Физики СПбГУ смоделируют процесс, ответственный за космические взрывы

Учёные кафедры физики Земли Санкт-Петербургского университета в рамках стратегического партнерства с Харбинским политехническим университетом выиграли трёхлетний грант Российского научного фонда (РНФ) и Государственного фонда естественных наук Китая (NSFC). В рамках работы по гранту учёные смоделируют процесс магнитного пересоединения, который считается ответственным за полярные сияния, солнечные вспышки и многие другие взрывообразные явления в космосе. В частности, моделирование данного процесса позволит сделать ближе планы полётов человека на Марс.

Модель харбинского ускорительного космического центра. Источник: Пресс-служба СПбГУ

Пилотируемый полёт на Марс — один из масштабных вызовов в области освоения космоса человечеством в XXI веке. Такую цель ставят перед собой российские и зарубежные космические корпорации и работающие в научных организациях специалисты, занимающиеся вопросами освоения космического пространства. Подобная амбициозная задача стоит и перед китайскими учёными, которые строят в Харбине космический ускорительный центр (SESRI — Space Environment Simulation Research Infrastructure). Целью этого центра станет изучение внешней космической среды, которая наполнена частицами высоких энергий (известных как проникающая радиация), опасных для человека. Это особенно актуально, ведь, по оценкам учёных, полет на Марс может занять около года, для чего потребуется космический корабль, выдерживающий соответствующую нагрузку. Чтобы это стало возможно, необходимо подробное изучение влияния космической радиации на детали будущего корабля и биологические системы, а также исследование процесса магнитного пересоединения, в котором и создаются заряженные частицы (протоны и электроны) особенно высоких энергий.

Во время совместной работы над проектом «Магнитное пересоединение в космической и лабораторной плазме: компьютерные симуляции и эмпирическое моделирование» китайские учёные создадут искусственную магнитосферу в огромной вакуумной цилиндрической камере — шесть метров в диаметре и десять метров в длину. Это позволит разместить внутри несколько десятков датчиков для измерения магнитного поля, на основе которых физики Санкт-Петербургского университета смогут смоделировать происходящие в камере процессы магнитного пересоединения и генерацию ускоренных частиц.

«Наш специалист, доцент кафедры физики Земли СПбГУ Николай Цыганенко ранее разработал семейство моделей земной магнитосферы — она признана по всему миру и стала результатом большой кропотливой работы с данными, которые в течение многих лет собирали учёные разных стран с многочисленных космических аппаратов, запущенных в околоземное космическое пространство. В этом проекте работа будет проходить подобным образом: методы, отточенные во время моделирования земной магнитосферы, будут применены к данным, полученным на харбинской установке», — объяснил заведующий кафедрой физики Земли СПбГУ Владимир Семенов.

Иллюстрация камеры для моделирования магнитосферы. Источник: Пресс-служба СПбГУ

Кроме этого, совместная работа по гранту включает в себя численное моделирование и расчёт всех процессов, происходящих в магнитосфере. Так, физики из группы Андрея Дивина посчитают и опишут, что произойдёт с магнитным полем и плазмой, состоящей из миллиардов протонов и электронов в процессе магнитного пересоединения. Работу предполагается проводить в тесном сотрудничестве с лабораторией исследований озонового слоя и верхней атмосферы СПбГУ, которая разрабатывает объединённую модель «атмосфера-магнитосфера-ионосфера» (руководитель лаборатории, созданной в рамках мегагранта Правительства Российской Федерации, — Евгений Розанов).

Помимо организации длительных полётов в открытом космосе изучение искусственной магнитосферы может помочь лучше понимать особенности влияния солнечной активности на магнитное поле Земли и на космическую погоду и, следовательно, на работоспособность космических аппаратов в околоземном пространстве, а также на функционирование линий электропередач в Арктике и здоровье людей.