Лаборатория рентгеновской астрономии Солнца ФИАН

Лаборатория рентгеновской астрономии Солнца входит в состав Отделения оптики ФИАН. Основной специализацией лаборатории являются изображающие исследования Солнца с высоким временным и пространственным измерением в коротковолновых диапазонах, недоступных для регистрации с поверхности Земли. Речь, прежде всего, идет о вакуумном ультрафиолетовом и мягком рентгеновском диапазонах, в которых находится основное излучение горячих слоев солнечной атмосферы — короны и переходного слоя Солнца. Поскольку указанная часть спектра полностью поглощается земной атмосферой, то его измерения могут быть выполнены только в ходе космических экспериментов, проводимых на искусственных спутниках Земли.

Лаборатория является активным участником российских космических программ, ведет экспериментальные и теоретические научные исследования в области физики солнечной короны и физики солнечно-земных связей, самостоятельно реализует весь цикл создания научной аппаратуры — от эскизной проработки прибора до поставки летного образца аппаратуры в состав спутника, является со-руководителем ряда зарубежных космических миссий, обладает большими базами собственных экспериментальных данных.

Исследования лаборатории


Блок научной аппаратуры на ИСЗ-2 (1957 г.)	Первая в СССР рентгеновская фотография Солнца (ФИАН; 1963 г.)

История исследований
ФИАН имеет очень богатую историю космических исследований продолжительностью более полувека. Программа солнечных спутниковых экспериментов института берет начало со второго искусственного спутника Земли, для которого в ФИАН был разработан блок детекторов рентгеновского излучения Солнца. В 1963 году сотрудниками ФИАН была получена первая в СССР (вторая в мире) фотография Солнца в рентгеновском диапазоне. В 1965 году впервые в мире измерен спектр Солнца в области длин волн короче 9.5 Å. В 1967 и 1968 гг. по инициативе ФИАН были выведены в космос первые советские специализированные солнечные обсерватории – Космос-166 и Космос-230. В 1970-х годах институтом был реализован ряд солнечных экспериментов на геофизических ракетах Вертикаль и на международных спутниках в рамках программы Интеркосмос.


Изображение короны Солнца, полученное с межпланетной станции Фобос (ФИАН; СССР; 1988 г.)	Изображение короны Солнца в том же диапазоне, полученное на спутнике КОРОНАС-И (ФИАН; 1993 г.)	Изображение короны Солнца в том же диапазоне, полученное на спутнике КОРОНАС-Ф (ФИАН; 2005 г.)

Космические телескопы
За последние 20 лет лабораторией в рамках космических программ Фобос и КОРОНАС разработано и выведено на орбиту 4 комплекса космических солнечных телескопов, угловое разрешение которых было последовательно увеличено с 30 угл.сек (Фобос; 1988 г.) до 15 угл. сек (КОРОНАС-И; 1993 г.), 5 угл. сек (КОРОНАС-Ф, 2001 г.) и 1.7 угл. сек. (Коронас-Фотон; 2009 г.).

В настоящее время в атмосфере Солнца разрешаются детали размером до 1000 км, а их динамика изучается с шагом до нескольких секунд. Это позволяет исследовать на основе собственных данных практически все основные проявления солнечной активности — от импульсной фазы солнечных вспышек, длящейся всего несколько минут, до корональных выбросов массы, развивающихся на протяжении от нескольких часов до 1-2 дней.

КОРОНАС-Фотон/ТЕСИС
Последним по состоянию на 2011 год космическим экспериментом лаборатории является эксперимент ТЕСИС на спутнике КОРОНАС-Фотон. Для спутника был разработан новый комплекс аппаратуры, способный проводить одновременные измерения Солнца в 4 спектральных диапазонах, совместно перекрывающих диапазон высот от 10 тыс. до 1.5 млн. км от поверхности Солнца и диапазон температур от 50 тыс. до 20 млн. К. Фактически, одновременно исследовались переходный слой Солнца, нижняя солнечная корона, внешняя корона и высокотемпературая плазма солнечных вспышек. Наблюдения ТЕСИС пришлись на, действительно, уникальный период &mdash очень глубокий минимум солнечной активности, когда на фоне спокойного Солнца удалось измерить большое число изолированных друг от друга явлений, а также получить новые данные о микро-активности Солнца. Всего за 2009 год было получено около 300 000 изображений Солнца, позволяющих ставить и решать научные задачи самого высокого уровня.


Изображения Солнца в разных диапазонах, полученные телескопами ТЕСИС на спутнике КОРОНАС-Фотон (2009 г.)

Перспективные проекты
В настоящее время в лаборатории ведутся работы по следующим космическим проектам:

МКА ФКИ № 5 - Арка: малый космический аппарат для фундаментальных космических исследований № 5 для которого в ФИАН совместно с Центром астрофизики Гарварда (США) разрабатывается новый комплекс телескопов с рекордным угловым разрешением - до 100 км. Предполагаемый срок запуска - 2015 год.
Ионозонд - комплекс аппаратуры для мониторинга солнечной активности в интересах Росгидромета. Предполагаемый срок запуска - 2013 год.
ИнтерГелиоЗонд - комплекс аппаратуры для исследования Солнца с близких гелиоцентричесикх орбит вне плоскости эклиптики. Предполагаемый срок запуска - 2018 год.

Основные направления для обучения и научной работы

В лаборатории готовятся специалисты по следующим научным направлениям:

01.03.03 — Физика Солнца
01.03.02 — Астрофизика и звездная астрономия
01.04.01 — Приборы и методы экспериментальной физики

Экспериментально-теоретические направления исследований

Солнечная корона как наиболее активная часть атмосферы Солнца. Длительная эволюция короны (11-летний цикл, пояса активности, полярные и экваториальные корональные дыры). Быстрые взрывные процессы в короне Солнца - вспышки и выбросы вещества. Магнитная топология активных областей, механизмы накопления и высвобождения свободной (непотенциальной) магнитной энергии, устойчивые и неустойчивые магнитные конфигурации. Глобальное магнитное поле Солнца. Солнце как звезда.

Энерговыделение в атмосфере Солнца. Проявления солнечных вспышек в различных диапазонах спектра. Многоволновые наземные и спутниковые наблюдения активных солнечных процессов. Формирование высокотемпературной плазмы в короне Солнца. Механизмы эрупции солнечных протуберанцев. Выбросы массы из солнечной короны и механизмы отсоединения выбросов от магнитного поля Солнца. Нетепловые процессы в солнечных вспышках. Проявления вспышек в жестком рентгеновском диапазоне. Корональные и хромосферные источники нетеплового излучения вспышек. Стандартная модель солнечной вспышки.

Спектральная диагностика солнечной плазмы. Обилия солнечных элементов. Методы восстановления температуры и плотности плазмы. Дифференциальная мера эмиссии. Транзит тепла и энергии в солнечной атмосфере. Исследования Солнца методами изображающей спектроскопии.

Прикладные направления исследований

Солнечно-земные связи и космическая погода. Геоэффективные проявления солнечной активности. Межпланетное магнитное поле. Быстрый и медленный солнечный ветер. Спираль Паркера. Магнитосфера Земли. Основные индексы солнечной и геомагнитной активности. Солнечный цикл. Корональные дыры как источник рекуррентных геомагнитных возмущений. Основные методы прогнозирования солнечной и геомагнитной активности.

Исследования в области приборов и методов

Космическая научная аппаратура. Постановка научного эксперимента. Эскизное проектирование научной аппаратуры. Разработка оптических схем научных инструментов. Разработка элементов рентгеновской оптики. Разработка узлов электроники - бортовых компьютеров, плат механики, элементов автономного управления узлами научной аппаратуры. Проектирование и разработка детекторов излучения на основе ПЗС матриц и иных типов двухкоординатных детекторов. Калибровка и тестирование научной аппаратуры.