Тонкая структура космической турбулентности
Категория: Межпланетная среда, Технологии, В РоссииЛетом 2021 г. исполняется 10 лет с момента запуска космического аппарата «Спектр-Р» (18.07.2011–30.05.2019). Спутник успешно проработал на орбите Земли более 7 лет (с августа 2011 по январь 2019) и помог получить значительное количество ярких и интересных научных результатов.
В качестве «попутной нагрузки» к радиотелескопу на космический аппарат был установлен комплекс аппаратуры «Плазма-Ф», предназначенный для мониторинга солнечного ветра (потока плазмы, распространяющегося от Солнца и генерирующего магнитные бури на Земле) и являющийся, по сути, единственным в последние годы отечественным научным экспериментом по тематике околоземного космоса и космической погоды.
- Внешний вид прибора БМСВ на борту КА «Спектр-Р».
Главной особенностью комплекса «Плазма-Ф» стало очень высокое для такого рода измерений плазмы временное разрешение. В частности, российско-чешский спектрометр солнечного ветра БМСВ проводил 32 измерения в секунду, что в 100 раз лучше, чем у аналогичных приборов, работавших на других космических аппаратах. Даже сейчас, по прошествии десяти лет, таких показателей не удалось достичь ни в одной из миссий, запущенных в последние годы. Поэтому плазменные данные, полученные в этом проекте, будут долгие годы оставаться уникальными и служить источником новых знаний по физике околоземной плазмы.
Высокое временное разрешение плазменного спектрометра БМСВ позволило, в частности, впервые провести систематические исследования параметров флуктуаций, ответственных за «перемешивание» солнечного ветра. В солнечном ветре формируется сложная иерархия структур различного масштаба: трубок, вихрей и пр., — называемая турбулентностью. Ранее считалось, что турбулентность в солнечном ветре развивается свободно по мере его распространения от Солнца до Земли, однако результаты измерений БМСВ поставили под сомнения эту точку зрения. Оказалось, что границы между потоками плазмы различной природы могут иметь такое же критичное воздействие на свойства турбулентного потока, как и стенки установки для лабораторной плазмы, где подобные явления являются главным препятствием для создания управляемой термоядерной реакции. Аналогично земной плазме, в солнечном ветре это также приводит к нагреву и ускорению частиц плазмы.
- Орбита космического аппарата «Спектр-Р» относительно околоземной ударной волны и магнитопаузы.
Кроме академического интереса, эти исследования важны для задачи предсказания космической погоды, так как дают дополнительную информацию о взаимодействии потоков солнечного ветра между собой по мере движения от Солнца. За последние 10 лет в рамках этих работ в ИКИ РАН был создан каталог данных прибора БМСВ и опубликовано более 30 научных работ, в том числе в ведущих мировых журналах.
- Сравнение спектров турбулентных флуктуаций потока ионов в спокойном солнечном ветре (синий), и в переходной области на границе разноскоростных потоков CIR (красный). Пунктир — предсказания теоретических моделей.
Источник: пресс-центр ИКИ РАН
Сайт эксперимента «Плазма-Ф»: http://www.plasma-f.cosmos.ru/