Лаборатория космического радиоизлучения

 

Из всех разнообразных направлений космической радиофизики наиболее успешно в НИИФ ЛГУ, а затем и в НИИРФ СПбГУ развивались исследования радиоизлучения Солнца. Под руководством А.П. Молчанова еще в 1945-1946 гг. началась подготовка аппаратуры для наблюдений Солнца.

 

Профессор, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, один из основателей солнечной радиофизики в СССР, создатель лаборатории космического радиоиз-лучения Молчанов Андрей Павлович (1918-1996)

 

Первые измерения потока радиоизлучения Солнца выполнялись уже в 1949 г. Это были первые в СССР (наряду с аналогичными измерениями в Горьковском физико-техническом институте) наблюдения Солнца в радиодиапазоне. В то время наиболее эффективным методом исследования были наблюдения солнечных затмений. А.П. Молчанова можно считать самым большим энтузиастом проведения таких наблюдений. Вряд ли кто-либо из советских и зарубежных ученых провел такое же количество наблюдений солнечных затмений в радиодиапазоне. Нужно вспомнить какой энергии и изобретательности требовала организация и успешное осуществление с неизменным его личным участием в более чем 20 экспедициях по наблюдению затмений Солнца в различных уголках мира. Результатом этих работ явилось, например, построение спектра радиоизлучения отдельной активной области в микроволновом диапазоне длин волн. Особенностью найденного спектра было наличие сильно выраженного максимума потока радиоизлучения на длине волны около 5 см. Это открытие кардинально изменило представления о природе излучения активных областей на Солнце, указав на существенную роль магнитного поля при генерации радиоволн.

А.П.Молчанов являлся и пионером в использовании методов сканирования диаграммы направленности антенн радиотелескопов для определения эффективного центра радиоизлучения Солнца. На основе этих работ в СССР была создана специальная служба Солнца, оснащенная уникальными радиотелескопами, создатели которых получили в 1999 г. государственную премию России. А.П.Молчанов руководил секцией ‘Прикладная радиоастрономия’ все время ее существования и являлся ведущим ученым по этому направлению в АН СССР.

После достаточно длительного перерыва исследования радиоизлучения Солнца в НИИФ ЛГУ возобновились в 1966 году. С этого времени стали проводиться исследования радиоизлучения Солнца с использованием наблюдений на крупнейших радиотелескопах СССР, России и некоторых других стран (Япония, Китай). Сотрудники лаборатории космического радиоизлучения активно участвовали в этих наблюдениях. Так, например, Л.В.Яснов впервые провел исследования по динамике радиоизлучения активных и спокойных областей на Солнце по наблюдениям на крупнейших полноповоротных радиотелескопах СССР – РТ-22 ФИАН, РТ-22 КРАО, ТНА-1500 ОКБ МЭИ., а также на радиотелескопах Китая и Чехии.

Радиотелескоп ТНА-1500 ОКБ МЭИ (Московская область)

 

В настоящее время Л.В.Ясновым совместно с САО РАН активно проводятся исследования необычного явления на Солнце – длительно существующих микровсплесков в микроволновом диапазоне длин волн с использованием крупнейшего в мире радиотелескопа РАТАН-600.

 

Радиотелескоп РАТАН-600 (селенчукская)

 

В 1991-1992 гг. И.Е. Погодин провел длительный цикл наблюдений на крупнейшем в мире крестообразном радиотелескопе в обсерватории Нобеяма (Япония), в результате которого прояснились характеристики и природа самых слабых всплесковых явлений на Солнце.

 

 

                                                       Радиотелескоп в Нобеяма (Япония)

 

 

 

 

 

 

 

 

Л.В.Яснов с китайскими учеными на наблюдательной базе

Пекинской астрономической обсерватории (2000 г).

 

 

Л.В.Яснов совместно с китайскими и московскими коллегами обнаружил и исследовал природу всплесков на Солнце с тонкой временной и частотной структурой в микроволновам диапазоне длин волн по наблюдениям на уникальном аппаратурном комплексе Пекинской астрономической обсерватории.

Как А.П.Молчанов, так и другие сотрудники лаборатории (И.Е.Погодин, Л.В.Яснов, А.С.Гребинский, А.Г.Ступишин, Л.П.Ипатова, А.П.Седов, О.М.Ступишина) большое внимание уделяли исследованиям в области радиационной безопасности в ближнем космосе. Ими была разработаны методы прогнозирования вспышечной активности и диагностики протонной опасности при всплесковых явлениях на Солнце на основе доступных наблюдательных данных.

Отметим еще некоторые результаты, полученные в лаборатории в  прошедшие годы.

Развитием наблюдений солнечных затмений явилось весьма плодотворная идея исследования пространственной структуры источников радиоизлучения при их экранировании солнечным лимбом. Это позволило извлечь новую информацию о пространственной структуре локальных источников из рутинных наблюдений на малых антеннах, наиболее убедительно доказать высотно-частотную стратификацию источников всплесков микроволнового излучения (А.П.Молчанов, И.Е.Погодин, А.Г.Ступишин, О.М.Ступишина).

Из практической радиоастрономии вырос интерес к широкому применению корреляционного аппарата. В итоге, многие характерные особенности источников как медленно изменяющейся, так и всплесковой компоненты и их эволюции в цикле удалось обнаружить с помощью кросскорреляционного анализа временных рядов и ансамблей различных параметров гелиоактивности. К продуктивным исследованиям циклической эволюции следует отнести обнаружение в начале 70-х годов и детальное исследование квазипериодических составляющих солнечной активности в радиодиапазоне с периодами от нескольких дней до нескольких лет (Л.В.Яснов, С.А.Андрианов), сопоставление статистических распределений магнитных полей солнечных пятен и уровней всплесковой активности Солнца на различных частотах, исследование природы двухвершинного одиннадцатилетнего цикла по многим индексам солнечной активности (А.П.Молчанов, И.Е.Погодин, А.Г.Ступишин, О.М.Ступишина, В.М.Московкина).

Большое место в научных интересах сотрудников лаборатории занимали исследования солнечно-земных связей. Одним из направлений развития этой тематики явились исследования связей солнечной активности с динамикой как живой (состояние кардиологических больных, показатели дорожно-транспортных происшествий и неэкономических преступлений), так и неживой (крупные землетрясения на планете) природы. Так, например, выяснилось, что максимумы солнечной активности с характерным квазипериодом около 4 лет опережают на полгода максимумы суммарной мощности сейсмичности Земли (Л.В.Яснов). Большой цикл исследований в этом направлении проводится в настоящее время О.М.Ступишиной. Ей совместно с медиками и метеорологами удалось установить непосредственную связь солнечной и геомагнитной активности с состоянием кордиологических больных.  В целях развития исследований по солнечно-земной физике совместно с Институтом прикладной геофизики (Москва) был организован в 1975-1985 гг. целый ряд экспедиций на научно исследовательских судах, а в 1983-1985 гг  проведены исследования радиоизлучения Солнца и тропической атмосферы в республике Гвинея.

 

С.н.с. (ныне профессор) И.Е.Погодин с гвинейскими сотрудниками

 

В последнее время существенное внимание уделяется исследованию влияния гелиогеофизических факторов на приход солнечной радиации в нижнюю атмосферу. Обнаружены и исследованы эффекты гелиогеофизических факторов (галактических космических лучей, вспышечной активности Солнца, авроральных явлений) в вариациях прихода солнечной радиации в нижнюю атмосферу высоких и умеренных широт в 11-летнем цикле солнечной активности (С.В.Веретененко).

В настоящее время в лаборатории космического радиоизлучения большое внимание уделяется теоретическим вопросам генерации электромагнитных волн в плазме. Рассматриваются вопросы генерации высокочастотных плазменных волн и их трансформации в поперечные электромагнитные волны в условия короны Солнца, взаимодействия плазменных волн с генерирующими их энергичными электронами, динамики энергичных электронов в магнитных петлях на Солнце (Л.В.Яснов, А.Г.Ступишин), мазерные механизмы генерации радиоволн (Л.В.Яснов, А.Г.Ступишин), переходное излучение (Л.В.Яснов). Ряд исследований проводилось в рамках федеральных программ “Интеграция” и “Астрономия”. В настоящее время (с 2000 г. и по последнему гранту до 2008 г) работы лаборатории поддерживались и поддерживаются грантами РФФИ (рук. Яснов Л.В.).

Сотрудники лаборатории активно участвуют во многих международных и российских конференциях. В 1998 году в НИИРФ была организована международная конференция по солнечной радиофизике, а в 2002 году – международная конференция по активным процессам на Солнце. Эти конференции также были поддержаны грантами РФФИ. Работы сотрудников лаборатории регулярно публикуются в таких ведущих научных журналах как Solar Physics, Journal Geoph. Res., Astronomy and Astrophysics, Jour. Atm. Sol.-Terr. Phys., Астрономический журнал, Геомагнетизм и аэрономия, Радиофизика. Общее число публикаций сотрудников лаборатории около 500, среди них 11 авторских свидетельств. С 1966 года защищено 9 кандидатских и две докторские диссертации.

Учебный процесс проводится в рамках специализации “Распространение радиоволн”. Практические занятия проводятся на радиотелескопе с уникальной антенной системой, сконструированный на зкспериментальном заводе НИИФ. Л.В.Яснов читает магистрантам кафедры радиофизики курс “Космическое радиоизлучение”, а студентам направления “Прикладная физика и математика” на физическом факультете – курс “Компьютерная математика в задачах электродинамики”.

По космической радиофизике было подготовлено более 40 выпускников. Только в пределах Санкт-Петербурга расположены три академических института, занимающихся проблемами космической радиофизики (САО, ГАО, ИПА РАН), так что проблем с распределением выпускников нет.

Сотрудники лаборатории в настоящее время (2005 г.)

 

Яснов Л.В. зав. лабораторией,  д.ф.-м

Ступишин А.Г. с.н, к.ф.-м.н

Веретененко С.В. с.н, к.ф.-м.н (до 2003 г.)

Воронов В.В. с.н

Ступишина О.М. инженер

Константинова Г.Д. инженер

 

 

Наиболее интересные публикации сотрудников лаборатории за последние годы (с.2000 г.по 2005 г.)

 

L.V. Yasnov, V.M. Bogod, Q. Fu, Y. Yan. A study of non-thermal radio emission features using fine spectral BAO and high-sensitivity RATAN observations of a solar active region. Solar Physics. 2003, 215, p 343-356

L.V. Yasnov and M. Karlický. On group velocity delays in microwave millisecond oscillating events and radio spikes. Astronomy and Astrophysics. 2003, 408, 737-742

V.Bogod, C.Mercier, L.Yasnov. About the nature of long-term microflare energy release in solar active region. Journal of Geophysical Research, 2001, vol. 106, N A11, pages 25.353

Богод В.М., Яснов Л.В. Обнаружение в солнечных активных областях длительно существующих микровсплесков с потоками до тысячных долей солнечной единицы. Астрономический журнал. 2001, т. 78, №8 , с.743-752

Yasnov L.V., Fu Q., Yan Y. On the origin of narrowband and non-drifting microwave bursts. Astrophysics Reports. 2001, №37, p.93-98.

Яснов Л.В., Леденев В.Г.,  Фу К., Ян Й.. Физические условия в областях генерации зебра-структур в микроволновом диапазоне длин волн. В кн.: Активные процессы на Солнце и звездах. Изд. СПбГУ. 2002, с.295-299

Chernov G.P., Yasnov L.V., Yi-Hua Yan, Qi-Jun Fu. On the Zebra Structure in the Frequence Range near 3 GHz. Chin. J. Astron. Astrophys. 2001, v.1, №6, 525

V.M.Bogod and L.V.Yasnov Detection of durable non-thermal processes in quiescent solar active regions. Astronomical and Astrophysical Transactions, 2001, v.20, p.459-465

А.Г. Ступишин, Л. В. Яснов. Пороговые параметры эффективности циклотронного мазера в условиях звездных атмосфер. В кн.: Активные процессы на Солнце и звездах. Изд. СПбГУ. 2002, с.279-282

Веретененко С.В., Пудовкин М.И. Вариации прихода суммарной радиации как возможный энергетический источник долгопериодных эффектов солнечной активности в атмосферной циркуляции. Геомагнетизм и аэрономия, 2000, т.40, N1, с.77-83.

Veretenenko S.V., Pudovkin M.I. Latitudinal dependence of helio/geophysical effects on the solar radiation input  to the lower atmosphere.  J.Atm.Sol.-Terr.Phys., 2000, v.62, N7, 567-571.

L.V. Yasnov and M. Karlický. The growth rate of upper-hybrid waves and dynamics of microwave zebra structures. Solar Physics. 2004, 219, 289-300

В. М. Богод, Л. В. Яснов. О природе излучения микровсплесков в дециметровом диапазоне длин волн. Астрономический журнал, 2005, том 82, №2, с. 1-12

 

L.V. Yasnov and M. Karlicky. The growth rate of upper-hybrid waves and
 dynamics of microwave zebra structures.
Solar Physics. 2004, 219, 289-300
 B.М. Богод, Л.В. Яснов. О природе излучения микровсплесков в
 дециметровом диапазоне длин волн. Астрономический журнал, 2005, № 2,
с.1-12
 Яснов  Л.В. О структуре генерации всплесков на Солнце. Труды IX
 Пулковской международной конференции «Солнечная активность как
 фактор космической погоды», СПб, 2005, с. 613-618
 Яснов Л.В, Модин Е.В. «Резонансное переходное излучение в
 солнечных всплесках». Радиофизика, 2007. Том I, № 5, 371-386
 L. V. Yasnov, V.M. Bogod, A.G. Stupishin: Long-lived microbursts in
 
Decimetric Wavelegth Range and its Connection with Noise Storms. Solar
 Physics.
2008, 249(1), 37-51
 L.V. Yasnov, M. Karlicky and E. V. Modin.
Resonant Transition Radiation
 and Solar Radio Bursts.
2008. Solar Physics, v. 247, pp. 351-378
 
Модин Е. В, Яснов Л.В. О резонансном переходном излучении солнечных
 
вспышек. Труды всероссийской астрономической конференции
 «ВАК-2007», 17-22 сентября 2007, Казань, изд. КГУ, 2007, с.
 160
 Л.В. Яснов, В.М. Богод, А.Г. Ступишин. О возможной связи между
 солнечными дециметровыми микровсплесками и шумовыми бурями.
 Астрономический бюллетень, 2007, том 62,  № 4, с. 389-397
 Yasnov L.V, Bogod V.M, Stupishin A.G. 2007. Possible link between solar
 decimetre-wave microbursts and noise storms.
Astrophysical Bulletin,
 Volume 62, Issue 4, pp 369-377
 
В. М. Богод, Л.В. Яснов. О вертикальной структуре магнитного поля в
 активных областях Солнца на корональных высотах. Космические исследования,
 2008, том 46, № 4, с. 1-5
 Ступишина О.М, Головина Е.Г, Кочина Е.В, Кухарчик Г.А, Щемелева Е.В.
 Влияние земной и космической погоды на возможность сердечно-сосудистых
 катастроф. Вестник Российской Военно-Медицинской Академии, № 3 (23),
 приложение 2, 2008, с. 410