АРИ́НА — российский комплекс научного оборудования, установленного на космический аппарат дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) — «Ресурс-ДК1».[1]
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.[2][3]
Эксперимент подготовлен в Институте космофизики (ИНКОС) Московского инженерно-физического института (НИЯУ МИФИ).[1]
Космический аппарат «Ресурс-ДК1» с научным оборудованием на борту был выведен на орбиту 15 июня 2006 года ракета-носителем Союз-У с космодрома «Байконур».
Эксперимент «АРИНА» осуществляется на низкоорбитальном космическом аппарате «Ресурс-ДК1» со следующими параметрами орбиты: высота в пределах 350—600 км с наклонением 70°.[4]
Научная аппаратура для проведения космического эксперимента «АРИНА», разработанная в ИНКОС представляет собой малогабаритный многослойный (10 слоёв) автоматический сцинтилляционный спектрометр для регистрации всплесков заряженных частиц,[5] установленный в герметичном контейнере космического аппарата[4].
Спектрометр позволяет регистрировать и идентифицировать электроны (3—30 МэВ) и протоны (30—100 МэВ), а также измерять энергию частиц с погрешностью 10—15 %.[6] Светосила прибора, определяемая размерами и конфигурацией его детекторов, имеет значение порядка 10 см2·ср.[4] Толщина слоя вещества в поле зрения спектрометра около 0,5 г/см2.[4]
Масса всего оборудование эксперимента «АРИНА» не превышает 8 килограмм.[2]
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.[2][3]
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, т. е. частиц, захваченных геомагнитным полем, так и частиц, приходящих из межпланетного пространства.[7]
Расчетная продолжительность эксперимента как и срок функционирования космического аппарата «Ресурс-ДК1» должны составлять не менее трёх лет.[6] 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.[2]
Предполагается, что широта и долгота эпицентра землетрясения в эксперименте могут быть определены с погрешностью порядка 1—2° или 100—200 км.[2]
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.[2]
В обработке и анализе научной информации по этому эксперименту примут участие итальянские ученые из Института ядерной физики Университета «Тор Вергата».[2]
В ходе эксперимента планируется решить следующие научные задачи:
| Внешние видеофайлы | |
|---|---|
| "Ресурс-ДК" – гроза браконьеров и контрабандистов
Документальный фильм телеканала «Вести» от 27 декабря 2008 года о спутнике «Ресурс-ДК1».[8] |
|
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.[9].
Кроме основной целевой оптикоэлектронной полезной нагрузки на космическом аппарате «Ресурс-ДК1» была установлена научная аппаратура «Памела» и «Арина».[10]
Через девять минут после старта спутник «Ресурс-ДК1» благополучно отделился от последней ступени носителя и вышел на опорную орбиту с параметрами:
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.[11]
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.[6]
По результатам полученных данных была оценена доля всплесков частиц сейсмической природы (предвестников землетрясений) и она составила 15—20 % среди всех зарегистрированных всплесков.[6]
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.[6]
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.[6]
Также следует отметить что в эксперименте на данный момент 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 МАРИЯ-2, ГАММА-1 и SAMPEX/PET.[6]
Кроме основной задачи в эксперименте «Арина» проводились изучения вариаций потоков электронов и протонов приходящих из межпланетного пространства.[12]
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. [12]
В рамках эксперимента было выполнено сравнение полученных данных с результатами измерений временных и энергетических характеристик потоков протонов и электронов в других космических экспериментах: GOES, POES, PAMELA, ВСПЛЕСК.[6]
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.[6]
Эксперимент показывает, что если спектрометром на космическом аппарате был зарегистрирован всплеск частиц высоких энергий, то существует возможность определить географическое местоположение локального возмущения радиационного пояса.[6]В случае сейсмического возмущения, возникшего в процессе подготовки землетрясения таким образом возможно определить местоположение очага предстоящего землетрясения.
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:
Подобная научная аппаратура (эксперимент «ВСПЛЕСК») 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.[13]
АРИНА (космический эксперимент).