Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына
Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Лаборатория физики магнитосферы

Лаборатория физики магнитосферы (ЛФМ) создана одновременно с созданием ОТПКФ в 1971 году как его структурное подразделение на базе первой в НИИЯФ МГУ космической опытно–конструкторской лаборатории (ОКЛ). Первым ее руководителем стал доктор физико-математических наук Эльмар Николаевич Сосновец, который оставался на этом посту до конца своей жизни - до 2004 года. С этого года и до настоящего времени в качестве исполняющего обязанности заведующего ЛФМ руководит кандидат физико-математических наук Владимир Иванович Тулупов.

Основным направлением работ ЛФМ является экспериментальное изучение процессов в магнитосфере Земли, существенных для практического освоения космического пространства. В ОКЛ, а затем и в ЛФМ выполнены первые эксперименты НИИЯФ МГУ в области физики околоземного космического пространства. На 3-ем ИСЗ открыт внешний радиационный пояс Земли (1958 г.). На ИСЗ серий «Электрон», «Молния», «Космос» и др. детально исследована структура, состав и динамика радиационных поясов Земли, кольцевого тока.

Во второй половине 1960-х годов под руководством академика С.Н. Вернова была выработана концепция мониторинга космической радиации непосредственно на борту космических аппаратов. В основу мониторинга радиационных условий были положены специализированные спутники серии «Прогноз» и серийные спутники связи, навигации и телевидения «Молния» и «Космос». С начала 1990-х годов руководителем программы глобального мониторинга радиационной обстановки стал Э.Н. Сосновец. Научная аппаратура, разработанная и созданная сотрудниками ЛФМ, устанавливалась и в настоящее время устанавливается на ИСЗ ГЛОНАСС, «Электро», «Метеор», «Галс», «Экспресс», «Горизонт» и др.

Основными задачами службы мониторинга являются:
- получение новых экспериментальных данных для решения ключевых проблем физики магнитосферы Земли;
- оценка реального уровня воздействия радиации на космические аппараты;
- апробация и уточнение существующих и разработка новых динамических моделей радиационных полей.

Благодаря экспериментам на борту космических аппаратов был получен целый ряд фундаментальных результатов в области физики магнитосферы, в частности:
1) В течение многих лет ведутся исследования радиационных поясов Земли: их источников, механизмов ускорения и потерь. В ЛФМ были созданы энерго-масс-спектрометры для исследований химического состава горячей плазмы в магнитосфере Земли. Благодаря их использованию на высокоапогейных и геостационарных спутниках были получены данные по составу и динамике многокомпонентного ионного кольцевого тока, ответственного за генерацию геомагнитных бурь. Была показана важная роль ионосферной плазмы в формировании кольцевого тока и дано теоретическое обоснование механизма инжекции частиц из ионосферы. Эти работы внесли существенный вклад в понимание физики процессов, связанных с образованием горячей плазмы и энергичных частиц во внутренней магнитосфере. За цикл этих работ к.ф.-м.н. А.С. Ковтюху, д.ф.-м.н. М.И. Панасюку и д.ф.м.н Э.Н. Сосновцу была присуждена премия имени М.В. Ломоносова;
2) Наиболее значимым по своему проявлению, нарушающим типичную пространственно-энергетическую структуру электронных поясов, стало обнаружение Е.В. Горчаковым (1977 г.) на спутнике «Космос-900» с помощью научной аппаратуры, созданной под руководством Ю.В. Кутузова, появление ускоренных электронов с энергией ~15 МэВ в сердцевине радиационных поясов на фазе восстановления геомагнитных бурь. Это было рождение проблемы генерации потоков релятивистских электронов внутри геомагнитной ловушки, работа над которой ведется по сей день;
3) Появление потоков релятивистских электронов во время фазы восстановления магнитных бурь приводит к сбою работы космических аппаратов и гибели спутников. Ведущим научным сотрудником ЛФМ Л.В. Тверской эмпирическим путем была получена зависимость положения максимума пояса инжектированных во время магнитных бурь релятивистских электронов (L_max) от амплитуды магнитной бури |Dst|_max=2,75•10⁴•L^-4_max. Данная зависимость может быть использована для предсказания экстремального широтного положения во время бури таких магнитосферных плазменных образований, как граница области захваченной радиации, ночная экваториальная граница аврорального овала, центр западной электроструи.

В 1980–1990 годы сотрудники ЛФМ активно участвовали в разработке ряда стандартов физических явлений в космосе. В 1991 году создана модель пространственно-энергетических распределений потоков захваченных частиц (протонов и электронов) в радиационных поясах Земли (SINP-1991). В настоящее время разрабатываются динамические модели.

ЛФМ в своей работе сотрудничает с различными научными центрами: ИКИ РАН, ИМБП РАН, ИПГ Роскомгидромета, Научный центр оперативного мониторинга Земли (НЦ ОМЗ) ОАО «Российские космические системы», ОАО «Информационные спутниковые системы» (ИСС) им. акад. М.Ф. Решетнева, Новосибирский государственный университет.

Сотрудники ОТПКФ активно участвуют в подготовке и проведении новых экспериментов на различных космических аппаратах и в анализе информации в рамках программы «Приоритетные направления развития МГУ до 2020 года», направление 3: «Исследования структуры материи и космоса, применение космических технологий», а также в реализации системы радиационного мониторинга окружающей космической среды.