи, Индия

ФТИ РАН,

Санкт-Петербург; МИФИ, Москва

ФИАН, Москва

ЦКИ ПАН, Польша МИФИ, Москва

МИФИ, Москва

ФТИ РАН,

Санкт-Петербург

ИЗМИРАН, Троицк

НИИЯФ МГУ, Москва ХНУ, Харьков, Украина

нетепловых ускорительных процессов, распространения ускоренных частиц и их выхода в межпланетное пространство.

Комплексность исследования Солнца и солнечной активности в широком диапазоне энергий электромагнитного излучения является отличительной особенностью программы КОРОНАС (Комплексные Орбитальные Околоземные Наблюдения Активности Солнца).

Научная аппаратура, созданная российскими организациями с участием партнеров из Индии, Украины и Польши, позволяет вести комплексные исследования электромагнитного излучения Солнца в широком диапазоне энергий от ближнего ультрафиолетового до высокоэнергичного гамма-излучения ~1 ГэВ. Научная аппаратура ИСЗ КОРОНАС-ФОТОН включает в себя:

- Восемь приборов для регистрации электромагнитного излучения диска Солнца (от ближнего инфракрасного до гамма-излучения) и солнечных нейтронов: НАТАЛЬЯ-2М, КОНУС-РФ, ПИНГВИН-М, БРМ, ЯТ-2, 8рЫпХ, ФОКА, СОКОЛ.

- Прибор ТЕСИС, являющийся совокупностью пяти солнечных телескопов, работающих в вакуумном ультрафиолетом и мягком рентгеновском диапазонах.

- Два прибора для регистрации заряженных частиц (протонов, электронов, ядер): СТЭП-Ф и ЭЛЕКТРОН-М-ПЕСКА.

- Магнитометр СМ-8М для измерения магнитного поля Земли на орбите спутника.

- Два служебных прибора (блок управления аппаратурой БУС-ФМ и система сбора и регистрации научной информации ССРНИ).

Регистрируемые излучения и головные организации по отдельным приборам приведены в таблице, а их размещение на спутнике представлено на рисунке. Продольная ось спутника на освещенном участке орбиты направлена на центр диска Солнца с точностью 2'.

Состав научной аппаратуры и ее метрологические характеристики значительно отличаются от использованных в проекте КОРОНАС-Ф большой светосилой, особенно в области гамма-излучения десятков и сотен МэВ, использованием полупроводниковых детекторов (кремниевых фотодиодов, CdZnTe-матриц, позиционно-чувствительных матриц нового поколения и других), обладающих лучшим энергетическим разрешением по сравнению с ранее использованными типами, введением в ряд детекторов средств полетной калибровки и стабили-

НАУЧНЫЕ ЗАДАЧИ И НАБЛЮДАТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ

101

ТЕСИС-БД 8рЫпХ СОКОЛ СТЭП-ФД

Приборный гермоотсек

ФОКА-ДМ

Регистрирующий блок НАТАЛЬЯ-2М

> ПИНГВИН-МД

КОНУС-РФ-Д1 БРМ-Д RT-2/CZT

Магнитометр

СМ-8М

Расположение приборов на ИСЗ КОРОНАС-ФОТОН.

зации с использованием маломощных радиоактивных источников.

Введение в состав научного комплекса системы накопления данных на борту объемом 1 Гбайт и дополнительного радиоканала для телеметрической передачи на частоте 8.2 ГГц научных данных на Землю позволило при четырех суточных сбросах обеспечить информационную возможность работы всех приборов научного комплекса одновременно без перерывов. Применение детекторов и методов построения нового типа и значительное увеличение пропускной способности радиолинии спутника позволяют наблюдать изображения диска Солнца в рентгеновских лучах с временным разрешением лучше 1 с, а в приборах по мониторингу излучений дойти до изучения динамики процессов с разрешением несколько миллисекунд.

Научная информация принималась на приемные пункты Научного центра оперативного мониторинга Земли (НЦ ОМЗ) и по линии Интернет передавались в МИФИ, где она оперативно обрабатывалась и в срок не более 30 мин после приема выкладывалась на специализированном сервере МИФИ для предоставления ее авторизированным пользователям.

Основными задачами проекта КОРОНАС-ФОТОН являются:

- Проведение наблюдательных исследований деталей процессов, вызывающих возникновение солнечных вспышек, определяющих их периодичность и интенсивность, и совершенствование на этом основании моделей кратк

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.

Показать целиком