ИСТИНА

Исследование транзиентных атмосферных явлений (ТАЯ) является актуальным направлением как физики верхней атмосферы, ионосферы и магнитосферы, так и физики газового разряда. Несмотря на интенсивное развитие физики высоко-атмосферных разрядов в последние несколько лет, остаётся ещё много нерешенных вопросов, связанных, в первую очередь, с механизмами генерации оптических ТАЯ разного типа («спрайтов», «эльфов», «джетов» и др.), исследования механизмов инициации молнии, появления энергичного гамма-излучения. В настоящее время работают или планируются к запуску ряд международных и российских и орбитальных миссий (ASIM, «УФ атмосфера», «ВАТТ»), направленных на разностороннее исследование этих явлений. Эти же явления изучают также с борта самолетов (миссии ALOFT) и при помощи многочисленных наземных геофизических обсерваторий (в частности, на высокогорной станции «Арагац»). Для дальнейшего изучения ТАЯ необходимо проведение комплексных космических и наземных экспериментов. Важными направлениями исследования являются: 1) Развитие методологии инструментального контроля и анализа данных мониторинга атмосферы на современном уровне средств наземных и спутниковых измерений. 2) Разработка и создание новых образцов аппаратуры для исследования атмосферы и ионосферы. 3) Получение новых данных о составе и динамических процессах в системе атмосфера-ионосфера-магнитосфера, атмосферного электричества, в том числе экстремальных явлений. 4) Совершенствование знаний о динамике атмосферы и ее связи с условиями на границах атмосферы, факторами внешних воздействий и внутренней изменчивости. Конкретные цели в рамках обозначенных направлений: 1) изучение пространственно-временной структуры и спектра излучения от молний и ТАЯ; 2) изучение ТАЯ на больших расстояниях от грозовых областей; 3) изучение глобальной структуры УФ свечения атмосферы с высоким временным разрешением; 4) исследование механизмов возникновения ТАЯ, в том числе и гамма-транзиентов (таких как земные гамма-вспышки, TGF, и др.). 5) разработка дистанционных оптических методов зондирования внутриоблачных процессов. Важнейшей практической задачей данной НИР является развитие сверхбыстрой орбитальной техники регистрации оптических явлений в атмосфере Земли с широким полем зрения. Фактически речь идет о перспективной разработке и создании новых образцов аппаратуры, в том числе роботизированной и дистанционной, для исследования атмосферы и ионосферы.

Данная НИР выполняется на пересечении ряда приоритетных направлений фундаментальных и поисковых научных исследований Российской Федерации. По направлению исследований 1.5.9.5. «Создание методов, технологий и аппаратуры атмосферных и ионосферных исследований» предполагается разработка и создание новых образцов аппаратуры (в том числе роботизированной и дистанционной) для исследования атмосферы и ионосферы. В рамках этого направления предполагается получение следующих конкретных результатов: 1) Разработка, изготовление и тестирование широкоугольного детектора оптических транзиентных атмосферных явлений с возможностью регистрации спектра излучения с высоким временным разрешением. 2) Разработка и изготовление спутниковых фотометров высокого временного разрешения с целью создание системы оптических наблюдений экстремальных транзиентных явлений в атмосфере Земли (СОНЭТ). По направлению исследований 1.5.9.1. «Состав, структура и динамика атмосферы (включая ионосферу и магнитосферу); изучение атмосферных процессов и явлений, в том числе экстремальных» будут получены новые данные о составе и динамических процессах в системе атмосфера-ионосфера-магнитосфера, атмосферного электричества, а также о связи между условиями на границах атмосферы, факторами внешних воздействий (космической погоды) и внутренней изменчивости. Эти данные будут получены при обработке и анализе данных научной аппаратуры, разработанной в ходе данной НИР, а также с привлечением других сведений (данные грозопеленгаторов, детекторов заряженной компоненты на спутниках Земли, оптических наземных камер всего неба и пр.). В рамках этого направления предполагается получение следующих конкретных результатов: 1) База данных ТАЯ. Глобальное распределение ТАЯ. Классификация ТАЯ по пространственно-временной структуре. 2) Выделение класса внегрозовых ТАЯ. Определение механизмов их возникновения. 3) Взаимосвязь частоты регистрации ТАЯ с геомагнитной обстановкой и факторами космической погоды. 4) Сведения о тонкой пространственно-временной структуре («паттерне») ТАЯ различного типа. По направлению исследований 1.5.12.2. «Разработка аппаратуры и методов дистанционного зондирования Земли, включая новые системы измерения и обработки данных» предполагается 1) Развитие баейсовских методов реконструкции параметров динамической модели ТАЯ (в рамках так называемого SBI, simulation-based inference) с целью дистанционного зондирования внутриоблачных грозовых процессов. 2) Создание специализированного программного обеспечения, реализующего процедуры обработки и анализа данных наземного и орбитального детектирования ТАЯ, в том числе и байесовские методы зондирования грозовых процессов.

Исследования ТАЯ начаты в НИИЯФ МГУ в 2005 году после запуска спутника "Университетский-Татьяна". В ходе первого эксперимента были получены предварительные карты регистрации ТАЯ, информация о фоне УФ-свечения атмосферы. Затем эти исследования были продолжены в последующих космических миссиях МГУ "Университетский-Татьяна-2", "Вернов", "Ломоносов" (изображающий детектор «ТУС»). Усовершенствование аппаратуры (пространственное разрешение, повышение чувствительности и временного разрешения) позволило получить ряд новых результатов, в частности, энергетический спектр УФ вспышек в атмосфере Земли, подробные карты УФ-свечения и оптических ТАЯ. Уже в ходе выполнения данной НИР удалось зарегистрировать внегрозовые УФ-вспышки, которые были отнесены к отдельному классу ТАЯ. Подготовлена и введена в эксплуатацию научная аппаратура «УФ атмосфера»/Mini-EUSO для работы на Международной космической станции. Сотрудники лаборатории принимают активное участие в анализе данных Mini-EUSO, в том числе и событий типа ELVES. Созданы УФ детекторы для малых космических аппаратов класса наноспутников. Коллектив обладает опытом создания фотометрической аппаратуры, проведения космических экспериментов и работает в тесном международном сотрудничестве. В последнее время в лаборатории при интерпретации данных, зарегистрированных многоканальными фотометрами (изображающими детекторами), значительное внимание уделяется современным методам анализа данных в том числе и баейсовскому выводу в рамках вероятностного программирования. В ряде публикаций сотрудников лаборатории продемонстрирована возможность (и перспективность) извлечения высокоточной информации о грозовом разряде на основе его ионосферного отпечатка-эльфа (эльфолокация).