Первые результаты эксперимента «Плазма-Ф»
на спутнике «Спектр-Р»

 

Орбита спутника «Спектр-Р» в августе 2011 г.


 

На рисунке представлен пример типичных результатов регистрации с помощью прибора МЭП радиационной обстановки вокруг спутника «Спектр–Р» при пересечении границ магнитосферы Земли – околоземной ударной волны и магнитопаузы. На этих границах дважды на каждом витке орбиты спутника имеют место весьма интенсивные вариации потоков электронов (в диапазоне 30–400 кэВ) – панель А,  и ионов (в диапазоне 30-700) – панель Б.


На рисунке представлен пример результатов регистрации довольно сильного межпланетного возмущения от солнечной вспышки 22.10.2011 г. – потока ионов солнечного ветра по данным прибора БМСВ и потока энергичных электронов (50–300 кэВ) по данным прибора МЭП. Видно, что основное возмущение потока ионов, имеющее весьма резкие фронты, приходит к спутнику 25.10.2011, а поток энергичных электронов начинает свое возрастание за двое суток до возмущения плазмы. При этом поток энергичных частиц, в основном, меняется довольно плавно, но возрастает более чем на порядок по сравнению с фоном, тогда как поток ионов возрастает только в два раза.


Эксперимент «Плазма–Ф» на спутнике «Спектр–Р» осуществляет перманентное мониторирование параметров межпланетной плазмы и плазмы в магнитослое Земли. На панели "А" приведен пример такого мониторинга – запись изменений плотности солнечного ветра (красная линия) во время довольно редкого события – очень большого возрастания плотности 14 августа 2011 г. На той же панели показаны синей линией значения того же параметра по данным американского КА WIND. Видно, что соответствие данных двух КА очень хорошее.

 Достигнутое в приборе БМСВ рекордное временное разрешение параметров плазмы (0.03 с) позволяет наблюдать ранее недоступные явления. На панели "Б" показан (см. красные линии и точки) пример очень быстрых вариации плотности солнечного ветра в событии 25.10.2011, имеющих характерные времена изменения в субсекундном диапазоне, что важно для понимания природы солнечного ветра и динамики его взаимодействия с магнитосферой Земли. На этой же панели приведены (синяя линия) результаты одновременных измерений с разрешением 3 с на американском КА WIND – самые быстрые из данных, имеющихся помимо наших. Видно, что эти измерения, в 100 раз более медленные, чем наши, не дают реальных сведений об изменчивости параметров плазмы.


Высокие временное и энергетическое разрешения прибора БМСВ позволили выявить быстрые вариации относительного содержания ионов гелия (альфа- частиц) в солнечном ветре, что важно для понимания процессов в солнечной короне, являющейся источником возмущений приходящих от Солнца к Земле.

Из энерго–спектрограммы солнечного ветра (Рис. А) видно, что прибор позволяет надежно и четко отделить ионы гелия (сине–голубая полоска) от протонов (красно–желто–зеленая полоска). Полученный временной ход содержания гелия (см. Рис. Б) показывает, что в отличие от общепринятой точки зрения это содержание может испытывать быстрые и большие вариации в секундном диапазоне (например, спад с 6% до 4% всего за 3 с), что свидетельствует о мелкомасштабной сильной неоднородной слоистости солнечной короны.


Данные прибора БМСВ с очень высоким временным разрешением позволяют построить частотный спектр вариаций потока ионов солнечного ветра в широком диапазоне частот 4*10-2–15 Гц (см.панель "А"). Это дает возможность впервые получить экспериментальное подтверждение по параметрам плазмы гипотезы о мультимасштабном струйном характере течения солнечного ветра. Как видно из рисунка, мы наблюдаем одновременное существование в солнечном ветре как крупных струй с частотой вариаций 0.1–1 Гц, так и более мелких струек с частотой в пределах 1–15 Гц.

Такая «струйность» отражает, очевидно, сложный мультифрактальный характер источников солнечного ветра в короне Солнца, рассмотренный теоретически и показанный на схеме панели "Б".


Учитывая весьма положительный опыт работы приборов БМСВ и МЭП в эксперименте "Плазма–Ф" на КА "Спектр–Р" (с апогеем 360 тыс.км) представляется целесообразным установить подобный же эксперимент на КА "Спектр-РГ", направляемом в заднюю точку либрации L2 (на расстояние около1.5 млн. км), с тем, чтобы получить возможность:

а) контролировать состояние среды в окрестности этого КА;
б) изучить путем прямых измерений динамику плазмы и энергичных частиц межпланетной среды на масштабах около 2–х млн. км;   
в) исследовать движения и возмущения дальнего хвоста магнитосферы Земли, которые, помимо прочего, могут сказываться и на процессах в околоземном космическом пространстве.