V. ВАЖНЕЙШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЗАВЕРШЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

 

Важнейшие результаты научных исследований, рекомендованные ученым советом Института космических исследований в отчет РАН, доклады Президента РАН и академика-секретаря ОФН:

 

Уникальное измерение спектра сверхмассивной черной дыры Sgr A*.

Проведен детальный анализ излучения недавно открытого нами жесткого рентгеновского источника IGR J17475-2822.

Показано, что источником жесткого рентгеновского излучения является гигантское молекулярное облако Sgr B2. Наиболее вероятным механизмом излучения, регистрируемого нами, является переработка прошлой (примерно 300 лет назад) активности сверхмассивной черной дыры Sgr A* в нашей Галактике. Полученный высококачественный спектр излучения Sgr B2 позволил определить начальный спектр Sgr A* 300 лет назад. Это измерение спектра АЯГ в жестком рентгеновском диапазоне при сверхнизкой светимости (1039 эрг/с) является уникальным, потому что современные технологии не позволяют повторить такое измерение ни в какой другой галактике - недостаточное угловое разрешение современных инструментов.

 

Рис.1. Верхний рисунок: Изображение галактического центра в жестком рентгеновском диапазоне (18-60 кэВ), полученное телескопом ИБИС обсерватории. ИНТЕГРАЛ. Контурными линиями обозначены уровни отношения сигнал/шум от 5.0 и выше, с коэффициентом 1.4. На рисунке, обозначены известные зарегистрированные рентгеновские источники. Нижний рисунок: то же самое изображение галактического центра, но контурами обозначено распределение яркости в линии 6.4 кэВ, измеренное в эксперименте ASCA/GIS. Показаны наибольшие молекулярные облака, положение источника Sgr A отмечено крестом.

Revnivtsev M.G., Churazov E.M., Sazonov S.Yu., Sunyaev R.A., Lutovinov A.A., Gilfanov M.R., Vikhlinin A.A., Shtykovsky P.E., Pavlinsky M.N. «Hard X-ray view of the past activity of Sgr A* in a natural Compton mirror», Astron. Astrophys., 425, L49, 2004

( к.ф.-м.н. М. Ревнивцев, д.ф.-м.н. Е. Чуразов,  к.ф.-м.н. С, Сазонов, академик Р. Сюняев, к.ф.-м.н. А. Лутовинов, д.ф.-м.н. М. Гильфанов, д.ф.-м.н. А. Вихлинин, П. Штыковский, д.ф.-м.н. М. Павлинский, 333-33-77, mikej@hea.iki.rssi.ru, churazov@hea.iki.rssi.ru)

 

GRB 031203: гамма-всплеск с необычайно малой энергией

Проанализированы наблюдения в жестких рентгеновских лучах обсерваторией ИНТЕГРАЛ гамма-всплеска GRB 031203, второго по близости всплеска с измеренным расстоянием за всю историю наблюдений. Это событие практически не отличается по своим временным и спектральным свойствам от обычных космологических гамма-всплесков. В частности, основная энергия была испущена в виде гамма-фотонов с энергиями выше 200 кэВ. Вместе с тем полная энергия этого всплеска примерно в тысячу раз меньше считавшейся обычной (в предположении изотропного выделения лучистой энергии). Кроме того GRB 031203 явно нарушает два считавшихся универсальными соотношения между основными энергетическими и временными параметрами гамма-всплесков. Открытие этого всплеска, как и обнаружение другого уникального всплеска GRB 980425, показывает, что во Вселенной существует многочисленная популяция слабых гамма-всплесков, связанных со взрывами сверхновых, а также опровергает представление, что гамма-всплески являются «стандартными свечами».

 

Sazonov S.Yu., Lutovinov A.A., Sunyaev R.A. «An apparently normal gamma-ray burst with an unusually low luminosity», Nature 430, 646, 2004

( к.ф.-м.н. С, Сазонов, к.ф.-м.н. А. Лутовинов, академик Р. Сюняев, 333-33-77, ss@hea.iki.rssi.ru, aal@hea.iki.rssi.ru)

 

Магниторотационный взрыв сверхновой

 

Впервые проведено двумерное численное моделирование задачи о магниторотационном взрыве сверхновой. Показано, что в двумерном приближении магниторотационный механизм, предложенный Г.С.Бисноватым-Коганом в1970 г., приводит к взрыву коллапсирующей сверхновой звезды. Энергия выбрасываемого при взрыве вещества составляет 0,6 (1051)эрг, что достаточно для объяснения взрыва сверхновых с коллапсирующим ядром. Расчеты были проведены для начального поля квудрупольного типа симметрии. На приведенном ниже рисунке представлено поле скоростей на развитой стадии взрыва (стрелки), цветом представлено распределение удельного углового момента. При взрыве сверхновой происходит разлет вещества, вынос углового момента из центральных областей звезды преимущественно в плоскости экватора, а также наблюдаемая несферическая (бочкообразная) форма остатка сверхновых объясняется в рамках данной модели.

В настоящее время магниторотационный механизм является единственным работающим механизмом взрыва коллапсирующих сверхновых, дающим достаточный для объяснения наблюдений выход энергии.

Публикации:
N.V.Ardeljan, Bisnovatyi-Kogan G.S., S.G.Moiseenko
Magnetorotational mechanism of supernova type II explosion 
Proc of IAU Colloquium 192 Supernovae (10 years of 1993J) 22-26April 2003 Valencia Spain (in press)
S.G.Moiseenko, G.S.Bisnovatyi-Kogan, N.V.Ardeljan
Magnetorotational supernova simulations 
Proc of the International Conference "1604-2004 Supernovae 
as Cosmological Lighthouses" (Padova, Italy, June 16-19, 2004), (San Francisco: ASP), (in press), astro-ph/0410330
 
N.V.Ardeljan, Bisnovatyi-Kogan G.S., S.G.Moiseenko
Magnetorotational supernovae
MNRAS (submitted) astro-ph/0410234
Г.С.Бисноватый-Коган, А.В.Тутуков Магнио-ротационные взрывы сверхновых звезд и образование нейтронных звезд в тесных двойных системах. АЖ 2004, 81, 797

 

д.ф.-м. н. Бисноватый-Коган Г.С. gkogan@iki.rssi.ru  333-45-88

к.ф.-м. н. Моисеенко С.Г.  moiseenko@iki.rssi.ru

 

Многозондовые исследования особенностей импульсного локального ускорения пучков ионов в магнитосфере.

Исследования пучков ионов (бимлетов) с помощью многозондовых измерений дали новые результаты по сравнению с результатами, полученными с одного космического аппарата. Обнаружены следующие характерные свойства ионных пучков без энергетической дисперсии и энерго-диспергированных структур в хвосте магнитосферы:

1. Анализ пространственной структуры бимлета, выполненный по данным многоспутниковых измерений CLUSTER (четыре спутника), позволил установить, что бимлет не является прямолинейной, вытянутой вдоль магнитного поля структурой, (как предполагалось ранее), а имеет вид «змейки», образованной в результате развития шланговой неустойчивости, возникающей при выходе бимлета из токового слоя в месте его генерации в дальнем хвосте магнитосферы. Установлено, что  продольный размер бимлета во много раз превышает его поперечный размер, и составляет несколько десятков радиусов Земли, в то время как размер бимлета в направлении поперек магнитного поля не превышает одного радиуса Земли. Это доказывает, что бимлеты генерируются в пространственно локализованных участках токового слоя геомагнитного хвоста (рис. 1).

2. Изучены два типа энерго-диспергированных ионных структур в диапазоне 1-30 кэВ на высотах 10000 - 25000 км, формирующихся в авроральной зоне при распространении пучков ионов из хвоста магнитосферы (данные «Интербол-2» CLUSTER). Обнаружено, что протонные структуры первого типа VDIS (Velocity Dispersed Ion Structues), состоят из нескольких (3-5) субструктур. Характерной особенностью каждой субструктуры является зависимость энергии от времени пересечения субструктуры спутником: сначала наблюдаются высокоэнергичные, затем низкоэнергичные ионы. Это доказывает их временную природу. Структуры второго типа TDIS (Time of flight Dispersed Ion Structures) представляют собой повторяющиеся структуры H+ (а также O+), имеющие максимальную энергию ~ 20-25 кэВ и постоянную энергию отсекания снизу > 2 кэВ. Характерные свойства двух типов ионных структур показывают, что VDIS может состоять из пучков ионов (бимлетов), генерирующихся на разных расстояниях протяженного токового слоя в экваториальной области пограничного плазменного слоя на расстояниях от 30 до 100 радиусов Земли, в то время как TDIS формируются из пульсирующих ионных пучков в достаточно компактной области вблизи внешнего края центрального плазменного слоя (рис. 2).

 

 

Литература:

1. Зеленый Л.М., Е.Е. Григоренко, А.О. Федоров, Пространственно-временные ионные структуры в хвосте магнитосферы Земли: бимлеты как результат неадиабатического импульсного ускорения плазмы.//Письма в ЖЭТФ, т. 80, вып.10, с.с. 771-783, 2004.

2. Grigorenko E.E., A.O. Fedorov, E.Yu. Budnik, J.-A. Sauvaud, L.M. Zelenyi, H.Reme, M.W.Dunlop, E. Penou, Spatial structure of beamlets according to CLUSTER observations.//Planetary Space Sci., 2004 (accepted for publication).

3. R. A Kovrazhkin and J. -A. Sauvaud, Energy dispersed auroral structures from

magnetotail ion beams, Auroral  phenomena and solar-terrestrial relations, Proceedings of the Conference in Memory of Yuri Galperin, 2004, (in press).

 

4. J.-A. Sauvaud and R. A. Kovrazhkin, Two types of energy dispersed ion structures      at the plasma sheet boundary, J. Geophys. Res., 2004, (in press).

 

(Григоренко Елена Евгеньевна, к.ф.-м.н., тел. 333-14-67, e-mail: elenagrigorenko2003@yahoo.com,

Ковражкин Ростислав Алексеевич, д.ф.-м.н., т. 333-54-77, e-mail: kovrazhkin@romance.iki.rssi.ru,

Зеленый Лев Матвеевич, чл.-корр.РАН, т. 333-51-22, e-mail: lzelenyi@iki.rssi.ru)

 

 

 

На рисунке 1 приведен мгновенный «фотоснимок» бимлета. Из рисунка ясно видно, что бимлет представляет собой «змейку» распространяющуюся в плоскости X’Y’.  Причем ширина этой змейки в направлении Y’ составляет всего 0.25Re, в то время как длина бимлетной структуры вдоль направления X’ не менее 25Re. Таким образом, бимлет представляет собой вытянутую вдоль магнитного поля плазменную структуру.

На рисунке 2 приводится АО- и АЕ- индексы (верхняя панель), энерго-временная спектрограмма ионов (средняя панель), средняя энергия ионов (нижняя панель). Структура VDIS наблюдается в UT = 03:08 - 03:16 и состоит из отдельных субструктур, сформированных ионными пучками (бимлетами) из хвоста магнитосферы.

 

 

Результаты исследований  Марса с орбитального космического аппарата «Марс-Экспресс» приборами с российским участием

 

КА Европейского космического агентства  «Марс-Экспресс» был выведен на орбиту Марса в конце 2003г. С января 2004г. спутник успешно работает на орбите Марса. Реализация «Марс-Экспресс» как преемника российского Марс-96 является крупнейшим успехом  европейской и российской планетной науки. На борту 7 научных приборов в которых российские ученые принимают участие в качестве  соисследователей. Для трех приборов: ОМЕГА (картирующий спектрометр), ПФС (Фурье-Спектрометр высокого разрешения) и СПИКАМ (универсальный УФ-ИК спектрометр) Россией были поставлены важные элементы, в том числе один из двух измерительных каналов СПИКАМ – спектрометр ближнего ИК диапазона на базе акустооптического фильтра (Korablev et al., 2003). Взаимодополняющие измерения при помощи комплекса приборов с российским участием (ОМЕГА, СПИКАМ, ПФС) позволили получить большое количество результатов. Это измерения термической структуры атмосферы с высокой точностью в беспрецедентном диапазоне высот (ПФС и СПИКАМ) включая  высоты 100-150 км, на которых происходит торможение КА (Zasova et al., 2004a, Quemerais et al., 2004), исследовать распределение и свойства облаков и аэрозолей (Засова и др., 2004 Федорова и др 2004), проводить минералогическое картирование обширных областей (ОМЕГА, Bibring et al 2004a).  Впервые одновременно измерены содержания и построены карты водяного пара и озона в атмосфере (СПИКАМ Fedorova et al., Perrier et al., и ПФС Ignatiev et al, 2004), oткрыто ранее неизвестное свечение NO атмосфере Марса (СПИКАМ, Leblanc et al, 2004, Bertaux et al 2004a), исследовано состояние атмосферы северной полярной области в начале зимы (ПФС, Zasova et al., 2004b), обнаружено неравномерное распределение моноксида углерода в атмосфере (ПФС, Ignatiev et al., 2004, Lellouch et al., 2004) и т.д. Интерпретация данных только начинается. Ниже приведены два наиболее завершенных результата.

 

Определение состава льда остаточной Южной полярной шапке Марса

Впервые напрямую обнаружен водяной лед в постоянной южной полярной шапке Марса в конце марсианского лета. Исходя из низкой температуры поверхности считалось, что остаточная  южная полярная шапка состоит исключительно из углекислотного льда. Впервые в спектрах  всех трех экспериментов были отождествлены полосы поглощения льда СО2. Кроме того, показано, что лед СО2 включает примеси льда Н2О и пыли, относительный вклад которых является пространственно зависимым. Лед СО2 не покрывает поверхность полностью и в поле зрения попадают участки свободного грунта. Распределение водяного льда и пыли также пространственно неоднородно. Карты, построенные по данным  ОМЕГА свидетельствуют о том, что участки водяного льда находятся по краям крупных областей СО2-льда.

 

Трехмерное изображение Южной полярной шапки Марса по данным спектрометра ОМЕГА, сканер которого изготовлен в России. Условные цвета: пыль красная, углекислотный лед белый, водяной лед синий. (Bibring et al., Nature 428, 627-630, 2004).

 

Спектры остаточной Южной полярной шапки полученные приборами ПФС (российские детекторы) и ИК спектрометром СПИКАМ (изготовлен в ИКИ), позволяющие отождествить лед СО2 с примесью пыли и льда Н2О (Formisano et al 2004b,  Bertaux et al, 2004b). Три спектра ПФС соответствуют трем разным орбитам. Доля поверхности не покрытой льдом изменяется от 0.14  до 0. Содержание  пыли составляет 0.005 -0.05 % , льда Н2О 0.0009 – 0.0025%.

 

Обнаружение метана в атмосфере Марса

Прибором ПФС подтверждено обнаружение метана в атмосфере Марса. Планетный Фурье-спектрометр инфракрасного диапазона (1.2 – 40 мкм) обладает высоким спектральным разрешением (1.3 – 2 см-1), что позволяет детектировать и исследовать распределение малых газовых составляющих атмосферы. Определено среднее содержание метана, равное 10 ± 5 ppb (частей на миллиард). По сравнению с усредненными астрономических данными, сообщение о которых появилось одновременно (Krasnopolsky et al., 2004) измерения ПФС свидетельствуют о различном содержании CH4 в различных областях Марса: 0 до 30 ppb. Это содержание весьма мало, тем не менее, его трудно объяснить абиогенными процессами (остаточный вулканизм, геотермальная активность, и др.) В любом, случае открытие метана сенсационно – оно либо указывает на биологическую активность в настоящем времени, либо на наличие на поверхности Марса горячих точек – потенциальных оазисов для различных форм жизни.

Q-CH4
 

 

Усредненный спектр ПФС с особенностью метана в сравнении с синтетическими спектрами и распределение метана  по орбитам. Красным показано содержание метана от 20 до  30 ppb, желтым 10-20 ppb и синим минимальные значения <10 ppb. Минимальные значения наблюдались в области Tharsis (в диапазоне долгот 150-290°Е),  а максимальные от 0 до 150°Е, включая равнины Hellas  и Isidis (Formisano et al. Science Express 28 Oct 2004 DOI: 10.1126/science.1101732 ).

Д.ф.-м.н. В.И. Мороз  , д.ф.-м.н. О.И. Кораблев, к ф.м.-н. Л.В. Засова,  к.ф.-м.н. Н.И. Игнатьев, А.А. Федорова, к.ф.-м.н. А.В. Родин, к ф.-м.н. Б.Е. Мошкин,  к ф.-м.н. А.П. Экономов,  к.ф.-м.н. Д.В. Титов

korab@iki.rssi.ru 3335434

 

Исследования состава грунта на поверхности Марса при помощи Мессбауэровского спектрометра во время миссии Mars Exploration Rover

Разработанный по инициативе специалистов ИКИ РАН в 1990г для космической миссии Марс-96 Мэссбауровский спектрометр  был установлен на марсоходах Spirit и Opportunity американской миссии Mars Exploration Rover. Эксперимент был успешно осуществлен с участием специалистов института в 2003 – 2004гг. Впервые в космических исследованиях получены мессбауэровские спектры состава грунта одной из планет Солнечной системы.  По этим спектрам определен состав соединений железа на поверхности Марса. Эти результаты указывают на возможность существования воды на поверхности планеты в прошлом.

 

На графике первый спектр Мессбауэровского спектрометра на  Mars Exploration Rover Spirit в кратере Гусева, демонстрирует наличие трех различных железосодержащих пород. Один из них, оливин – ярко-зеленый минерал часто встречающийся в лавах на Земле. Сохранность этого минерала говорит о том, что он не подвергался эрозии и химическому воздействию воды. Справа: мессбауэровский спектр позволил отождествить в камне «Эль Капитан» на равнине Меридиани минерал яросит, содержащий связанную воду (гидроксил). (Morris et al., Science, 305, 6 August, 2004; Klingelhofer et al., Science, in press)

Д.ф.-м.н. В.М. Линкин, к ф.м.-н. Е.Н. Евланов, к ф.м.-н. Б.В. Зубков, Д.С. Родионов.

evlanov@iki.rssi.ru 3331167

Экспериментально подтверждена новая гипотеза синтеза органических соединений из неорганических веществ на базе атомов углерода в плазменном факеле, возникающем при сверхскоростном столкновении материи

 

На начальном этапе гипотеза была подтверждена в экспериментах, моделирующих плазменный факел с помощью лазерного воздействия, позже и независимо - в прямых ударных экспериментах на ускорителе микрочастиц. Было показано, что массовые спектры химических соединений, синтезированных в модельных экспериментах (Рис. 1А) и в процессе удара (Рис.1В) подобны, а процесс при моделировании удара воспроизводится правильно с высокой достоверностью.

В экспериментах, моделирующих сверхскоростной удар с помощью лазерного воздействия, были синтезированы органические соединения, включая полимеры, фрагменты аминокислот, простые и сложные углеродные структуры. Полученные результаты демонстрируют возможность  абиогенного синтеза в процессах сверхскоростного столкновения материи  в межзвездных газопылевых облаках и в процессе метеоритной бомбардировки на Земле в период «метеоритных дождей», что могло способствовать зарождению жизни.

А)
 

 

 
 

  В)
 
 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
Managadze G.G., Brinckerhoff W.B., Chumikov A.E., and Managadze N.G. The synthesis

 

of organic molecules in a laser plasma similar to the plasma that emerges in hypervelocity collisions of matter. Physical Chemistry 2004. Proc. Of the 7th Int. Conf. On Fundamental and Applied Aspects of Phys. Chem. Serbia and Montenegro. Vol 2., p. 819-825

д.ф.-м.н., профессор Г.Г. Манагадзе Тел. 333-42-02 managadze@iki.rssi.ru

 

 

Выявлена тесная связь между многолетними флуктуациями скорости вращения Земли и долговременной изменчивостью климатических характеристик, в частности с температурой поверхности (глобальной и полушарными) и с циклами процесса ENSO (Эль-Ниньо – Южное Колебание).

 

ENSO – один из интереснейших процессов планетарного масштаба, протекающий в системе океан-атмосфера, и вносящий заметный вклад в низкочастотную изменчивость практически всех гидрометеорологических характеристик системы. Одноименные фазы ENSO повторяются циклично через 2-7 лет и одной из особенностей периодов ENSO является кратность (в той или иной мере) периодам нутаций географических полюсов Земли (вынужденной – 18,6 лет и свободной – 1,2 года). Анализ показывает заметную нестабильность циклов ENSO во времени: возникнув на одних частотах, они через некоторое время затухают и возбуждаются уже на других. Эта нестабильность хорошо коррелирует с флуктуациями скорости вращения Земли и с изменениями солнечной активности (так, например, сбои циклов ENSO происходят в периоды ослабления солнечной активности, а характер экстремумов и структура функции перемежаемости для индексов Южного Колебания и чисел Вольфа практически повторяют друг друга). Известно, что многолетние флуктуации скорости вращения Земли тесно связаны с эпохами атмосферной циркуляции, с климатическими характеристиками и, соответственно, с вариациями климата планеты.

 

Д.ф.-м.н. Астафьева Н.М. ast@iki.rssi.ru .

Астафьева Н.М. Крупномасштабные структуры в системе океан-атмосфера и их влияние на климат планеты. Международная конференция «Трансформация волн, когерентные структуры и турбулентность». Москва, 23-25 ноября 2004, стр. 1-6, в печати.

 

Разработан  метод картографирования повреждений растительного покрова пожарами по данным спутниковых наблюдений. Создана база данных о повреждениях наземных экосистем Северной Евразии за период 2000-2004 годов.

 

Проведен комплекс научных исследований и  разработок,  позволивших создать новый метод и полностью автоматическую технологию выявления и картографирования повреждений растительного покрова пожарами на основе совместного использования данных наблюдений спутниковыми инструментами SPOT-Vegetation и Terra/Aqua-MODIS. Высокая эффективность метода и достоверность получаемых им результатов была подтверждена в ходе валидации, включавшей в себя использование репрезентативной выборки спутниковых данных  высокого разрешения Landsat-ETM+ и Метеор-3М/МСУ-Э, а также самолетных и наземных обследований. Использование разработанного метода впервые позволило сформировать базу данных о повреждениях растительного покрова на всей территории Северной Евразии за период 2000-2004 годов (рис. 1). В работе участвовали ЦЭПЛ РАН и ФГУ «Авиалесоохрана». Данной работой  положено начало формированию  базы многолетних данных о воздействии пожаров на бореальные экосистемы, необходимой для моделирования взаимодействия наземных экосистем и изменяющегося климата планеты. Результаты данной работы в настоящее время имеют как большое научное, так и прикладное значение, обусловленное необходимостью создания системы учета эмиссий углекислого газа, в связи с ратификацией в 2004 году Россией Киотского протокола.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис. 1 Повреждения  наземных экосистем Северной Евразии пожарами в 2000-2003 годах по данным спутникового инструмента SPOT-Vegetation

 

К.т.н. Барталев С.А., Д.т.н. Лупян Е.А., Егоров В. , к.т.н. Ершов Д.В., Уваров И.

Публикации:

-        Барталев С.А., Егоров В.А., Лупян Е.А., Уваров И.А. Оценка площади повреждений наземных экосистем Северной Евразии пожарами в 2000-2003 годах по спутниковым данным инструмента SPOT-Vegetation // Материалы Второй открытой Всероссийской конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса ", Москва, 16-18 ноября 2004 г. Материалы научной конференции, стр. 216

-        Егоров В.А., Барталев С.А. Анализ временных серий спутниковых данных SPOT-Vegetation для детектирования поврежденной пожарами растительности Северной Евразии Vegetation // Материалы Второй открытой Всероссийской конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса ", Москва, 16-18 ноября 2004 г. Материалы научной конференции, стр. 219