Первые результаты эксперимента МЭП проекта СПЕКТР-Р

Детектор энергичных частиц МЭП

Руководитель эксперимента К. Кудела (ИЭФ, Словакия)

Участники эксперимента  А.А. Петрукович, В.А. Гладышев, И.П. Кирпичев, И.Э. Белова (ИКИ РАН, Россия)

Е.Т. Саррис (Университет Фракии, Греция)

Научные задачи:

Исследование механизмов ускорения плазмы магнитосферного происхождения, низкоэнергичной компоненты солнечных космических лучей и частиц в форшоке.

Измеряемые параметры:

электроны 15-350 кэВ (в двух направлениях)
ионы 15-3200 кэВ (в двух направлениях)

Особенности прибора:

Высокое временное разрешение: 1 сек – 1/32 сек

Высокая чувствительность: (геом фактор 0.77)

Большое поле зрения: 50^о

Вес: 2.65 кг

Мощность: 1.1 Вт

Тип детекторов:  silicon, ion implanted

Размер детекторов:  300 мм²,  100 мкм (ионы), 500 мкм (электроны)

Количество каналов по энергии: 1-32

Поток информации: 1125 бит/с

Прибор МЭП

Схема измерительного каскада прибора

Внешний вид прибора

МЭП и СПЕКТР-Р

МЭП в полете

Режимы работы: 1,4,8 спектров в секунду

Сжатие в ССНИ-2: суммирование по 8 массивам

Уровень шумов: 20 кэВ по электронам, 40 кэВ по ионам

Уровень шумов: Размытие калибровочного сигнала

Пример пересечения ударной волны и магнитопаузы 16.08.2011

Первые наблюдения

Уникальный случай наблюдения колебаний в энергичных частицах

Наблюдается транзиентное возрастание потока ионов в диапазоне энергий до 200 КэВ. Это достаточно обычное явление, связанное с отражением и ускорением ионов на квазипараллельной ударной волне. Однако, на переднем фронте возрастания отчетливо наблюдается периодическая структура с характерным временем порядка 20-30 секунд, что близко к периоду циклотронного вращения протона в магнитном поле солнечного ветра. Ранее таких явлений зарегистрировано не было, в основном, из-за недостаточного временного разрешения приборов. Подобное наблюдение говорит о непосредственной близости спутника к месту ускорения протонов, так как в противном случае успевало бы пройти «размешивание» по фазе вращения.

Тонкая структура колебаний в данном примере:
детали фронтов до ~1 сек

Условия 31.07.2011

Данное наблюдение произошло в интервал времени, соответствующий образованию квази-параллельной ударной волны, для которой характерны большие потоки отраженных ускоренных ионов (Характеристики ММП показаны справа).

Одновременно измерения в солнечном ветре проводились так же спутниками ACE, Wind, THEMIS, причем последние находились вблизи нашего КА.

Структура форшока 31.07.2011

Спутники СПЕКТР-Р и THEMIS одновременно наблюдали потоки отраженных ионов в форшоке, однако структура этих потоков была разной. Колебания были зарегистрированы только на СПЕКТР-Р.

Наблюдения периодов ~ 20 сек

Наблюдения AMI –
спорадических пучков сильно ускоренных частиц

На фоне «обычного» спектра с постепенным падением скорости счета с увеличением энергии за время порядка 10-20 секунд появляется и исчезает пик ускоренных ионов с энергией порядка 100 кэВ, сопровождающийся менее заметным вторичным пиком на удвоенной энергии. События такого типа были впервые обнаружены по данным проекта «Интербол» (прибор «ДОК-2») и объяснены как действие единичного акта ускорения ионов импульсом электростатического поля, возникающим в ходе характерной динамики околоземной ударной волны. При этом главный пик создается протонами, а пик на удвоенной энергии –  альфачастицами, ускорение которых вдвое более эффективно из-за удвоенного электрического заряда. В целом, измерения МЭП, за счет высокого временного разрешения, позволят в данном случае детально исследовать временную динамику такого процесса ускорения.

Наблюдения AMI

пример 2

Наблюдения AMI

пример 3

Наблюдения AMI

пример 4