Interested Article - АРИНА (космический эксперимент)

АРИ́НА — российский комплекс научного оборудования, установленного на космический аппарат дистанционного зондирования Земли ( ДЗЗ ) — « Ресурс-ДК1 » .

Основной целью данного эксперимента является отработка новых методов прогнозирования землетрясений космическими средствами. Метод основан на регистрации всплесков высокоэнергичных заряженных частиц в околоземном космическом пространстве, появляющихся за несколько часов до предстоящего землетрясения .

Эксперимент подготовлен в Институте космофизики (ИНКОС) Московского инженерно-физического института ( НИЯУ МИФИ ) .

Космический аппарат «Ресурс-ДК1» с научным оборудованием на борту был выведен на орбиту 15 июня 2006 года ракета-носителем Союз-У с космодрома « Байконур ».

Описание эксперимента

Технические характеристики эксперимента

Эксперимент «АРИНА» осуществляется на низкоорбитальном космическом аппарате «Ресурс-ДК1» со следующими параметрами орбиты: высота в пределах 350—600 км с наклонением 70° .

Научная аппаратура для проведения космического эксперимента «АРИНА», разработанная в ИНКОС представляет собой малогабаритный многослойный (10 слоёв) автоматический сцинтилляционный спектрометр для регистрации всплесков заряженных частиц, установленный в герметичном контейнере космического аппарата .

Спектрометр позволяет регистрировать и идентифицировать электроны (3—30 МэВ) и протоны (30—100 МэВ), а также измерять энергию частиц с погрешностью 10—15 % . Светосила прибора, определяемая размерами и конфигурацией его детекторов, имеет значение порядка 10 см ² ·ср. Толщина слоя вещества в поле зрения спектрометра около 0,5 г/см ² .

Масса всего оборудование эксперимента «АРИНА» не превышает 8 килограмм .

Суть эксперимента

Метод основан на регистрации всплесков высокоэнергичных заряженных частиц — протонов с энергиями 30—100 МэВ и электронов с энергиями 3—30 МэВ и измерению их энергии, что позволяет изучать энергетические спектры и временные профили потоков частиц в околоземном космическом пространстве, появляющихся за несколько часов до предстоящего землетрясения и, таким образом, выступающих как его краткосрочные предвестники .

Благодаря основной ориентации спутника «Ресурс-ДК1», при которой ось спектрометра перпендикулярна плоскости орбиты космического аппарата, и реализуются оптимальные условия для регистрации под радиационным поясом Земли высыпающихся частиц, как вторичного происхождения — атмосферного альбедо, то есть частиц, захваченных геомагнитным полем, так и частиц, приходящих из межпланетного пространства .

Расчетная продолжительность эксперимента как и срок функционирования космического аппарата «Ресурс-ДК1» должны составлять не менее трёх лет . За три года непрерывных измерений предполагается зарегистрировать порядка 100 сейсмических всплесков. В каждом из них предполагается измерять эволюцию энергетических спектров и их временные профили, что необходимо для определения местоположение эпицентра предстоящего землетрясения

Предполагается, что широта и долгота эпицентра землетрясения в эксперименте могут быть определены с погрешностью порядка 1—2° или 100—200 км .

Для организации непрерывных измерений, учитывая неоднородность потоков заряженных частиц вдоль орбиты спутника, предусмотрены различные режимы работы аппаратуры и условия накопления информации. При проведении эксперимента передача информации от «Арины» на наземный комплекс «Памелы» (эксперимент PAMELA ) будет происходить несколько раз в сутки .

В обработке и анализе научной информации по этому эксперименту примут участие итальянские ученые из Института ядерной физики Университета « Тор Вергата » .

Цели эксперимента

В ходе эксперимента планируется решить следующие научные задачи:

определить эффективность регистрации всплесков частиц — предвестников землетрясений ;
разработать метод разделения сейсмических всплесков частиц и всплесков частиц, имеющих другую физическую природу, в том числе связанных с магнитосферными возмущениями;
реализовать метод определения географических и пространственных координат эпицентра предстоящего землетрясения по результатам измерений пространственных, временных и энергетических характеристик всплесков частиц .

Результаты эксперимента

Запуск космического аппарата

15 июня 2006 года в 8:00:00 UTC с пусковой установки № 5 площадки № 1 космодрома Байконур силами Роскосмоса осуществлен пуск ракеты-носителя « Союз-У » (индекс — 11А511У № 096) с российским космическим аппаратом дистанционного зондирования Земли «Ресурс-ДК1». Пуск прошёл в расчетное время .

Кроме основной целевой оптикоэлектронной полезной нагрузки на космическом аппарате «Ресурс-ДК1» была установлена научная аппаратура « Памела » и «Арина» .

Через девять минут после старта спутник «Ресурс-ДК1» благополучно отделился от последней ступени носителя и вышел на опорную орбиту с параметрами:

наклонение — 69,94°;
высота в перигее — 199,1 км;
высота в апогее — 368,9 км;
период обращения — 89,93 мин .

Проверка научного оборудования спектрометра «Арина» продолжалась до июля 2006 года. В ходе проверок систем осуществлялась оценка работоспособности прибора, проводились контрольные измерения с целью оценки фоновых условий и выбора режимов предстоящих измерений, а также приём и обработка научной информации на наземном комплексе .

Регистрация всплесков заряженных частиц геофизической природы

В течение 2006—2007 годов, в ходе непрерывных измерений потоков частиц было обнаружено несколько десятков всплесков частиц разного рода и происхождения. Совместный анализ пространственных и временных распределений зарегистрированных всплесков частиц и данных по солнечным событиям, индексам глобальной геомагнитной активности, геомагнитным пульсациям, геофизическим явлениям. показал, что всплески частиц имели различную природу: солнечно-магнитосферную, сейсмическую, грозовую .

По результатам полученных данных была оценена доля всплесков частиц сейсмической природы (предвестников землетрясений) и она составила 15—20 % среди всех зарегистрированных всплесков .

Также в указанный период измерений в эксперименте «АРИНА» были обнаружены вариации потоков протонов и электронов, связанные с развитием солнечных событий, включая мощные солнечные события в декабре 2006 года. Изучена динамика потоков и энергетических спектров солнечных вспышечных частиц и вторичных частиц во внутренних зонах магнитосферы .

В целом постановщиками эксперимента было отмечено согласующуюся картину в наблюдательных данных, при этом в эксперименте «АРИНА» выявлены и дополнительные особенности, по-видимому, связанные с различиями в орбитах космических аппаратов и в энергетических диапазонах регистрируемых частиц .

Также в эксперименте было определено географическое распределение местоположение зарегистрированных в эксперименте «Арина» всплесков высокоэнергетических частиц. Структура данного распределения практически полностью совпадает с подобными результатами, полученными в ходе ранее проводимых экспериментов, таких как , ГАММА-1 и .

Регистрация солнечно-магнитосферных событий

Кроме основной задачи в эксперименте «Арина» проводились изучения вариаций потоков электронов и протонов приходящих из межпланетного пространства .

В ходе эксперимента было обнаружено несколько возрастаний потоков частиц, связанных с развитием солнечных событий. Наиболее яркие вариации интенсивности были измерены в декабре 2006 года, после серии мощных солнечных вспышек .

В рамках эксперимента было выполнено сравнение полученных данных с результатами измерений временных и энергетических характеристик потоков протонов и электронов в других космических экспериментах: GOES , , PAMELA , .

Результаты эксперимента

Согласно результатам эксперимента, полученные данные предоставляют возможность использовать спектрометры по регистрации всплесков частиц для дистанционной диагностики локальных магнитосферных и геофизических возмущений, включая сейсмические колебания земной коры .

Эксперимент показывает, что если спектрометром на космическом аппарате был зарегистрирован всплеск частиц высоких энергий, то существует возможность определить географическое местоположение локального возмущения радиационного пояса. В случае сейсмического возмущения, возникшего в процессе подготовки землетрясения таким образом возможно определить местоположение очага предстоящего землетрясения.

Текущие состояние

Состоянием на начало 2013 года спутник «Ресурс-ДК1» продолжает свою работу. Все системы работают в штатном режиме.

В ходе эксперимента зарегистрировано около 200 всплесков электронов с энергиями в диапазоне 3—20 МэВ. Набранная статистика позволила впервые детально изучить пространственные и временные характеристики всплесков частиц, и провести корреляционный анализ между всплесками частиц и солнечно-магнитосферными и геофизическими явлениями. В результате были получены следующие результаты :

Обнаружено, что наряду со вспл:
Выявлены особенности в географических распределениях всплесков частиц, показывающие, что около 70 % таких всплесков связаны с молниевыми разрядами и расположены над зонами повышенной грозовой активности.есками частиц, наблюдаемыми на различных долготах возмущенных дрейфовых L-оболочек, есть всплески частиц, группирующиеся вдоль линий тектонических разломов. Показано, что около 20 % всплесков частиц в общем числе зарегистрированных всплесков могут иметь сейсмическую природу, при этом они локализованы на дрейфовых L-оболочках землетрясений и предшествуют за несколько часов землетрясениям с магнитудой более 4. Оценена вероятность регистрации сейсмического всплеска частиц в спутниковых измерениях и показано, что она близка к 100 % при магнитуде землетрясения более 7 и резко убывает почти на два порядка при магнитуде 4.
Обнаружено значительное увеличение числа событий — всплесков интенсивности высокоэнергичных электронов в магнитосфере Земли непосредственно над районом Японии , связанных с резким возрастанием сейсмической активности в этой зоне в марте 2011 года.
Разработан подход к использованию всплесков высокоэнергичных частиц для дистанционной диагностики локальных магнитосферных и геофизических возмущений, включая сейсмические, основанный на измерении характеристик всплесков частиц .
Обнаружено, что наряду со вспл.

Подобная научная аппаратура (эксперимент « ») установлена на Международной космической станции . Проведение коррелированных измерений потоков частиц на двух космических аппаратах даст новые возможности в изучении природы всплесков высокоэнергичных частиц, повысит надежность получаемых результатов в будущем .

См. также

Примечания

↑ , p. 4.
↑ , p. 5.
↑ , p. 471.
↑ , p. 379.
↑ .
↑ , p. 380.
, p. 379, 380, 381.
.
↑ , p. 1.
, p. 3.
, p. 2.
↑ , p. 381.
↑ .

Статьи

Копик А. Долгожданный «Ресурс-ДК1» // Новости космонавтики : журнал. — ФГУП ЦНИИмаш , 2006. — Т. 16 , № 8/283 . — С. 4—5 . — ISSN .
Бакалдин А. В. , Батищев А. Г. , Воронов С. А. , Гальпер А. М. , Гришанцева Л. А. , Колдашов С. В. , Наумов П. Ю. , Чесноков В. Ю. , Шилов В. А. // Космические исследования : журнал. — 2007. — Т. 45 , № 5 . — С. 471—474 . — ISSN .
Бакалдин А. В. , Батищев А. Г. , Воронов С. А. , Гальпер А. М. , Гришанцева Л. А. , Колдашов С. В. , Наумов П. Ю. , Чесноков В. Ю. , Шилов В. А. Эксперимент «АРИНА» по регистрации космических предвестников землетрясений на борту ИСЗ «РЕСУРС-ДК1 №1» // Известия Российской академии наук. Серия физическая : журнал. — 2005. — № 6 . — С. 918—920. . — ISSN .
Александрин С. Ю. , Бакалдин А. В. , Батищев А. Г. , Бжеумихова М. А. , Воронов С. А. , Гальпер А. М. , Гришанцева Л. А. , Колдашов С. В. , Наумов П. Ю. , Чесноков В. Ю. , Шаронова Н. Д. , Шилов В. А. // Известия Российской академии наук. Серия физическая : журнал. — 2009. — Т. 73 , № 3 . — С. 379—381 . — ISSN .
Galper A.M. , Koldashov S. V. , Ulitin A. A. (англ.) // Bulletin of the Lebedev Physics Institute : журнал. — 2009. — Vol. 38 , no. 7 . — P. 209—214 . — ISSN . — doi : .