Уникальные научные установки

Российская национальная наземная сеть станций космических лучей (Сеть СКЛ)

УНУ создана в 1957 году

Адрес
Руководитель работ
Сведения о результативности за 2016 год (данные мониторинга)
Участие в мониторинге Число организаций-пользователей, ед. Число публикаций, ед. Загрузка в интересах внешних организаций-пользователей, %
да1330100.00
Базовая организация

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук

Информация об уникальной научной установке (УНУ)

Российская национальная наземная сеть станций космических лучей создана в 1957 году. Сеть обеспечивает уникальную возможность для исследования свойств гелиосферы и получения важнейших характеристик для диагностики и прогноза возмущений в околоземном космическом пространстве, а в качестве зонда используется космическое излучение.  В состав сети входит 14 станций космических лучей и 3 станции стратосферного зондирования. Сеть оснащена нейтронными супермониторами, мюонными телескопами и аппаратурой стратосферного зондирования. Основные характеристики СЕТИ СКЛ: 1) Прецизионные измерения, позволяющие получить для галактических космических лучей точностью 0.1%/час, не достижимую на космических аппаратах. 2) Широкий диапазон энергий (от 0.1 до более 100 ГэВ), который существенно дополняет энергетический диапазон, доступный на космических аппаратах. 3) Высокое временное разрешение (минутное и часовое), позволяющее отражать в данных наземных детекторов все основные солнечные и гелиосферные процессы. 4) Уникальная непрерывность и длина ряда данных, получаемых в результате мониторинга на СЕТИ СКЛ, позволяющая изучать изменения межпланетной среды и солнечной активности в те периоды, когда другие измерения отсутствовали. 5) Данные Российской сети станций космических лучей находятся в открытом доступе, публикуются в реальном времени на сервере ИЗМИРАН (http://cr0.izmiran.ru/mosc) и включены в Европейскую базу нейтронных мониторов высокого временного разрешения (http://www.nmdb.eu). Для хранения архивных данных и данных реального времени созданы базы данных нейтронных детекторов nmdb (real-time database for high resolution neutron monitor measurements) и мюонных детекторов mddb (muon detector data base). Кроме того, данные мониторинга каждой станции доступны на локальных серверах организаций-участников. Работы на УНУ выполняются 8 научными организациями, подведомственными ФАНО: Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им Н.В.Пушкова, (Москва, Мирный-Антарктида), Полярный Геофизический Институт (Апатиты, Баренцбург-Арктика), Институт солнечно-земной физики (Иркутск, Иркутск-2000 м, Иркутск-3000 м, Норильск), Институт космофизических исследований и аэрономии им Ю.Г. Шафера (Якутск, Тикси), Институт космофизических исследований и распространения радиоволн (мыс Шмидта, Магадан), Геофизическая служба (Новосибирск), Институт ядерной физики (Баксан), Физический институт (Мурманск, Москва, Мирный-Антарктида).

Главные преимущества, обоснование уникальности установки, в том числе сопоставление УНУ с существующими аналогами

Главное преимущество УНУ: сеть станций космических лучей организована как многонаправленный и прецизионный детектор космического излучения для исследования окружающего космического пространства. Такой подход позволяет получить, например, часовые значения анизотропии космических лучей с точностью 0,1%, не достижимой на космических аппаратах. Использование различных типов детекторов (нейтронных супермониторов, мюонных телескопов, стратосферного зондирования) позволяет проводить мониторинг в широком диапазоне энергий (от 0,1 до более 100 ГэВ), который существенно дополняет энергетический диапазон, доступный на космических аппаратах. Объединение детекторов в единую сеть позволяет достичь абсолютной непрерывности наблюдений. Российская национальная наземная сеть станций космических лучей, как сегмент Мировой сети, является уникальной распределенной научной установкой, поскольку СЕТЬсоздана в единичном варианте, с техническими характеристиками, не имеющими аналогов ни в Российской Федерации, ни в мире; технические характеристики постоянно поддерживаются на прецизионном уровне в соответствии с возникающими требованиями при решении современных космофизических задач. СЕТЬ СКЛ оснащена уникальными детекторами космических лучей, изготовленными по спецзаказу промышленностью, и приборами собственной разработки, изготовленными профильными СКБ. СЕТЬ СКЛ наземного базирования для мониторинга космического пространства и Космические Аппараты, решая общие задачи, не конкурируют, а взаимно дополняют друг друга, работая в разных энергетических диапазонах и при разных условиях.По функциональным параметрам наиболее билзки УНУ только космические аппараты. Если СЕТЬ СКЛ можно рассматривать как “Космический корабль Земля”, измеряющий космическое излучение в плоскости эклиптики на постоянном удалении от Солнца, то космические аппараты позволяют выйти за пределы плоскости эклиптики (например, космический зонд Ulysses) или удалиться от Солнца на многие десятки астрономических единиц. Но космические аппараты уступают по точности, надёжности, непрерывности и ограничены низкоэнергетическим диапазоном измеряемых частиц. СЕТЬ СКЛ позволяет проводить исследования по изучению процессов в межпланетной среде, в магнитосфере и атмосфере Земли. Система многофункциональна и предназначена для раннего обнаружения и прогнозирования чрезвычайных ситуаций внеземного происхождения, мониторинга окружающей среды, обеспечения безопасности уникальных и ответственных космических объектов.

Основные направления научных исследований, проводимых с использованием УНУ

  • получение новых знаний о физических процессах, ответственных за модуляционные эффекты в космических лучах, вызываемых солнечной активностью;
  • исследования спорадических явлений на Солнце и в межпланетной среде и их взаимосвязей с динамикой потоков высокоэнергичных частиц на орбите Земли, установление структуры гелиосферы в целом, изучение влияния космических лучей на атмосферу и ионосферу Земли;
  • получение новых экспериментальных данных о потоках космических лучей в широком интервале энергий (0,1 – 100) GeV в различные периоды солнечной активности и накопление результатов измерений;
  • обеспечение бесперебойной работы российской сети для непрерывной регистрации потоков заряженных частиц в атмосфере до стратосферных высот, обеспечение наземного мониторинга нейтронными супермониторами, наземными и подземными мюонными телескопами;
  • исследование  межпланетной среды  и солнечно-земных связей;
  • исследование процесса ускорения и распространения солнечных космических лучей;
  • исследование воздействия на космические лучи корональных выбросов массы и распространяющихся межпланетных возмущений;
  • исследование долгопериодных вариаций в масштабе циклов солнечной активности и магнитных циклов Солнца;
  • исследование анизотропии космических по данным Мировой сети станций;
  • исследование магнитосферных эффектов космических лучей;
  • изучение процессов, связанных с прохождением  космических лучей через магнитосферу и атмосферу Земли;
  • решение прикладных задач с использованием естественного фонового нейтронного и мюонного излучения;
  • решение практических задач космической  погоды в режиме реального времени (вопросы диагностики процессов в межпланетной среде, возможности прогнозирования солнечной активности и спорадических явлений на Солнце, диагностика и прогнозирование радиационной опасности);
  • исследование роли потоков заряженных частиц в атмосферных процессах и в атмосферном электричестве;
  • работы по модернизации аппаратуры, регистрирующей потоки космических лучей.

Наиболее значимые научные результаты исследований

1) Получены пространственно-временные вариации плотности естественного космического излучения с энергией 1-20 ГэВ в околоземном пространстве на основе непрерывного наземного мониторинга КЛ российской сетью нейтронных мониторов в 23-24 циклах солнечной активности. 2) Разработана и создана база данных nmdb (Neutron Monitor Data Base), которая объединяет доступные данные нейтронных детекторов Мировой сети станций. 3) Разработана и создана база данных mddb (Muon Detector Data Base), которая объединяет доступные данные мюонных детекторов Мировой сети станций с включением детальной информации о метеопараметрах атмосферы. 4) Получены и исследованы вариации плотности и вектора анизотропии космических лучей с часовым разрешением для всего периода работы мировой сети нейтронных мониторов (1957-2015 годы). 5) Дано теоретическое описание интенсивности космических лучей в зависимости от гелиографической широты Теоретические кривые хорошо описывают наблюдаемые зависимости для протонов и ядер гелия, полученные при пролете космического аппарата «Ulysses» в 1995 г. 6) Определен жесткостной спектр долгопериодных вариаций плотности космических лучей в нестепенном виде для 1954-2015 годы по всей имеющейся информации о результатах мониторинга КЛ мировой сетью нейтронных мониторов, многонаправленным мезонным телескопом и измерений космических лучей в стратосфере. 7) В создаваемом в ИЗМИРАНе каталоге Форбуш-эффектов и межпланетных возмущений собрано более 6 тысяч событий за 5 циклов солнечной активности. 8) В 2009 году зарегистрированы самые высокие потоки галактических космических лучей за всю историю их наблюдений. Повышение интенсивности галактических КЛ связано с чрезвычайно низким уровнем солнечной активности. 9) На нейтронных мониторах 20 января 2005 г. зарегистрировано самое большое в истории наземное возрастание, вызванное релятивистскими солнечными КЛ, величина возрастания по отношению к фоновому уровню составила несколько тысяч процентов на южных полярных станциях. Анализ этого крупнейшего события в КЛ позволил из данных мировой сети нейтронных мониторов получить параметры потоков и спектров солнечных протонов, определить изменения спектра и анизотропии. 10) На основе анализа данных НМ в периоды с разной полярностью общего магнитного поля Солнца получено, что только при отрицательной полярности проявляется годовая модуляция северо-южной анизотропии КЛ. Установленное поведение анизотропии качественно согласуется с дрейфовым механизмом модуляции ГКЛ. 11) Обнаружена аномальная годовая вариация космических лучей в период 2010-2013 годы с амплитудой вариаций в 2-3 раза больше, чем наибольшая амплитуда обычной годовой вариации и смещение фазы вариации на 90°. 12) Создана теория метеорологических эффектов космических лучей и методика учета метеорологических эффектов нейтронной и мюонной компоненты, открыты два типа солнечных плазменных потоков по данным вариаций космических лучей, которые были определены как солнечный ветер и как корональный выброс массы. 13) Разработан метод функций связи вариаций космических лучей, позволяющий оценить ожидаемые вариации, обусловленные первичными вариациями за пределами магнитосферы. 14) До космической эры по данным вариаций космических лучей Дорманом Л.И. в 1957 году выполнена оценка напряженности межпланетного магнитного поля в 20 nT . Современные данные дают диапазон значений от 0.7 nT до 50 nT в зависимости от уровня солнечной активности. 15) Экспериментально определен энергетический спектр суточной анизотропии космических лучей в межпланетном пространстве, основываясь на обширном наблюдательном материале на наземных и подземных мюонных детекторах 16) Дано физическое объяснение суточных вариаций интенсивности космических лучей Этот природный феномен (средняя по времени анизотропия направлена перпендикулярно линии Земля — Солнце) теоретически обосновал Крымский Г. Ф. в 1964 году. 17) Получено уравнение переноса космических лучей в космической среде - фундамент для теоретического описания динамики космических лучей (Крымский Г. Ф., 1964год) На основе уравнения переноса удалось понять суть множества происходящих в космосе явлений. 18) Разработан метод глобальной съёмки вариаций галактических космических лучей, позволяющий наиболее полно использовать возможности сети космических лучей. Благодаря методу глобальной съёмки мировая сеть наземных установок выступает в качестве единого многонаправленного прибора. Этот метод и его модификации позволяют дистанционно в режиме реального времени получать информацию о состоянии межпланетной среды. 19) Выполнена оценка размера гелиосферы в 100 а.е. (Дорман Л.И. в 1966 году. оценил при исследовании явления гистерезиса, связанного с интенсивностью космических лучей и солнечной активности). Экспериментально этот результат был подтвержден четыре десятилетия спустя в результате прямых измерений АМС Вояджер-1. 20) Создана теория магнитосферных эффектов космических лучей Солнца. 21) Открыт процесс ускорения космических лучей ударными волнами как результат регулярного ускорения заряженных частиц, приводящего в условиях космической плазмы к формированию вблизи фронтов ударных волн популяции высокоэнергичных частиц (в работе Крымского Г.Ф., 1977 году.). Такие природные ускорители — целое направление в мировой науке. На основе теории регулярного ускорения удалось понять природу ряда явлений, происходящих в солнечной системе, таких как: образование аномальной компоненты космических лучей, генерация популяции высокоэнергичных заряженных частиц на фронтах межпланетных ударных волн. 22) Разработана математическая модель отклика нейтронного монитора для исследования энергетических и пространственных характеристик солнечных космических лучей. Это фактически вариант глобально спектрографического метода в случае частиц солнечного излучения [Вашенюк и др., 1986]. 23) Зарегистрированы десятки наземных возрастаний КЛ, связанные с приходом на Землю солнечных космических лучей.

108840, г. Москва, Калужское шоссе, д. 4
📷

Перечень объектов в составе УНУ (6)

Наименование Изготовитель Страна Год выпуска Количество единиц
Станция стратосферного зондирования
Назначение, основные характеристики
Физприбор Россия 1957 3
Цифровой барометр БРС-1М
Назначение, основные характеристики
Аэро Барометр Россия 2014 18
Станция космических лучей - мюонный годоскоп
Назначение, основные характеристики
Саранский приборостроительный завод Россия 1990 3
Станция космических лучей - счетчиковый мюонный телескоп
Назначение, основные характеристики
Саранский приборостроительный завод Россия 1990 5
Станция космических лучей - мюонный сцинтилляционный телескоп
Назначение, основные характеристики
Институт физики высоких энергий Россия 2012 5
Станция космических лучей - нейтронный супермонитор
Назначение, основные характеристики
Физприбор Россия 1957 39

Услуги (8)

Для подачи заявки на оказание услуги щелкните по ее наименованию.
Наименование Приоритетное направление
Определение вектора анизотропии космических лучей
- наиболее востребованная услуга
Рациональное природопользование
Исследование атмосферных и магнитосферных эффектов космических лучей
- наиболее востребованная услуга
Рациональное природопользование
Поддержка данных российских нейтронных детекторов в актуальном состоянии на сервере nmdb
- наиболее востребованная услуга
Рациональное природопользование
Поддержка данных мюонных детекторов в актуальном состоянии на сервере mddb
- наиболее востребованная услуга
Рациональное природопользование
Формирование данных GLE солнечных космических лучей и определение их спектра
- наиболее востребованная услуга
Рациональное природопользование
Поддержка данных стратосферного зондирования в актуальном состоянии в базе данных ltdb
- наиболее востребованная услуга
Рациональное природопользование
Влияние космической погоды на здоровье человека и биоту заполярных регионов
- наиболее востребованная услуга
Рациональное природопользование
Прогноз геомагнитной обстановки и космической погоды
- наиболее востребованная услуга
Транспортные и космические системы

Методики (14)

Наименование методики Наименование организации, аттестовавшей методику Дата аттестации
Глобальный спектроскопический метод Институт космофизических исследований и аэрономии им Ю.Г. Шафера СО РАН, Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им Н.В.Пушкова РАН, Институт солнечно-земной физики РАН 01.02.1966
Глобальный спектрографический метод для солнечных космических лучей Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им Н.В.Пушкова РАН 01.02.1996
Метод функций связи Институт солнечно-земной физики РАН 01.02.1957
Метод кольца станций Полярный Геофизический Институт РАН 01.02.2008
Метод приемных коэффициентов Геофизическая служба (Новосибирск) СО РАН 02.02.2009
Метод вариаций космических лучей Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им Н.В.Пушкова РАН 01.07.1957
Методика исключения метеорологических и магнитосферных вариаций Полярный Геофизический Институт РАН 01.02.1970
Поддержка данных российских нейтронных детекторов в актуальном состоянии на сервере nmdb Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им Н.В.Пушкова РАН 01.03.2011
Поддержка данных мюонных детекторов в актуальном состоянии на сервере muon detector mddb Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им Н.В.Пушкова РАН 01.06.2010
Мониторинг вторичного нейтронного космического излучения на станции космических лучей Институт солнечно-земной физики РАН, Институт космофизических исследований и аэрономии им Ю.Г. Шафера СО РАН, Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им Н.В.Пушкова РАН 02.03.1957
Мониторинг вторичного мюонного космического излучения на станции космических лучей Институт космофизических исследований и аэрономии им Ю.Г. Шафера СО РАН 02.01.2000
Мониторинг заряженной компоненты вторичного космического излучения методом стратосферного зондирования космических лучей Физический институт им П.Н. Лебедева РАН 02.01.1957
Влияние космической погоды на здоровье человека и биоту заполярных регионов Полярный Геофизический Институт РАН 01.06.2014
Прогноз геомагнитной обстановки и космической погодыutj Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им Н.В.Пушкова РАН 01.06.2014

Возврат к списку


0 комментариев

Комментарии отсутствуют!

Вы можете оставить свое сообщение первым.

Написать комментарий