Целую неделю аспиранты, магистранты и студенты из Иркутска, Калининграда, Москвы, Санкт-Петербурга, Якутска и других городов работали в режиме нон-стоп: они ставили эксперименты, учились обрабатывать терабайты данных и защищали первые результаты своих исследований перед старшими коллегами.
Одной из площадок стал Иркутский радар некогерентного рассеяния, который находится в Усольском районе. Это сложнейшая научная установка, единственная в России и одна из одиннадцати подобных в мире. Созданная на базе радиолокационной системы «Днепр» антенна длиной 250 метров и высотой 20 метров (с пятиэтажный дом) способна излучать в небо мощный сигнал — порядка трех мегаватт. Обратно она принимает лишь ничтожные крохи, которые не уловит ни один бытовой приемник.
Зачем нужен такой сложный прибор? Ученые объясняют: этот радар — наш главный «кардиограф» верхней атмосферы. Как человеку на приеме у врача делают кардиограмму, чтобы понять работу сердца, так и ученые используют радар некогерентного рассеяния, чтобы «послушать» пульс планеты. Он позволяет определять температуру частиц на высоте сотен километров, скорость ветра, плотность электронов и то, как себя ведет ионосфера в целом.
Заведующий лабораторией радиофизических методов диагностики околоземного космического пространства Института солнечно-земной физики СО РАН Валентин Лебедев, руководивший одним из интенсивов, объясняет: установка дает возможность получать плотный поток данных о верхней атмосфере, который невозможно добыть разовыми ракетными запусками или случайными спутниковыми снимками.
Это регулярная, системная работа, позволяющая видеть картину целиком. Бесценная информация, спрятанная в слабом отраженном сигнале, и есть то самое «окно» в мир космической погоды.
— Этот радар уникальный, он единственный в стране и позволяет получать наиболее полную информацию о верхней атмосфере, — отметил Валентин Лебедев. — Он позволяет определить электронную концентрацию, температуру электронов и ионов, куда дует ветер, как распространяются волны в атмосфере. Установка сложная, в ведении института она находится уже больше тридцати лет. Научный коллектив, научная школа, которая здесь сформировалась, тоже единственная в своем роде, потому что эти данные и знания можно получить только таким путем: от учителя к ученику. И люди, работающие здесь — с высочайшей профессиональной квалификацией.
Но зачем нам, людям, которые живут своими заботами внизу, знать, что творится где-то там, в небесной выси? Все просто: состояние ионосферы напрямую влияет на то, без чего мы уже не представляем свою жизнь — навигацию в телефонах, авиаперелеты, беспилотный транспорт и даже стабильность электросетей. Во время разговора с журналистами ученые привели яркий исторический пример: в марте 1989 года мощнейшая геомагнитная буря привела к перегрузке трансформаторных станций в канадской провинции Квебек, и множество людей на неделю остались без электричества.
— Представьте, что в Иркутске на неделю отключится электроэнергия — как тогда быть? Наши исследования нужны, чтобы заранее спрогнозировать магнитные бури, вспышки на Солнце, выброс плазмы и понять, как они могут повлиять на линии электропередач, газопроводы, нефтепроводы, — говорит Валентин Лебедев. — Мы помогаем предсказывать космические события и разрабатывать меры по защите инфраструктуры.
Один из участников интенсива, аспирант Института солнечно-земной физики Владимир Ивонин, занимается созданием информационно-аналитической системы, которая объединяет данные с разных инструментов и моделей атмосферы. Он поделился, зачем это нужно и какое отношение имеет к нашей повседневной жизни.
— Мой доклад посвящен описанию информационно-аналитической системы, она разработана в нашей лаборатории для отображения данных, которые получают на этом радаре, и визуализации данных с других установок, — рассказал Владимир Ивонин. — Очень актуальная тема, потому что наш институт обладает рядом разнородных физических инструментов для анализа атмосферы. У всех разные типы данных, и система как раз призвана для того, чтобы их собирать в одном месте и совместно использовать. Моя работа главным образом связана с исследованием космических объектов, которые лоцирует наш радар. Для того чтобы корректно определять их параметры — местоположение, скорость и мощность отраженного сигнала, — нужно как можно более точно учитывать состояние атмосферы. Наша разработка позволяет это делать.
Денис Зинкин, младший научный сотрудник Института физики Земли РАН, приехал на интенсив из Москвы, чтобы поработать с данными иркутского радара. Он рассказал, какие закономерности ищет и почему эта работа важна для фундаментальной науки.
— Мы работаем с данными с Иркутского радара. Здесь можно получить очень интересные новые закономерности или подтвердить какие-то старые неоднозначные показатели, — поделился Денис Зинкин. — Собственно, мы работаем над тем, чтобы понять, как влияет солнечная активность на ионосферу Земли, какие новые эффекты можно выделить и как энергия передается от верхних слоев околоземного пространства к нижним.
На интенсиве провели эксперимент по приему сигналов с российского космического аппарата «Ионосфера-М» и уникальную операцию по регистрации работы импульсного плазменного инжектора на борту МКС. Когда Международная космическая станция пролетала над антенной, инжектор «выстреливал» плазмой, а иркутские приборы ловили малейшие изменения в среде. Это помогает понять в том числе и то, как тысячи современных спутников, включая Starlink*, влияют на околоземное пространство.
Младший научный сотрудник Института солнечно-земной физики СО РАН Артем Сетов вместе с коллегой Екатериной Смотровой реализуют проект по изучению ультранизкочастотных волн в магнитосфере и ионосфере. Он объяснил, как эти, казалось бы, далекие от нас процессы влияют на качество связи и навигации.
— В рамках интенсива мы реализуем проект по наблюдению ультранизкочастотных волн в магнитосфере и ионосфере. Данные магнитосферы мы берем со спутника и используем показатели радара. Ультранизкочастотные волны появляются в магнитосфере — оболочке Земли, защищающей нас от солнечного ветра, — объяснил Артем Сетов. — Они могут передавать частично энергию от магнитосферы в ионосферу и приводить к возникновению неоднородностей, влияющих на распространение радиоволн. В том числе на сигналы GPS, на сигналы связи со спутниками и другие, которые мы получаем из космоса или излучаем в космос. Лично для меня интенсив — это возможность поучаствовать в уникальных проектах, поработать с людьми из других институтов и выполнить научную работу, достойную публикации в специализированных журналах.
Безусловно, организаторы Байкальской школы фундаментальной физики, среди которых — Институт солнечно-земной физики СО РАН, ИГУ, физический факультет МГУ и Российский Новый Университет, смотрят далеко вперед. Как отметил председатель оргкомитета Юрий Ясюкевич, программа школы строится вокруг задач, которые молодым ученым предстоит решать с помощью строящегося Национального гелиогеофизического комплекса РАН. Ребята погружаются в проблематику сейчас, задолго до того, как эти инструменты начнут полноценную работу.
Это значит, что иркутская земля взращивает будущих выдающихся ученых, на плечи которых ляжет ответственность за безопасность наших технологий в следующем десятилетии. И именно в этом — главная гордость за нашу науку, за людей, которые в тиши обсерваторий, у края гигантской антенны, делают наш мир предсказуемым и безопасным.
* Старлинк
Екатерина Емелина, IRK.ru
Фото Евгения Козырева
