/
КонтактыО проекте Блог
Galaktika

Вход | Регистрация


Запомнить меня
Забыли пароль?

 

  ПОИСК


 
 

 

Закинули «Невод» в космос

Экспериментальный комплекс «НЕВОД» в Московском инженерно-физическом институте, спроектированный более 30 лет назад для исследований в области физики высоких энергий, обретает второе рождение. Теперь его установки используются для регистрации различных космических частиц с целью заблаговременного обнаружения аномальных возмущений в атмосфере и магнитосфере Земли, предшествующих грозам, ураганам и прочим природным катаклизмам.

Летом 1998 года на Москву обрушился мощнейший ураган, в результате которого восемь человек погибли, 157 были ранены; городские власти оценили причинённый стихией ущерб в миллиард рублей. Причиной урагана, как позже заявил Гидрометцентр России, стало столкновение двух воздушных масс с разными температурами. Ни одна из действовавших на тот момент метеостанций предсказать ураган не В то время подобные установки обычно размещали либо глубоко под землёй, либо под водой, как, например, байкальский телескоп. Запущенный в 90-х годах НЕВОД стал первым в мире нейтринным водным детектором на земной поверхности. Благодаря такому расположению у учёных появилась возможность регистрировать не только нейтрино, но и другие космические частицы, прилетающие с любого направления — сверху, сбоку, снизу. Нейтринный водный детектор представляет собой бассейн площадью 30 на 9 метров2 и глубиной 9 метров. В нём размещается конструкция из квазисферических модулей, регистрирующих черенковское излучение, которое генерируют заряженные частицы, проходя через воду. Поскольку комплекс находится в вузе, на его базе в 1994 году был организован учебно-исследовательский центр, отмеченный в 1998 году премией президента РФ в области образования. Помимо нейтринного детектора в комплекс «НЕВОД» входят и другие установки, в частности мюонный годоскоп (ТЕМП), предназначенный для решения задач солнечно-земной физики и дистанционного мониторинга верхних слоёв атмосферы, координатные детекторы (ДЕКОР) и установка распознавания грозовых аномалий (УРАГАН).

Проанализировать предшествовавшую урагану обстановку учёным Московского инженерно-физического института удалось задним числом. Изучая потоки космических частиц, в частности мюонов, они обнаружили, что по их отклонению от среднего уровня можно было обнаружить ураган до его прихода в Москву. Это исследование вдохнуло новую жизнь в экспериментальный комплекс «НЕВОД», созданный при институте для проведения исследований в области физики космических лучей высоких энергий. Уникальные физические установки и детекторы комплекса стали использовать для регистрации разнообразных гелиосферных, магнитосферных и атмосферных явлений.

Нужен не мелкий дождик, а смерч

Люди занимаются метеорологией сотни лет, а изучением космической погоды — более 30. Между тем точность прогнозов по-прежнему оставляет желать лучшего. Исследования учёных из центра «НЕВОД» предоставляют дополнительные возможности в данном вопросе и могут качественно улучшить прогнозирование природных явлений. Допустим, как происходит предсказание магнитных бурь, возникающих после вспышек на Солнце? Вспышки фиксируются телескопом, но образовавшееся в результате плазменное облако невидимо, оно может идти к Земле несколько суток и становится заметным только у орбит спутников. В «НЕВОДе» начинают следить за его движением за сутки — двое до спутников. Аналогично и с атмосферными явлениями. Если идёт грозовой фронт, в экспериментальном комплексе наблюдают, как и в каком направлении меняется в связи с этим поток частиц космического излучения.

Но чтобы реализовать имеющийся предсказательный потенциал, чтобы точно знать, когда произойдёт то или иное событие, надо собрать достаточное количество статистики, разработать соответствующие методики прогнозирования. Руководитель центра «НЕВОД» профессор Анатолий Петрухин демонстрирует уникальное устройство квазисферического модуля.

Руководитель центра «НЕВОД» профессор Анатолий Петрухин демонстрирует уникальное устройство квазисферического модуля

«Может показаться, что процесс этот довольно простой. Вовсе нет. Регистрируемые потоки мюонов нельзя использовать напрямую, полученные данные необходимо грамотно интерпретировать, — объясняет руководитель учебно-исследовательского центра „НЕВОД“ доктор физико-математических наук, профессор Анатолий Петрухин. — Сейчас перед учёными нашего центра стоит задача в разработке программы, позволяющей создавать некую карту, на которой в автоматическом порядке будет изображаться, какие потоки частиц и куда движутся. Но для начала нужно собрать статистику. Например, произошла вспышка на Солнце. Мы смотрим: совпало по регистрируемым частицам? Совпало. Хорошо. Обрушился ураган. Совпало? Совпало. В отработке методики многое зависит от того, будут ли сильные вспышки, мощные грозы, тогда сможем быстро её отладить. В данном случае какой-нибудь лёгкий дождик — это не наш приоритет. Нужны интенсивные явления: ураганы, смерчи, особенно локального происхождения. Приближение мощных циклонов хорошо видно со спутников, а вот локальные возмущения обнаруживаются, как правило, слишком поздно».

Миллиарды частиц из космоса

В отработке методики прогноза многое зависит от того, насколько часто будут происходить сильные вспышки на Солнце, мощные грозы. В данном случае лёгкий дождик для учёных — не приоритет. Им нужны интенсивные явления, особенно локального происхождения

С помощью установок «НЕВОДа» учёные уже установили явные корреляции между атмосферными и магнитосферными возмущениями и изменением потока частиц из космоса. «Уникальность нашего комплекса заключается в том, что с его помощью удаётся регистрировать любые частицы космического излучения, — говорит Анатолий Петрухин. — Правда, в своё время для нас было принципиально важно доказать возможность регистрации нейтрино на поверхности Земли, что до этого считалось нереальным. Нам же удалось на своих установках „поймать“ несколько нейтрино». Поскольку ионизирующее космическое излучение, достигающее поверхности Земли, на 70% представлено мюонами (на 30% — электронами и гамма-квантами и примерно на 1% — адронами, в том числе протонами и нейтронами), именно мюоны являются для сотрудников центра главным объектом изучения. Основная установка комплекса «НЕВОД» — нейтринный детектор с одноимённым названием — также ориентирован преимущественно на улавливание мюонов; для «ловли» же нейтрино в настоящее время разработаны более крупные детекторы, например, на Байкале, конкурировать с которыми просто бессмысленно.

В нынешнем году все установки «НЕВОДа» (кроме водного нейтринного детектора, который находится на реконструкции) работают круглые сутки непрерывно, так как очень важно отслеживать ситуацию постоянно, фиксируя в потоках космических частиц любые отклонения от средних показателей. Точное количество частиц, регистрируемых за 24 часа, назвать сложно — примерно 400 миллионов. На поверхности Земли поток мюонов составляет около 100 частиц на квадратный метр в секунду. В основном, фиксируются мюоны, прилетающие сверху (образуются на высоте 15—20 километров от Земли). А у частиц, идущих с боковых направлений, расстояние до точки их образования увеличивается в десятки раз и может достигать 500—600 километров. То есть можно зарегистрировать и те из них, которые образовались, например, в районе Санкт-Петербурга. Но таких частиц очень мало из-за поглощения их в атмосфере.

Все регистрируемые частицы записываются с помощью специальной компьютерной программы. На мониторе можно наблюдать за так называемыми событиями (под которыми в данном случае понимаются те или иные взаимодействия частиц в детекторе) и анализировать полученные данные, в частности, чем события одной минуты отличаются от событий другой, второй — от третьей и так далее. Таким образом можно зафиксировать тот момент, когда в атмосфере или магнитосфере начинается какое-то возмущение.

От урагана до вспышки на Солнце

На данный момент в центре имеется подробная информация о характере потоков космического излучения во время двух крупных ураганов — обрушившегося в 1998 году на Москву и дубненского урагана 2005 года.

«Как и московский, ураган в Дубне не был своевременно обнаружен ни одной из существующих систем наблюдения, — рассказывает руководитель центра „НЕВОД“. — Хотя расстояние от Дубны до МИФИ — 140 километров, проведённый нами анализ зарегистрированных частиц выявил волновой процесс в атмосфере, который начался за два-три часа до начала урагана. А первые свидетельства надвигающегося фронта появились за три дня до стихийного бедствия. Правда, анализ мы проводили уже после урагана. В тот момент в центре только запускали установки в новом режиме, поэтому не было возможности оперативно анализировать информацию». Будучи одинаково чувствителен по всем направлениям, такой модуль позволяет определять вектор черенковского излучения, возникающего в результате взаимодействия частицы с водной средой (названо по имени Павла Черенкова, открывшего этот эффект); а пространственная решётка из таких модулей даёт возможность определять направление движения заряженных частиц.

В 1970-х годах в Японии разработали фотоумножитель сферической формы. С какой бы стороны ни падал свет, площадь фотокатода под любым углом одинаковая, что позволяет с высокой точностью проводить измерения. По тем временам прибор стоил 3 200 долларов. Один фотоумножитель был подарен «НЕВОДу». Закупить такие за границей не было возможности, наладить производство у себя — сложно и дорого. Поэтому студенты МИФИ решили собственными силами создать эквивалентный, но более дешёвый измерительный прибор. Взяв шесть обычных фотоумножителей (стоили тогда по 160 рублей), соединили их по прямоугольным осям координат и разместили внутри получившегося квазисферического модуля электронные системы мониторинга и регистрации частиц. Испытания показали, что, начиная с расстояния в один метр, отклик модуля практически не зависит от угла падения излучения. Так был создан аналог иностранного прибора, ничуть не уступающий по своим характеристикам.

В 1988 году разработка квазисферического измерительного модуля была удостоена премии Ленинского комсомола.

Если говорить о гелиосферных явлениях, то учёные из центра «НЕВОД» впервые на своих установках зарегистрировали мощное протонное событие, произошедшее во время одной из последних вспышек на Солнце — 13 декабря 2006 года. Полученные результаты (регистрация динамики события в «мюоном свете») были представлены на международной конференции и высокого оценены мировой общественностью. Недавно сотрудники центра подготовили по этой теме статью в научный журнал Astroparticle Physics, которая скоро будет опубликована.

«Вообще роль Солнца в возникновении различных катаклизмов пока недооценивается, — считает Анатолий Петрухин. — Между тем всё, что происходит на Земле, зависит от Солнца. Сейчас к изучению солнечно-земных связей учёные стали относиться внимательнее. В свою очередь мы создали такие установки, которые позволяют получать нужную информацию. Окончательную ценность наших методов и подходов можно будет оценить только через несколько лет, когда мы подведём первые итоги своих исследований».

Ещё совершеннее

В данный момент в центре «НЕВОД» осуществляется рассчитанный на два года проект модернизации некоторых установок комплекса в рамках инновационной программы развития МИФИ, победившей в конкурсе нацпроекта «Образование» в 2006 году. Выделенные средства будут направлены, в частности, на ремонт помещений комплекса и совершенствование нейтринного водного детектора, замену электроники, установленной в его квазисферических модулях почти 20 лет назад и безнадёжно устаревшей. Модули изначально предназначались для регистрации частиц высоких энергий, а для того чтобы заниматься гелиосферными и магнитосферными излучениями, требуется более высокая чувствительность. В рамках проекта модернизации запланированы и другие мероприятия. Так, при участии сотрудников «НЕВОДа» будут разрабатываться новые учебные курсы «Космическая погода» и «Основы мюонной диагностики».

Продолжится работа и над совершенствованием технологий мюонной диагностики магнитосферы и атмосферы Земли, включая развитие новых экспериментальных методик, разработку аппаратуры и оперативных методов обработки данных; на что также направлено проведение непрерывного и долговременного мониторинга магнитосферных и атмосферных явлений, обнаружение катастрофических атмосферных возмущений и прогнозирование их перемещений.

В этом же году сотрудники экспериментального центра работают над проектом «Исследование гелиосферных и магнитосферных процессов по вариациям потока космических лучей, регистрируемых уникальной установкой. Этот проект осуществляется в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007—2012 годы».

Источник www.strf.ru


« Назад

Хиты

В России начались испытания аппарата «Луна-25»
В России начались испытания аппарата «Луна-25»
Российские специалисты начали испытания аппарата «Луна-25» («Луна-Глоб»), который в 2019 году должен приступить к изучению спутника Земли. Об этом в ходе выставки Paris Air Show-2015 в Ле-Бурже РИА Новости сообщил представитель «Объединения имени Лавочкина», представившего там макет аппарата. 
Первый в истории частный спутник на солнечном парусе вышел на орбиту
Первый в истории частный спутник на солнечном парусе вышел на орбиту
Разработан и построен он был на деньги некоммерческого Планетарного общества США, объединяющего энтузиастов исследования дальнего космоса. 
Роскосмос отложил оглашение результатов расследования аварии «Прогресса»
Роскосмос отложил оглашение результатов расследования аварии «Прогресса»
Роскосмос продлил на неопределенный срок работу комиссии по расследованию причин произошедшей 28 апреля 2015 года аварии транспортного грузового корабля (ТГК) «Прогресс М-27М».