Франции (Ж. Бламон). На Кергелене и в Яренске (Архангельская область) по согласованной программе велись наблюдения с помощью одинаковых фотометров.

ПРОЕКТ «ОМЕГА»
Кандидат физико-математических наук И. А. ЖУЛИН
«Омега» советско-французский проект, цель которого состоит в изучении возмущений околоземного космического пространства путем комплексных одновременных измерений наземными методами и с помощью аэростатов в магнитно-сопряженных районах Архангельская область остров Кергелен (сопряженность тех или иных районов поверхности Земли обусловлена общей геометрией ее магнитного поля). Название проекта объясняется тем, что силовая трубка геомагнитного поля, «соединяющая» эти районы, по форме напоминает заглавную греческую букву «омега». Сопряженных точек, т. е. точек в различных полушариях, соединенных одной и той же силовой линией, бесчисленное множество. Уникальность пары Архангельская область остров Кергелен в том, что оба «конца» силовой трубки геомагнитного ноля приходятся на сушу в субаврораль-ных зонах, где возмущения магнитосферы Земли наблюдаются чаще, чем в средних широтах, и вместе с тем реже, чем в авроральных (зонах полярных сияний), там иногда вообще очень трудно разобраться в общей картине явления.
Впервые идея использования этой уникальной пары для исследования наземными методами процессов в околоземном космосе была выдвинута французскими учеными (о. Кергелен владение Франции). Исследования в названных районах, для которых удаление силовой трубки от Земли в плоскости магнитного экватора составляет около 3,5 земных радиусов (более 20 тыс. км), были начаты еще в 1961 г. Полярным геофизическим институтом Кольского филиала Академии наук СССР (С. И. Исаев) совместно с Институтом земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР (Я. И. Фельдштейн) и Службой аэрономии Национального центра научных исследований Франции (Ж. Бламон). На Кергелене и в Яренске (Архангельская область) по согласованной программе велись наблюдения с помощью одинаковых фотометров.
В 1964 г. в деревне Согре (Архангельская область) и на Кергелене приступили к согласованным работам по изучению микропульсаций геомагнитного поля и очень низкочастотных (ОНЧ) излучений сотрудники Института физики Земли им. О. Ю. Шмидта Академии наук СССР (В. А. Троицкая) и французского Национального центра исследования телекоммуникаций (Р. Жондрэн). Особенности возбуждения и распространения этих колебаний и излучений тесно связаны с физическими процессами в магнитосфере, в частности с ускорением, диффузией и высыпанием частиц. По наземным данным о микропульсациях поля можно получать некоторые количественные оценки параметров магнитосферы (локализация области взаимодействия волн и частиц, определение средней концентрации тепловой плазмы и средней энергии протонов). В результате этих исследований выявляется связь между нерегулярными колебаниями поля
ПРОЕКТ «ОМЕГА»
63
и вторжением частиц в ионосферу. Анализ поведения короткопериодных колебаний в сопряженных точках позволил установить особенности распространения магнитогидродинамических волн в виде «пакетов» из одного полушария в другое вдоль силовых линий геомагнитного поля. Изучение структурных особенностей этих волн показывает, что возбуждение колебаний разных типов связано с областями повышенной концентрации горячей плазмы в магнитосфере.
Сейчас исследования микропульсаций поля и ОНЧ-излучений уже выходят за рамки работ только в сопряженных районах Согра Кергелен, к этим исследованиям привлекается большая сеть магнитно-согласованных станций.
С 1965 г. ИЗМИРАН (Н. П. Бенькова) и французский Национальный центр исследования телекоммуникаций (III. Тайеб) начали работы по изучению ионосферы в сопряженных точках Кергелен Архангельская область методами вертикального зондирования и измерения поглощения космического радиоизлучения (риометры). В отдельные периоды проводились одновременные наблюдения на станциях в Архангельске, Пинеге, Карпогорах, Согре, на подвижной станции (баржа на Северной Двине), на самолотах.
Наиболее интересные из полученных результатов касались размеров и конфигурации области, сопряженной острову Кергелен. Выявлена положительная корреляция нормальной ионизации слоя F2, при этом области сопряженности вытянуты по широте (лучше всего это видно в спокойные дни). В периоды возмущений схожесть вариаций параметров слоя F2 выражена лучше, чем в спокойные дни.
С началом в 1967 г. советско-французского сотрудничества по исследованию космического пространства стало возможным организовать в Архангельской области комплексные наблюдения за геофизическими явлениями на сети экспедиционных пунктов: регистрацию медленных и быстрых вариаций геомагнитного поля и ОНЧ-излучений, вертикальное зондирование ионосферы, наблюдения полярных сияний с помощью камер полного обзора неба и фотометров, измерения поглощения космического радиоизлучения и т. д.
С 1968 г. в Архангельской области и на Кергелене ведутся также аэростатные исследования вторжений энергичных частиц в ионосферу по тормозному рентгеновскому излучению. Были организованы четыре экспедиции для запуска советских и французских высотных дрейфующих аэростатов (объем до 130 тыс. м3) с научной аппаратурой, изготовленной в СССР и во Франции. Главное достоинство этого метода возможность получения непрерывных данных за длительный период времени и, что особенно важно, разделение пространственных и временных характеристик потоков частиц (спутниковые и ракетные измерения такими возможностями не обладают); к недостаткам метода следует отнести ограниченность спектрального диапазона за счет поглощения в атмосфере (не ниже 15 20 кэв) и типа регистрируемых частиц (только электроны).
На современном этапе развития солнечно-земной физики комплексный анализ конкретного возмущения представляется одним из наиболее перспективных подходов, хотя он достаточно сложен, так как требует одновременной работы большого количества наземной и «полетной» аппаратуры, включая телеметрические и радиолокационные станции, а также достаточно благоприятных метеорологических условий, определяющих возможность запуска аэростата и нужную траекторию его дрейфа.
Для координации запусков высотных аэростатов на основе оценки геофизической обстановки в магнитно-сопряженных районах Кергелен Архангельская область во время экспериментов по проекту «Омега» работа-
64
И. А. ЖУЛИН
ла прямая двухсторонняя связь Кергелен Париж Москва Архангельская область. Тщательное изучение солнечных и геофизических данных, поступавших в соответствии с обычной процедурой в Московский региональный центр предупреждений (ИЗМИРАН), дополнительная инфор-

мация и рекомендации Медонской обсерватории (Париж), а также анализ оперативной информации о геофизических условиях на Кольском полуострове и в Архангельской области, поступающей из Полярного геофизического института и Архангельской комплексной магнитно-ионосферной обсерватории, позволили в большинстве случаев выдавать своевременные рекомендации для запуска аэростатов.
Как уже отмечалось, одновременно проводились и комплексные наземные наблюдения за геофизическими явлениями на сети экспедиционных пунктов в окрестности точки, сопряженной с островом Кергелен. Расположение некоторых станций показано на рис. 1 (в системе географических и геомагнитных координат), где приведена также траектория дрейфа французского аэростата, запущенного в Архангельской области 8 марта 1970 г.; цифры вдоль траектории соответствуют положениям аэростата в различные моменты мирового времени, стрелка местной геомагнитной полуночи в 20 час. по мировому времени.
Во время последней серии экспериментов, называемой «Омега-2» (январь февраль 1971 г.), наземные наблюдения удалось организовать в двух парах магнитно-сопряженных районов; Карпогоры Согра и Ме Долгощелье в Архангельской области, о. Кергелен и о. Херд в южной части Индийского океана. В этих работах принимали участие ИЗМИРАН, Институт физики Земли, Полярный геофизический институт, Физический институт Ленинградского университета, тулузский Центр ис-
ПРОЕКТ ..ОМЕГА»
65
следования космических излучений, Центр высотных аэростатов (г. Эр-сюр-Адур), Группа ионосферных исследований (включая сотрудников Национального центра исследования телекоммуникаций, Института физики Земли, Астрофизического института в Париже и др.). Эксперименты




проводились в зимнее для северного полушария время, чтобы использовать летний сезон на Кергелене (только летом по морю туда можно доставить оборудование) и восточную направленность ветров на больших высотах в Архангельской области (лишь в этом случае можно рассчитывать на прохождение аэростата над районом, магнитно-сопряженным с о. Кергелен) .
Тормозное рентгеновское излучение, возникающее при вторжении в ионосферу потоков авроральных электронов, измерялось при помощи советских и французских спектрометров сцинтилляционных детекторов с коллиматорами, позволяющих проводить измерения в области энергий 15150 кэв. Значительная высота подъема (до 42 км), обеспечивающая сравнительно малую остаточную толщу атмосферы над детектором (до 2,53 г/см2), и ограничение с помощью "коллиматора приемного конуса детектора сводят к минимуму влияние рассеяния фотонов рентгеновского излучения. Радиолокация положения аэростата в период дрейфа позволила осуществить точную пространственно-временную привязку получаемых данных. Выходные сигналы спектрометров передавались на Землю с помощью телеметрии (частоты 6080 и 135160 мггц); при этом обеспечивалось разрешение по времени до нескольких миллисекунд. Приемные телеметрические пункты размещались на о. Кергелен и в Архангельской области (Карпогоры, Согра, Ижма и др.).
Для иллюстрации степени сопряженности полетов аэростатов на рис. 2 приведены (в географических координатах) траектории полетов аэростатов, запущенных 1 апреля 1968 г. с о. Кергелен и в Архангельской области (проекция в южное полушарие вдоль силовых линий геомагнитного поля). Видно, что во время всплеска аврорального рентгеновского излучения, зарегистрированного примерно в 21 час по мировому времени,
66
И. А. ЖУЛИН
сопряженность положений аэростатов была порядка 50 км. Это наилучшая сопряженность из достигнутых когда-либо. В известных американских экспериментах, поставленных на Аляске и на о. Маккуори (близ Новой Зеландии) , различие положений аэростатов составляло по долготе не менее нескольких градусов (несколько сотен километров).
На рис. 3 приведены (проекция в одно полушарие) схематическая картина аврорального овала и зоны полярных сияний (жирные линии), а также приблизительное положение аэростата к востоку от Кергелена (крестики) и риометра в Апатитах (кружочки) для трех всплесков тор-

мозного рентгеновского излучения, зарегистрированных аэростатами в Архангельской области и вблизи Кергелена 1 апреля 1970 г. примерно в 16 час. 30 мин., 21 час и 23 часа по мировому времени (а, б, в). На этом же рисунке показано положение аэростата в районе Кергелена во время максимума всплеска тормозного рентгеновского излучения, зарегистрированного примерно в 6 час. 30 мин. по мировому времени 30 марта 1968 г. (г) в период четко выраженного магнитного возмущения и увеличения аврорального поглощения по данным из Согры, Апатит и с Кергелена и 24 марта 1968 г. (д); см. также рис. 4.
ПРОЕКТ «ОМЕГА»
67

68
И. А. ЖУЛИН

сто, тогда как на субавроральных широтах (Согра), где возмущения реже, значительно чаще (по отношению ко всем случаям усиления свечения). По-видимому, смещение зоны высыпания частиц из магнитосферы в субавроральные широты играет важную роль в динамике высыпания, в развитии неустойчивостей магнитосферной плазмы. Некоторые из наблюдавшихся микровсплесков были двойными или множественными. Средняя их длительность несколько сотен миллисекунд. Возможно, что в ряде случаев микровсплески обладают периодичностью (с периодами 16 сек.). Опыт работ по проекту «Омега» показал, что комплексный анализ различных геофизических проявлений суббурь в магнитосфере Земли позволяет установить наиболее важные стороны физической картины развития бури в целом, хотя и требует больших усилий в организации одновремен-
70
И. А. ЖУЛИН
ных измерений самого разного характера. Примером тому могут служить исследования в период широко известной магнитной бури 8 марта 1970 г., по-видимому, наиболее интенсивной за текущий цикл солнечной активности. Эта буря имела место в довольно «возмущенный» период (69 марта входят в пять пар1более возмущенных дней месяца). Запуск аэростата в Архангельской области был произведен 8 марта в 17 час. 19 мин., потолок (~37 км) был достигнут примерно в 19 час. 10 мин. (см. рис. 1).
На рис. 6 приведены магнитограммы горизонтальной составляющей магнитного поля на станциях в Архангельске и Москве, а также данные скорости счета фотонов рентгеновского излучения. Анализ этих и других сведений по Архангельской области (фотометры, риометры) показывает что в период полета аэростата имело место развитие трех суббурь с максимумами в 18 час. 40 мин., 20 час. и 20 час. 50 мин. по мировому времени. В течение двух первых суббурь зона вторжения авроральных частиц быстро расширялась к югу, захватывая район Карпогор и обуславливая наиболее интенсивные всплески рентгеновского излучения. При этом южная граница зоны вторжения находилась севернее Согры. Во время третьей суббури зона вторжения захватила район Согры и продвинулась к югу от нее; около 21 час. полярное сияние наблюдалось визуально даже над Москвой (рис. 7). Предлагаемая картина подтверждается тем, что Во время третьей суббури полярные сияния над Кольским полуостровом имели формы, характерные для сияния в полярной шапке (иначе говоря, зона вторжений сместилась к югу). Период третьей суббури совпал с интенсивным развитием кольцевого внеионосферного тока. Важно отметить, что между второй и третьей суббурями вторжение частиц (по аэростатным данным) прекратилось несмотря на постепенное усиление кольцевого тока. Сильная разница в отношении амплитуд всплесков рентгеновского излучения и усиления высвечивания (по фотометрическим данным) может быть интерпретирована как изменение жесткости спектра вторгающихся электронов.
В период эксперимента «Омега-2» во второй половине февраля 1971 г. была осуществлена целая серия сопряженных полетов аэростатов в Архангельской области и на о. Кергелен. Полеты были проведены в достаточно возмущенные периоды, что позволяет рассчитывать на интересные результаты. Следует также отметить, что в 1971 г. впервые в Советском Союзе удалось выполнить на аэростатах прямые измерения электрических полей магнитосферного происхождения. Обработка полученной информации займет много времени. Тем не менее уже сейчас можно сказать, что комплексные исследования по советско-французскому проекту «Омега» могут прояснить многие вопросы, относящиеся к природе и динамике вторжения энергичных частиц в верхнюю атмосферу Земли, оценить взаимосвязь проявлений магнитосферных возмущений, степень их магнитной сопряженности и в конечном итоге составить физическую картину развития бури в околоземном космическом пространстве, пока еще остающуюся неясной. Результаты таких исследований имеют не только общефизическое (гносеологическое) значение. Использование их в прогнозировании возмущенности полярной ионосферы и магнитного поля Земли, в разработке методов увеличения надежности радиосвязи в полярных районах важно для практических нужд.
15

Приложенные файлы

  • doc 36796095
    Размер файла: 209 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий