Солнечно-Земная Физика


40 ЛЕТ КОСМИЧЕСКОЙ ЭРЫ В НИИЯФ МГУ


Ю.И.Логачев



  НАША ИСТОРИЯ



X. ИЗУЧЕНИЯ СОЛНЕЧНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ НА СПУТНИКАХ "ПРОГНОЗ"

Энергичные солнечные частицы впеpвые были зарегистрированы в 1942 г. С этого времени до начала 1957 года на Солнце произошло еще пять событий, при которых энергичные частицы достигли поверхности Земли. С 1957 года ситуация начала резко меняться: эксперименты, проводимые на больших высотах с помощью шаров-зондов, а также наблюдение с помощью риометров (приборов для измерения космического радиошума) показали, что потоки солнечных протонов с энергией 10-300 МэВ в периоды высокой солнечной активности появляются вблизи Земли примерно раз в месяц. Измерения на больших высотах с помощью ИСЗ и других космических аппаратов позволили изучать более слабые события и к настоящему времени уже зарегистрировано и отождествлено со вспышками более 500 событий. Действительно, если первые зарегистрированные события в СКЛ были событиями огромной мощности, и только они могли быть зарегистрированы наземными приборами, то сейчас аппаратура на спутниках регистрирует практически все возрастания потоков солнечных частиц, имеющие место в окрестности околоземного космоса. В настоящее время незарегистрированными остаются только некоторые не очень мощные события в СКЛ, вызванные вспышками на обратной стороне Солнца, потоки частиц от которых не достигают окрестности Земли или места нахождения других космических аппаратов. Чтобы исключить и эти пропуски предполагается патрулировать околосолнечное пространство несколькими космическими аппаратами, расположенными на различных гелиодолготах, в том числе и с обратной стороны Солнца. Эти планы уже сейчас серьезно обсуждаются и их осуществление дело не очень далекого будущего.
Впервые солнечные частицы за пределами атмосферы Земли были зарегистрированы при полете 3-го ИСЗ в июле 1958 года /50/. Эти частицы возникли от мощной вспышки балла 3+ и создали вблизи Земли потоки протонов, интенсивность которых для энергий 100 МэВ составила 10^4 протонов/ см^2.с^1, а доза радиации достигала 100 рад. Так случилось, что вспышки такой мощности с тех пор регистрировались всего 3 раза: в августе 1972 г., в сентябре 1989 и марте 1991 гг. Первая вспышка, зарегистрированная за пределами атмосферы, была уникальной по своей мощности. К сожалению, на 3-ем спутнике не удалось измерить ни энергетический спектр, ни состав солнечных частиц, но факт первой регистрации безусловно заслуживает упоминания.
В дальнейшем энергичные солнечные частицы регистрировались во всех полетах космических аппаратов вне магнитосферы Земли. В СССР это были автоматические лунные и межпланетные станции, межпланетные зонды и другие аппараты. Всего было запущено 24 лунных станции, 16 станций к Венере и 7 к Марсу. На всех этих аппаратах устанавливались приборы НИИЯФ МГУ для изучения солнечных космических лучей. Подробнее эти эксперименты описаны в разделе YI "Программа исследования Марса м Венеры". В США в это же время также осуществлялись межпланетные полеты, на которых тоже были приборы для изучения энергичных солнечных частиц. Это 5 аппаратов типа "Pioneer", 6 аппаратов "Маriner" и "Voyager-1,-2". Кроме того, с 1963 года в США постоянно находились на орбите спутники Земли IMP (Interplanetary Mоnitoring Platform) с очень высоким апогеем. Эти спутники удобны именно для исследования солнечных космических лучей, солнечного ветра и межпланетного магнитного поля, т.к. они все время расположены вблизи Земли, связь с ними не представляет существенных трудностей и в то же время три четверти времени они находятся вне магнитосферы Земли, т.е. практически в невозмущенном космическом пространстве.
Именно такие же спутники для тех же целей начали запускать в 1972 году в СССР. Основная их задача состояла в исследовании солнечных космических лучей и предполагалось, что их полет позволит найти причину солнечных вспышек, генерирующих мощные потоки энергичных заряженных частиц, и обеспечит прогнозирование таких радиационно-опасных вспышек, отсюда название серии этих спутников: "Прогноз". Всего было запущено 10 спутников "Прогноз" (см.табл. 5).



               Таблица 5

            Работа в космосе спутников "Прогноз"

Спутник         Дата запуска  Окончание  Время активного
                             поступления   существования
                             информации      ( месяцы )

Прогноз-1      14.0471972  26.08.1972        4,4

Прогноз-2      29.06.1972   15.12.1972        5,5

Прогноз-3      15.02.1973   01.03.1974       12,5
 
Прогноз-4      22.12.1975   08.03.1976        2.5

Прогноз-5      25.11.1976   20.07.1977        7.8

Прогноз-6      22.09.1977   01.03.1978        5,3

Прогноз-7      30.10.1978   25.05.1979        6,8

Прогноз-8      25.12.1980   17.09.1981        8,8

Прогноз-9      01.07.1983   28.02.1984        8,0

Прогноз-10     26.04.1985  05.02.1986        9,3

Ко времени запуска спутников "Прогноз" по результатам предыдущих исследований в СССР, США и других странах о солнечных космических лучах было уже многое известно. Прежде всего стало ясно, что почти каждая мощная вспышка на Солнце генерирует большие потоки энергичных заряженных частиц, состав которых близок к составу химических элементов хромосферы Солнца. Ускоренные на Солнце частицы распространяются в межпланетном пространстве, придерживаясь направления магнитного поля, потоки от мощных вспышек заполняют почти половину пространства вокруг Солнца, уходя далеко за орбиту Земли. Область заполнения частицами уменьшается с уменьшением мощности вспышки, минимальным раствором конуса заполнения можно считать 30 градусов по долготе и, вероятно, столько же по широте. О широтном протяжении заполненной частицами области известно гораздо меньше, так как до самого последнего времени все измерения проводились вблизи плоскости эклиптики. Максимальный поток частиц, как правило, приходится на силовые линии, связанные с областью на Солнце, где произошла вспышка. Вдоль силовых линий частицы распространяются по законам диффузии с коэффициентом диффузии К = 1019 - 1021 cm2/c, поперек силовых линий коэффициент диффузии в 10-100 раз меньше.
Были известны случаи быстрого, почти без рассеяния, распространения частиц от Солнца. В большинстве случаев, однако, коллимации частиц к силовой линии магнитного поля не происходило, несмотря на закон sin2 a /B = const. Если бы этот закон выполнялся, то из-за уменьшения магнитного поля от Солнца к 1 а.е. в 100 раз, питч-угол частицы a становился бы очень малым, меньше одного градуса. Эксперимент показывал, что в большинстве солнечных событий с генерацией частиц их угловое распределение почти изотропно, т.е. в процессе распространения частиц в межпланетном пространстве происходит их сильное рассеяние, что и позволяет говорить об их диффузном распространении.

Было выдвинуто несколько гипотез о механизмах ускорения частиц во вспышках, а именно, частицы ускорялись: бетатронным механизмом при резком усилении магнитного поля в области вспышки; при разрыве токового слоя, возникающего при взаимодействии магнитных полей нескольких пятен; ударной волной,создаваемой при основном энерговыделении во вспышке и ряде других. Какой из механизмов наиболее эффективен неясно до сих пор.

Сейчас наиболее распространенная версия сценария процессов во вспышке состоит в том, что вспышка развивается последовательно, проходя по крайней мере две фазы: импульсную и постепенную. Часто при небольшом энерговыделении событие заканчивается на импульсной фазе, такие вспышки естественно считать импульсными. Если энерговыделение во вспышке большое, то процессы развития вспышки переходят во вторую стадию и вспышка становится постепенной. Ускорение частиц происходит как в импульсных вспышках (на импульсной стадии), так и в постепенных, причем в последних ускорение, скорее всего, происходит на ударной волне, сопровождающей мощные события. В постепенных вспышках ускорение частиц захватывает большие объемы пространства и состав ускоренных частиц в таких вспышках, как правило, близок к среднему составу солнечного вещества. В импульсных вспышках ускорение происходит в сравнительно малом объеме и состав частиц, наблюдаемых в межпланетном пространстве, часто бывает резко отличным от среднесолнечного.
Потоки частиц в этих событиях сильно обогащены тяжелыми ядрами и, что особенно интересно, изотопом гелия-3. Естественно, что во всех случаях ускоряются и электроны. Часто в импульсных вспышках ускоренные частицы не могут покинуть место ускорения, они как бы заключены в магнитную ловушку. В этом случае об их недолгом существовании свидетельствуют рентгеновские и гамма-лучи, возникающие при торможении электронов и в ядерных взаимодействиях тяжелых частиц в солнечном веществе. Все это только грубая схема, на самом деле Солнце гораздо разнообразнее в своих проявлениях, не укладывающихся в простые решения.
Чтобы закончить описание солнечных событий, приводящих к ускорению заряженных частиц, отметим, что в последние годы, чуть позже полетов первых спутников "Прогноз", которым посвящен данный раздел, на американской космической станции "SkyLab" в оптическом и рентгеновском диапазонах длин волн стали наблюдать мощные выбросы коронального вещества из Солнца, называемые также корональными транзиентами. Очень часто они совпадали по времени со вспышками в той же активной области, откуда исторгаются корональные транзиенты. Возникли гипотезы, что вспышки являются причиной корональных транзиентов, на переднем фронте которых, на ударной волне и ускоряется большинство заряженных частиц. Существует и противоположная гипотеза: возникшие из-за внутренних причин транзиенты при своем движении перестраивают магнитные поля активных областей, что приводит к мощному выделению магнитной энергии и, как следствие, к солнечной вспышке. Факты, однако, говорят о том, что часто наблюдаются вспышки без транзиентов и наоборот, транзиенты без вспышек. Тем не менее, предполагаемая связь вспышек и транзиентов очень привлекательна и отказываться от нее пока не следует. К настоящему времени ясно, что вспышки, связанные и не связанные с выбросами корональных масс вещества, очень сильно различаются. Так, во вспышках с транзиентами, как правило, состав частиц, близок к среднесолнечному, потоки протонов велики, низкое е/р-отношение (отношение потока электронов к потоку протонов).
Потоки частиц в таких событиях занимают широкий угловой интервал, по крайней мере по долготе и сопровождаются радиоизлучением IV типа. Предполагается, что в таких событиях мы наблюдаем, в основном, частицы, ускоренные на фронте ударной волны коронального транзиента, а ускоренные в самой вспышке частицы или остались на Солнце, или составляют малую часть от ускоренных ударным фронтом транзиента.
Вспышки, не связанные с корональными транзиентами, имеют, как правило, значительно меньшие потоки протонов, их состав сильно обогащен ядрами гелия-3 и более тяжелыми, вплоть до железа. Потоки частиц имеют малое е/р-отношение, их угловое растяжение невелико, частицы группируются около силовой линии, связанной со вспышкой. Такие события сопровождаются радиоизлучением III/V типов, а ускоренные частицы свободно выходят из Солнца.
До запуска спутников"Прогноз" были известны и другие аспекты генерации и распространения солнечных космических лучей, их энергетические спектры и другие характеристики. Были зарегистрированы также уникальные события, например 10 апреля 1969 года, когда максимальные потоки частиц от вспышки наблюдались далеко от силовой линии, выходящей из области вспышки /51/.
На этом фоне для спутников "Прогноз" была выбрана стратегия разностороннего изучения солнечных вспышек, на спутниках устанавливалась разнообразная аппаратура, позволявшая регистрировать как корпускулярные потоки частиц от вспышек, так и электромагнитные от длинноволнового радиоизлучения до мягкого и жесткого рентгеновского, и даже гамма-излучения. Измерялись также потоки солнечного ветра и напряженность магнитного поля. Только приборов НИИЯФ МГУ для регистрации заряженных частиц и рентгеновского излучения солнечных вспышек на первых спутниках "Прогноз" насчитывалось более десяти. ИКИ и ИЗМИРАН также устанавливали приборы для регистрации солнечного ветра и межпланетного магнитного поля, а ГАИШ МГУ им. Штернберга - для изучения длинноволнового радиоизлучения Солнца.
Для создания аппаратуры первых спутников "Прогноз" в НИИЯФ МГУ была образована большая группа сотрудников, вкючавшая физиков-экспериментаторов, конструкторов, инженеров-электронщиков, группу первичной обработки и физиков-интерпретаторов. Эта группа в своем максимальном составе достигала 50-60 человек. Наибольшая нагрузка здесь приходилась на физиков-экспериментаторов, которые не только задумывали приборы и занимались их изготовлением, проверкой и калибровкой перед полетами, но и участвовали в запусках спутников, т.е. ездили на полигоны и проводили предполетный контроль работы приборов. Физикам-экспериментаторам самим заниматься обработкой полученных результатов практически не удавалось, почти после каждого запуска нужно было готовить аппаратуру для очередных спутников. Это подтверждается тем фактом, что первые кандидатские диссертации по результатам полета спутников "Прогноз" были защищены не экспериментаторами, а наиболее энергичными физиками- интерпретаторами (В.Г.Курт в 1976 году через 4 года после запуска первого спутника "Прогноз", затем М.А.Зельдович в 1978 г.), в то время как физики-экспериментаторы защищали их позже, иногда гораздо позже (А.И.Сладкова в 1978 г., И.П.Шестопалов - в 1979 г., Г.В.Лупенко в 1994 г.), Эта ситуация говорит о некотором перекосе в организации наших работ: успешно работающие сотрудники часто не имели физической возможности оформить свои достижения в виде научных публикаций или диссертаций, они должны были в срочном порядке делать приборы для следующих запусков, которые, как можно видеть из таблицы 6, в некоторые годы осуществлялись ежемесячно. А.И.Сладкова смогла "всего" через 5 лет после окончания эксперимента защитить диссертацию потому, что ее прибор был установлен только на первых двух аппаратах "Прогноз" и, начиная с 1974 года, она смогла сосредоточиться на обработке полученной там информации.
Здесь уместно сделать несколько замечаний по организации и сдаче приборов для установки на спутниках. Дело в том, что именно на спутниках "Прогноз" проблема сдачи-приемки нашей аппаратуры встала во весь рост. Аппаратура обычно предназначалась для установки на тот или иной космический аппарат с целью проведения определенных научных исследований, как правило, измерения потоков заряженных или нейтральных частиц различной природы и энергии. Формально эти исследования проводились по заданиям Академии наук СССР или нашего Министерства, хотя на самом деле мы сами определяли, какую задачу мы хотим решить и какая для этого необходима аппаратура. Но на предприятиях ракетной техники существовало правило, все что ставится на борт космического аппарата и самой ракеты, должно проходить военную приемку, процедуру так называемых приемо-сдаточных испытаний. Возникновение этой традиции, а точнее правила, можно понять, ведь ракеты делались для военного использования и военные хотели быть уверенными в надежности получаемой техники. На первых порах это правило на научную аппаратуру не распространялось, на первых спутниках и лунниках мы сами проверяли аппаратуру и гарантировали ее работоспособность и безопасность для других систем космических аппаратов и для самого аппарата. И все было хорошо, за все время работ на первых спутниках и лунниках у нас не было ни одного отказа аппаратуры в полетах.

Однако, со временем военная приемка стала распространяться и на научную аппаратуру: может кто-то перестраховывался, может были случаи отказов, о которых я не знаю, может кто-то хотел быть "при деле" - факт остается фактом - начальство решило, что научная аппаратура должна проходить военную приемку. Но военные "представители заказчика", как их называют, слабо представляли себе задачи и особенности нашей аппаратуры и не могли оценить не только пригодность ее для решения поставленных задач, но и вообще ее работоспособность. Чтобы выйти из этого неловкого положения был придуман классический ход: аппаратура принималась по документации, подготовленной самими разработчиками аппаратуры. На бюрократическом языке это звучало так: контроль качества научной аппаратуры проводится военными представителями заказчика (короче - военпредами) по документации главного конструктора научной аппаратуры. Т.е. мы должны сами составлять бумагу, в которой указывать какие параметры аппаратуры проверять (вес, габариты, энергопотребление, скорости счета по таким-то каналам телеметрии при наличии радиоактивного препарата и без него, работоспособность в заданном интервале температур, провести виброиспытания и многое другое).
Получалось так, как будто мы сами на себя донос пишем: хочешь все проверить, много напишешь - испытания пойдут очень трудно (для проверки и определения некоторых параметров требуется большой опыт, тщательное соблюдение методики проверки, проведение вычислений в процессе измерений и т.д., как, например, при определении порогового энерговыделения в детекторах от реальных источников частиц: радиоактивных препаратов, на ускорителях, от космических лучей и т.д.); мало напишешь - прибор может остаться непроверенным. Сложность ситуации состояла в том, что написание этих бумаг, их согласование с изготовителями космического аппарата, военпредами, получение подписи нашей дирекции, не говоря уже о самих испытаниях, занимало массу времени, так, что иногда мы не успевали проверить те действительно нужные тонкие места аппаратуры, без знания которых эксперимент терял смысл. Приходилось искать оптимум, но все равно, даже самые элементарные проверки через военпредов отнимали массу времени, времени, нужного для реальной работы с приборами. Выход был найден, не очень приятный выход, но в то время, наверно, единственно возможный: из рабочего коллектива были выделены сотрудники, занимавшиеся исключительно проталкиванием нашех приборов через военную приемку. Как правило, они были не очень физиками, их нельзя было использовать на отладках приборов и их тонкой проверке, зато они должны были обладать высоким самосознанием своей деятельности, уметь разговаривать с военпредами на их языке (отличать ТУ от ТЗ, нормоконтроль от просто контроля и т.д ). Они назначались на достаточно высокую должность, как правило, ведущих инженеров. Процентов десять средств на этих процедурах мы теряли, но самое обидное бывало то, что иногда из-за недоступности приборов во время их сдачи военпредам, не успевали провести действительно нужные испытания. А сколько раз бывало, что после виброиспытаний, показавшей надежность конструкции прибора, из-за пустяковой неисправности военпреды требовали проводить повторные виброиспытания, а потом и еще. Как вы думаете, после таких двойных-тройных вибротрясок прибор становится лучше? Резюме этих строк: после введения военной приемки число отказов аппаратуры в полете увеличилось!
Возвращаясь к задачам спутников "Прогноз" отметим, что, несмотря на мощный напоp большой ударной гpуппы сотpудников НИИЯФ МГУ, получить ответ на вопрос о причинах солнечных вспышек и тем более выработать методику прогноза радиационно опасных вспышек, не удалось. Но, с другой стороны, удалось существенно продвинуться в понимании некоторых процессов ускорения и особенно распространения в межпланетном пространстве частиц, ускоренных во вспышках на Солнце, в исследовании рекуррентных потоков частиц и ряде других вопросов. Кратко перечислю наши главные результаты, полученные на спутниках "Прогноз".
1. Показано, что во всех вспышках ускоряются как электроны малых энергий (>40 кэВ), так и протоны (на спутниках "Прогноз" это были протоны с энергией >1 МэВ). Этот факт позволил исключить из научного обихода термин "электронные вспышки", который предполагал, что существуют вспышки, в которых ускоряются только электроны.

Рис.10.1 Потоки электронов Ее > 40 кэВ и протонов Ер > 1 МэВ в солнечных событиях различной мощности. Видно, что во всех случаях потоки электронов сопровождаются потоками протонов, т.е. чисто электронных событий не существует.

До полета спутников "Прогноз" это мнение было широко распространено и предполагалось, что ускорение частиц в таких вспышках осуществлялось бетатронным механизмом, малоэффективным для ускорения тяжелых частиц. Дальнейшие исследования показали, что энергетические спектры е и р близки друг к другу, если их представлять в зависимости от кинетической энергии частиц, что требует совсем другого механизма их ускорения. На рис. 10.1 представлены результаты спутников "Прогноз", позволившие сделать этот вывод /52/.
2. Oбнаружена необычная мода быстрого распространения частиц: в узком интервале углов вблизи силовой линий, связанной с областью вспышки, электроны распространяются не только диффузионно, как при больших углах с оптимальной силовой линией межпланетного магнитного поля, но и практически без рассеяния, т.е. с сохранением узкого углового распределения на большей части пути от Солнца до Земли, что обеспечивает высокую скорость перемещения в пространстве.

Рис.10.2 Событие с быстрым и медленным распространением электронов (14.07.1972 г. и 04.04.1972 г.) по данным спутников "Прогноз". По оси абсцисс вpемя в минутах от начала события. - угловое отклонение точки наблюдения от силовой линии для вспышки-источника.

В процессе распространения этот "сгусток" частиц генерирует радиоизлучение Ш типа, частота которого связана с плотностью среды, в которой происходит распространение частиц. Такая же мода распространения наблюдалась и для протонов /53,54/.
Необходимо отметить, что зарегистрировать такое распространение частиц очень трудно, так как само попадание космического аппарата в узкий пучок таких частиц маловероятно, событие на орбите Земли длится короткое время, в среднем 10-20 мин, откуда следует, что сгусток частиц пролетающий мимо космического аппарата растянут в пространстве вдоль силовой линии только на 0,5-1,0 а.е. Вблизи Солнца этот сгусток, по-видимому, имеет еще меньшие размеры, так как по мере распространения в пространстве происходит его расплывание. Кроме того, для существования таких сгустков энергичных частиц необходимы определенные условия в среде распространения, достаточная "гладкость" магнитного поля и его фокусировка к плоскости эклиптики. Радиоизлучение Ш типа - это ленгмюровские колебания плазмы, их частота зависит от скорости частиц и плотности плазмы, которая уменьшается в межпланетном пространстве как квадрат расстояния. На рис. 10.2 представлен наиболее яркий случай такого быстрого распространения электронов.

3. В отсутствие интенсивных потоков частиц, ускоренных на Солнце, т.е. в периоды спокойного Солнца в межпланетном пространстве все равно наблюдаются небольшие потоки заряженных частиц, происхождение (источники) которых до настоящего времени не определены. Энергетический спектр протонов в спокойные периоды Солнца представлен на рис. 10.3.

Рис.10.3 Энергетический спектр протонов при спокойном Солнце

В области энергий <10-20 МэВ, а особенно <1 МэВ имелось очень немного измерений потоков частиц в спокойные периоды и их результаты сильно различались между собой. Это объяснялось несколькими причинами: во-первых, трудностями регистрации частиц в этой области энергий из-за малости их потоков и возможной их имитации другими частицами, во-вторых, из-за того, что само понятие "спокойного времени" не очень определено и в различные "спокойные" периоды потоки частиц в межпланетном пространстве оказывались разными. Одной из задач для эксперимента на спутнике "Прогноз-4" было измерение потоков частиц как можно ближе примыкавших по энергии к солнечному ветру. Использованный с этой целью прибор имел в качестве детектора открытый сцинтилляционный счетчик с кристаллом CsJ(Tl), регистрировавший протоны с энергией >25-30 кэВ. Спуститься ниже по энергиям не удавалось из-за шумов детектора (охлаждение детектеров в то время было нам не под силу), но и этот предел был в то время близок к рекордному /55/. Этот эксперимент позволил измерить спектры протонов в одном из самых спокойных периодов полета спутника "Прогноз-4". Из результатов этого эксперимента следует, что никаких особенностей в спектре между областью энергичных частиц (<1 МэВ) и солнечным ветром нет. Тем не менее вопрос об источнике частиц в этой области энергий остается открытым до сих пор.
Эти потоки не могут быть продолжением солнечного ветра в область больших энергий, высокоэнергичным "хвостом" солнечного ветра, т.к. их временное поведение не коррелирует ни со скоростью, ни с плотностью и температурой частиц солнечного ветра. Кроме того, частицы в интересующем нас интервале энергий имеют практически изотропное угловое распределение, в то время как потоки частиц солнечного ветра направлены строго по радиусу от Солнца.
4. В июле-сентябре 1972 года в полете находились сразу два спутника "Прогноз": "Прогноз-1" и "Прогноз-2", что позволило регистрировать одни и те же события в потоках частиц в разных точках пространства. Оказавлось, что во время некоторых событий потоки частиц имеют выраженную структуру, занимая, по-видимому, в пространстве отдельные узкие рукава. Это хорошо видно на рис. 10.4, где приведен пример потоков солнечных протонов с энергией 1-5 МэВ, зарегистрированный на двух спутниках: "Прогноз-1" и "Прогноз-2" в июле 1972 г.
Видна очень изрезанная картина потоков частиц, которая полностью повторилась на втором спутнике спустя 10 мин. Это означает, что имеющаяся сложная структура силовых линий и потоков частиц, с ней связанная, стационарна и вращается вместе с Солнцем.

Рис.10.4 Пространственная структура потоков частиц по однoвременным измерениям на спутниках "Прогноз-1" и "Прогноз-2"

При данном пространственном расположении спутников заполненные частицами структуры сначала захватывают спутник "Прогноз-2", а спустя 10 мин из-за вращения Солнца и движения солнечного ветра (со скоростью 400 км/c) достигают и спутника "Прогноз-1". Интересно отметить, что отдельные образования, "рукава", в межпланетном пространстве различаются не только величинами потоков энергичных частиц, но и их угловым распределением, что следует из различия анизотропии потоков, также измерявшейся в этих экспериментах.
5. Степень возмущенности межпланетного магнитного поля определяет скорость распространения, диффузии частиц в пространстве. Оказалось, что в 1972 году межпланетное магнитное поле имело квазистационарную структуру, сохранявшуюся в течение длительного времени. Это следует из скорости спада потоков солнечных частиц от вспышек на Солнце после достижения ими диффузионного максимума. Дело в том, что скорость спада потоков также зависит от коэффициента диффузии частиц, т.е. от степени возмущенности межпланетного магнитного поля. Для большинства возрастаний потоков солнечных частиц с энергией >1 МэВ в 1972 году спад происходил по экспоненциальному закону с характерным временем спада около 16 часов /56/.
Даже после крупнейших вспышек в августе 1972 года, когда межпланетное пространство было возмущено прохождением мощных ударных волн, спустя всего несколько суток все вернулось к исходному состоянию и характерное время спада потоков частиц опять составило около 16 часов.
6. На спутниках "Прогноз" была неоднократно зарегистрирована задержка прихода энергичных протонов (Ер > 100 МэВ) к орбите Земли по сравнению с приходом менее энергичных частиц, распространяющихся с меньшей скоростью /57/. Это означает, в естественном предположении, что энергичные протоны прошли такой же путь от Солнца до Земли, как и частицы меньших энергий, что они начали свое движение от Солнца позже основной массы частиц, т.е. что они или были задержаны в окрестностях Солнца, что маловероятно, ибо условия выхода частиц из магнитных и диффузионных ловушек для частиц малых энергий обычно более строги, чем для высоких энергий, или что они были ускорены позже основной массы частиц. Такое ускорение может быть осуществлено на ударной волне коронального транзиента, сопровождающего возникновение мощных вспышек. Эти результаты, полученные в 1972-83 годах, предвосхитили существующую ныне концепцию о двустадийном процессе ускорения частиц во вспышках на Солнце.
7. Полет первых двух спутников "Прогноз" пришелся на период спада солнечной активности и приборы спутников хорошо регистрировали рекуррентные потоки частиц, т.е. потоки, существующие в межпланетном пространстве длительное время и как бы вращающиеся вместе с Солнцем. Было выявлено несколько различных серий таких потоков, определены их характеристики и показано, что часть из них связана с активными областями на Солнце /58/. Наиболее интересным здесь следует считать заключение о том, что если активная область испускает рекуррентные потоки частиц, то в ней не накапливается избыточная энергия и, следовательно, ей нет необходимости освобождаться от излишней энергии взрывным образом, а значит в таких областях не происходят солнечные вспышки.
Дальнейшее изучение рекуррентных потоков показало, что чаще они связаны с так называемыми корональными дырами, областями пониженного излучения в мягком рентгеновсом участке спектра, являющимися также источниками высокоскоростного солнечного ветра. Изучение таких высокоскоростных потоков впоследствии привело к обнаружению очень долгоживущей рекуррентной серии, повторявшейся на 26-ти последовательных оборотах Солнца /59/.
8. Oпределена доза радиации в межпланетном пространстве для двух мощных солнечных вспышек 4 и 7 августа 1972 г./60/. Напомним, что доза радиации вне магнитосферы Земли значительно превышает дозу на околоземных орбитах, что особенно важно для межпланетных полетов и полетов на Луну.
9. Кроме этих результатов, относящихся к изучению Солнца и солнечной активности, на спутнике "Прогноз-9" были получены и результаты по рентгеновской астрофизике, а именно по рентгеновскому излучению локальных космических источников и космических гамма-всплесков /61/. Спутник "Прогноз-9" был запущен на очень высокоапогейную орбиту (~ 700000 км, период обращения в начале полета составлял 27 суток) 1 июля 1983 года и имел на борту прибор для регистрации рентгеновского излучения в диапазоне энергий Ех = 10 -200 кэВ. С ноября 1983 г. по февраль 1984 г. в поле зрения прибора находился центр Галактики, где расположено большинство галактических рентгеновских источников. Каждый из источников был в поле зрения прибора до 100 суток и его непрерывные наблюдения создавали благоприятные условия для изучения периодических процессов различной длительности. В результате был выделен хорошо известный источник в двойной затменной звезде (N 4U1700-37) c периодов 82 часа, а также обнаружен ряд ранее не наблюдавшихся источников с различными периодами от 2 до 152 часов. Проведено измерение крутизны энергетического спектра этих источников, для некоторых из них обнаружены изменения спектра со временем.
Для регистрации гамма-всплесков использовался этот же прибор. Всего было зарегистрировано 39 событий, удовлетворяющих условию статистической достоверности, для которых эффект превышал статистическое отклонение в 7 раз. Все эти события оказались относительно короткими, их длительность не превышала 30 секунд.

Эти результаты представляют значительный интерес для быстро развивающейся рентгеновской астрофизики, что способствовало проведению подобного эксперимента НИИЯФ МГУ на орбитальной станции "МИР" и разработке принципиально новой методики (прибор "ГАММАСКОП") для экспериментов на Международной космической станции (МКС), предназначенной для эксплоатации уже в 21 веке.
Перечень научных достижений на спутниках "Прогноз" можно было бы еще продолжить, но и из уже сказанного видно, что несмотря на все сложности и большой объем работы, создание этих спутников целиком себя оправдало. К сожалению, длительность работы каждого из спутников "Прогноз" была непродолжительной, обычно чуть более полугода, поэтому непрерывных последовательных измерений не получилось: на очередных спутниках, как правило, устанавливалась несколько измененная аппаратура и преемственность с предыдущими измерениями нарушалась. А очередные американские аппараты IMP запускались на орбиту в то время, когда предыдущие еще продолжали работу, так что в полете находилось сразу два действующих аппарата, что позволяло сравнивать результаты и проводить взаимную калибровку приборов. Ситуация явно не в пользу СССР, в основном из-за того, что наши спутники имели более короткое время активного существования. Малая длительность работы наших автоматических космических аппаратов вообще являлась слабым местом. Только некоторые из них достигали продолжительности активной работы 1 год, единицы - 3 лет, и рекорд на сегодня - 5 лет (спутник "Гранат"). А некоторые американские космические аппараты ( Pioneer-10, например) работали более 20 лет.


назад вперед оглавление литература
   На первую страницу по истории солнечно-земной физики

Для связи:
lll@srd.sinp.msu.ru
пароль: "лучшее - враг хорошего "