Том 100, № 1 (2023)

В этот номер вошли статьи, посвященные результатам работы секции “Экспериментальная лабораторная астрофизика и геофизика” Национального центра физики и математики.

Лабораторное моделирование является эффективным инструментом исследования астрофизических процессов. В работе рассмотрена схема моделирования джетов молодых звездных объектов с помощью установки плазменный фокус при наложении внешнего полоидального магнитного поля. Обсуждаются механизмы усиления полоидального магнитного поля в области формирования плазменного потока токопроводящей плазменной оболочкой при ее сжатии к оси системы вплоть до значений ~100 кГс. Магнитозондовые измерения показали, что существенно возрастает величина компонента поля и непосредственно в плазменном потоке, при этом направление захваченного потоком поля соответствует направлению внешнего приложенного поля. Также наблюдается увеличение и тороидального компонента магнитного поля. Сделан вывод, что данный эксперимент достаточно точно моделирует процессы в молодых звездных объектах, включая вопросы аккреции и работы “центральной машины”.

Космическая пыль и пылевая (комплексная) плазма являются одним из наиболее распространенных проявлений материи в космосе. Безатмосферные тела Солнечной системы, такие как Луна, астероиды, кометы, некоторые спутники планет подвержены непосредственному воздействию внешних факторов космического пространства – солнечного электромагнитного излучения, потоков межпланетной плазмы, космических лучей, микрометеоров. Под влиянием этих факторов на поверхности тел за геологические эпохи формируется реголит. Под действием ударов высокоскоростных микрометеоров пылевые частицы реголита разлетаются с разными скоростями. Большинство из них возвращаются на поверхность, но некоторые формируют пылевые облака, либо теряют гравитационную связь с родительским телом. Под действием солнечных излучений поверхность приобретает электрический заряд, и пылевые частицы при определенных условиях могут отрываться от поверхности реголита и левитировать. Наблюдательные свидетельства таких динамических явлений регистрировались на Луне и на некоторых астероидах. Изучение физических процессов, ответственных за активацию пылевых частиц и их динамику, представляет большой интерес для фундаментальной науки и практических целей. В статье рассматриваются основные процессы, происходящие при воздействии факторов космического пространства на реголит, в результате которых происходит движение пылевых частиц и формируется приповерхностная плазменно-пылевая экзосфера. Обсуждаются нерешенные проблемы. Рассматриваются методы и средства лабораторного моделирования при изучении активации и динамики пылевых частиц.

Дан краткий анализ проблемы исследования пределов устойчивости и механизмов адаптации живых систем к параметрам окружающей среды, изменяющимся в широком диапазоне. Основное внимание уделено анализу электромагнитного окружения и радиационного фона. Эти факторы относительно слабо меняются на современной Земле, что обусловливает их недостаточную изученность. В то же время они представляют серьезные вызовы для будущих космических миссий. Одним из основных методов исследования влияния таких факторов на живые организмы является лабораторное моделирование. Предшествующие эксперименты продемонстрировали необходимость разработки новой лабораторной установки, требования к параметрам которой представлены в настоящей работе. В целом планируемая установка будет иметь высокий потенциал для решения задач моделирования действия астро-геофизических факторов на физиологический статус живых организмов, и, в частности, активность фотосинтеза у высших растений. Реализация предлагаемой программы экспериментов по лабораторному моделированию позволит продвинуться в понимании проблем эволюции жизни, механизмов возможного влияния солнечной активности на биосферу, исследований роли биосферы в глобальных изменениях климата планет на разных временных горизонтах.

Описана методика достижения высокой точности (относительная погрешность до ≈0.001%) измерения абсолютных значений длин волн спектральных линий многозарядных ионов со средним (Z = 17–25) зарядом ядра, спектры которых могут использоваться для диагностики плазмы в экспериментах по лабораторной астрофизике. Она основана на облучении субнаносекундными лазерными импульсами с интенсивностью 10¹⁵–10¹⁶ Вт/cм² мишеней с многокомпонентным химическим составом, включающих атомы, как со средним, так и с низким Z. Присутствие последних обеспечивает наличие в спектре излучения образующейся лазерной плазмы линий водородоподобных ионов, используемых в качестве реперов. Создан атомно-кинетический код, и проведены расчеты интенсивностей возможных реперных и исследуемых спектральных линий. Рассмотрены принципы подбора материала мишеней, особенности реализации методики на примере фокусирующего спектрометра с пространственным разрешением на базе сферически изогнутых кристаллов слюды и α-кварца и приведены конкретные параметры схем спектрометров и типов мишеней для прецизионного измерения длин волн спектральных линий гелие- и литиеподобных ионов с зарядами ядер Z = 13–25. Полученные в настоящей работе результаты будут использоваться при планировании фундаментальных рентгеноспектральных исследований на создающейся в НИЯУ МИФИ лазерной установке ЭЛЬФ.

Рассматриваются проблемы, связанные с наблюдениями и интерпретацией физических механизмов, лежащих в основе генерации жесткого электромагнитного излучения грозовых разрядов. Дается обзор современных проблем понимания природы атмосферных вспышек гамма-излучения из атмосферы Земли. Анализируются результаты орбитальных наблюдений, в частности на спутнике “Вернов”. Обсуждаются возможности орбитальных наблюдений атмосферных гамма-вспышек на космических аппаратах формата кубсат, дается описание регистрирующей аппаратуры. Рассматривается методика лабораторного эксперимента с длинными искрами, моделирующего электрические разряды в грозовых облаках.