ФГБУН ФИЦ «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера
Сибирского отделения Российской академии наук
ИКФИА СО РАН

История лаборатории ЛМИИ

Лаборатория магнитосферно-ионосферных исследований (ЛМИИ) ИКФИА СО РАН была сформирована в 2011 г. на базе двух лабораторий – лаборатории физики ионосферы и лаборатории геомагнетизма.

Основными научными направлениями ЛМИИ являются исследование вариаций магнитного поля Земли в широком диапазоне частот и изучение ионизированной части верхней атмосферы (ионосферы) радиофизическими методами измерения. Актуальные задачи солнечно-земных и магнитосферно-ионосферных связей решаются на основе много-инструментальных наземных и спутниковых измерений и в тесном сотрудничестве с российскими и зарубежными исследовательскими группами.

Лаборатория проводит исследования на уникальном экспериментальном комплексе приборов – меридиональной цепочке геофизических (магнитных, ионосферных, риометрических, оптических) станций, организованной на территории Якутии для исследования физических процессов в верхней атмосфере и околоземном космическом пространстве. В 1977 г. дирекцией Института (Ю.Г.Шафер, В.П.Самсонов, В.Д.Соколов) был разработан и внедрен проект Якутской меридиональной цепочки геофизических станций. Перечислим основные вехи организации меридиональных цепочек.

А.П.Мамруков и А.И.Кугданова на ионосферной станции «Якутск»

Якутская меридиональная цепочка ионосферных станций (ионозондов) вертикального (ВЗ) и возвратно-наклонного (ВНЗ) зондирования была сконструирована и введена в действие в конце 1970-х годов под руководством А.П.Мамрукова, организатора ионосферных исследований в Якутии. В 1982 году разработка «Якутская меридиональная цепочка ионозондов ВЗ и ВНЗ ионосферы как единый прибор для диагностики состояния и структуры высокоширотной ионосферы» была удостоена бронзовой медали ВДНХ СССР, а в 1985 году — поощрительной премии СО АН СССР. В настоящее время цепочка состоит из трех станций, расположенных в пунктах Тикси (TX471), Жиганск(ZH466) и Якутск(YA462).

В 1983-1985 гг. была создана меридиональная цепочка риометрических станций от Якутска до о.Котельный, включающей 8 пунктов регистрации, позволяющая регистрировать поглощение космического радиошума на частоте 32 МГц, связанное с высыпанием высокоэнергичных электронов в верхнюю атмосферу Земли. Активное участие в этой работе принимали С.Н.Самсонов, Л.С.Ярыгин, В.Н.Филиппович. К 2004 году под руководством С.Н.Самсонова меридиональная цепочка была воссоздана на 5 пунктах, оснащенных современными записывающими устройствами с 1-сек разрешением.

С 1992 г. на территории Якутии организована постоянно действующая цепочка станций, оснащённая цифровыми магнитометрами и ТВ камерами всего неба при активном участии проф. Соловьёва С.И. Работы были выполнены в рамках международного проекта совместно с Японией по организации мировой цепочки магнитных станций, вытянутой от авроральной зоны (территория Якутии) до экватора. В настоящее время происходит модернизация цепочки новыми MAGDAS-9 магнитометрами, способными передавать информацию в единый центр сбора данных в ИКФИА в квази-реальном режиме.

А.А.Данилов (у доски слева)

Отдельно стоит упомянуть организацию магнитных наблюдений в Якутске, которая началась в 1932 г. и в начале 1960-х годов была продолжена силами сотрудников ИКФИА под руководством А.А.Данилова. Магнитная станция, работающая на уровне экспедиционных измерения поля, превратилась в опорный пункт векового хода и вошла в число пяти лучших магнитных обсерваторий СССР. Этот успех достигнут благодаря слаженной работе ветеранов обсерватории (В.И.Чирков, Л.К.Зезюленко, Т.Г.Комаренко, М.А.Бердник, А.В.Соболев и др.). В 2008 г. магнитная обсерватория «Якутск» была оснащена современными приборами при содействии Центра геофизических исследований (Потсдам, Германия) для вхождения в состав международной организации Интермагнет (в 2010 обсерватория стала официальным членом организации).

В фундаментальной монографии А.А.Данилова «Стационарная структура межпланетного магнитного поля и геомагнитная активность» (1993) подробно рассмотрен геометрический эффект, возникающий в космических лучах и геомагнитном поле при взаимодействии с солнечным ветром и межпланетным магнитным полем. Сделан вывод о присутствии в околоземном космическом пространстве общего магнитного поля Солнца дипольного характера и о различных путях проникновения энергии вещества солнечной плазмы и межпланетного поля в земную магнитосферу.

С.И.Соловьёв на рабочем месте

Под руководством проф. Соловьёва С.И.выполнен цикл работ по исследованию геомагнитного и аврорального отклика на вариации параметров солнечного ветра и магнитосферные процессы. Получены новые результаты о связи различных типов геомагнитных пульсаций с развитием магнитной и авроральной суббури и с генерацией нестационарных структур аврорального свечения с масштабами от 50 до 1000 км. Детально исследованы свойства внезапных геомагнитных импульсов (SI), их зависимость от вариаций динамического давления солнечного ветра и ориентации межпланетного магнитного поля. Предложен новый сценарий возбуждения SI и распределения электрических токов, ответственных за SI.

Под руководством А.П.Мамрукова исследована основная особенность субавроральной ионосферы — главный ионосферный провал (ГИП) в широтном ходе электронной концентрации. Установлено, что его протяженность по долготе в зимнее ночное время на Якутском меридиане составляет ~12 часов, а по широте ~8-10°. Локализация провала определяется уровнем геомагнитной активности. Большой массив материала ионосферных измерений позволил создать эмпирическую модель распределения электронной концентрации в области F ионосферы над Северо-Восточным регионом России.

Впервые, по измерениям наземных ионозондов, были описаны характеристики ионосферы при развитии явления поляризационного джета — узкой (1-2° по широте) струи быстрого потока плазмы на запад в вечерне-полуночном секторе. Проведены модельные расчеты в рамках трехмерной модели высокоширотной ионосферы, модернизированной с учетом включения локального электрического поля магнитосферного происхождения.

Исследование данных якутской риометрической цепочки позволило впервые обнаружить вблизи минимума одиннадцатилетнего цикла солнечной активности вторую зону высыпания электронов с энергией в десятки-сотни кэВ. Первая представляет собой общеизвестную квазикруговую зону с центром около 66-67° исправленной геомагнитной широты, а вторая – локальную область, расположенную вблизи 71° широты с центром около ~10 часов местного времени. Совместный анализ наземных и спутниковых данных показал различие режимов диффузии энергичных частиц в двух зонах высыпания.