Из книги «Космофизические исследования в Якутии» — Якутск: ЯФ Изд-ва СО РАН. 2001. — 440с.

История лаборатории теории космической плазмы начинается с 1964 г., когда в институте был создан сектор теоретических исследований с вычислительным бюро. Его возглавил Н.К.Осипов, приехавший из Новосибирска после защиты кандидатской диссертации. В нем работали математики В.Ю.Рыбникова и Э.А.Метляева. В октябре 1967 г. после отъезда В.К.Осипова руководить сектором стал Г.Ф.Крымский, перешедший туда из лаборатории вариаций космических лучей. В секторе велись разработки по тематике .космических лучей, начало которым было положено в лаборатории. Из этой же лаборатории перешел А.М.Алтухов, который занимался реализацией на 1 ЭВМ метода изучения динамики анизотропии космических лучей по данным мировой сети станций.

В отличие от метода суточных вариаций, с помощью которого можно получать сведения об анизотропии только усредненные за длительные промежутки времени, метод «глобальной съемки» — так он был назван, позволял получать ежечасные значения параметров анизотропии. Этот метод был реализован сначала на ЭВМ «Сетунь», а затем на М-220 (это было сделано с участием Э.А.Метляевой). Получение нового экспериментального материала по анизотропии путем машинной обработки больших массивов данных наблюдений резко расширило возможности изучения откликов в космических лучах, порождаемых быстрыми динамическими процессами в межпланетной среде. Надо сказать, что в этом направлении в течение ряда лет работа велась в тесном взаимодействии с лабораторией вариаций космических лучей, которую возглавлял А.И.Кузьмин, а затем Г.В.Скрипин, и с отделом сети, руководимом Н.П.Чирковым.

В конце 1967 г. в секторе проходил преддипломную практику И.А.Транский, который в 1968 г. после окончания Томского госуниверситета стал очередным сотрудником сектора. Основным направлением его работ была теория модуляции космических лучей и теория динамических переходных процессов в солнечном ветре. При его участии созданы приближенные модели ударных волн разных типов, распространяющихся в ветре. Большим достижением И.А.Транского было применение метода геометрической оптики к распространению ударных фронтов неоднородных средах.

Были разработаны также модели эффекта Форбуша (понижений космических лучей во время магнитных бурь), основанные на развитой теории межпланетных ударных волн. Сопоставление моделей с наблюдаемыми форбуш-понижениями дало возможность получить новое знание о межпланетных возмущениях и их взаимодействии с космическими лучами. Приход в 1968 г. Ю.А.Ромащенко, который некоторое время до этого работал в Полярной лаборатории института в Тикси, внес в работу сектора новую тематику — магнитосферную. Уже в секторе им была сформулирована и решена задача о вращении магнитного диполя в плазме, имеющая отношение к внутренней структуре магнитосфе­ры. Эта тематика была продолжена в работах И.Я.Плотникова, который независимо от Биркеланда предложил теоретическую схему взаимодействия магнитосферы Земли с солнечным ветром, в которой существенная роль отводилась продольным электриче­ским токам, замыкаемым через ионосферу.

В 1970-1972 гг. в сектор пришли выпускники ЯГУ, в подготовке которых прини­мали участие старшие по возрасту сотрудники сектора. Это Я.С. Семенов, В.С.Данилова, В.К.Елшин, С.И.Петухов, С.М. Камолдинов и Л.П.Шадрина. Их приход дал возможность расширить тематику поисковых исследований, которая теперь включала полномасштабное моделирование течений, теоретическую параметризацию наблюдаемых геофизических явлений и явлений в космических лучах, феноменологическое описание кинетических процессов.

В последующие несколько лет в теоретический сектор пришли В.С.Николаев, А.А.Турпанов, П.Ф.Крымский, Р.Б.Салимзибаров и В.М.Давыдов. Пополнение новыми кадрами и расширение тематики привели к значительному усилению использования ЭВМ в работах сектора. Машинные расчеты были основным занятием А.М.Алтухова, Э.А.Метляевой, Р.И.Борисковой, В.И.Хвостенко. Сеточные методы решения задач были разработаны применительно к работам, выполнявшимся в секторе группой в составе С.И.Петухова, В.С.Николаева и А.А.Турпанова.

В.М.Давыдов и Р.Б.Салимзибаров внесли свою тематику соответственно по колебаниям замагниченной магнитосферной плазмы и по изучению роли ионизованных пылинок в динамике межпланетной среды. Эта тематика, правда, не нашла своего продолжения в дальнейшем. Магнитосферная тематика, начало которой было положено трудами А.Ромащенко и И.Я.Плотникова, получила развитие и детализацию в работах Л.П.Шадриной, П.Ф.Крымского и В. С. Даниловой. Исследования анизотропии космических лучей по данным глобальной съемки в сопоставлении с теоретическими расчетами выполнены С.М.Камолдиновым.

Потенциал теоротдела того времени может быть оценен по выполнению задания академика АН СССР С.Н. Вернова, бывшего тогда директором НИИЯФ (МГУ) и куратором всей советской космической науки. С.Н.Верное на коротком временном интервале выявил эффект группировки солнечных пятен на выделенных солнечных долготах, т.е. максимум в долготном распределении пятен, что и породило наше название работы «Пик Вернова». Проверка наличия этого эффекта на длительном временном интервале требовала использования ЭВМ. Сотрудники ВЦ НИИЯФ брались создать программу обработки данных за полгода. Теоретики ИКФИА написали и отладили первый вариант программы за одну ночь. Эпизод ночной работы участников штурма «Пика Вернова», расположившихся в зале ученого совета, запечатлен на фотографии.В середине 70-х годов в теоретическом отделе начала разрабатываться новая научная тематика, впоследствии ставшая основной, — исследование процессов генерации (ускорения) космических лучей. Отыскание эффективных механизмов ускорения, развитие их детальной теории призваны дать исчерпывающее объяснение явлениям генерации энергичных заряженных частиц — космических лучей, наблюдаемых в различных областях межпланетного и межзвездного пространства.

Основополагающим шагом в этом направлении явилась работа Г.Ф.Крымского (1977 г.), в которой было установлено существование эффективного процесса ускорения космических лучей на фронтах ударных волн. Уже первые исследования этого процесса, в которых приняли участие В.К.Елшин, В.С.Николаев, С.И.Петухов, Ю.А Ромащенко, И.А.Tранский, А.А.Турпанов, показали, что этому процессу присуща чрезвычайно высокая эффективность, в силу чего он играет определяющую роль в протекании широкого круга явлений, наблюдаемых в космической среде.

К концу 70-х годов стало ясно, что процесс регулярного ускорения, развивающийся в остатках сверхновых, обладает необходимыми свойствами, чтобы обеспечить наблюдаемый спектр галактических космических лучей по крайней мере вплоть до энергии ~10¹⁵ эВ. Поскольку проблема происхождения космических лучей является од­ной из наиболее актуальных в астрофизике, разработка детальной теории регулярного ускорения постепенно стала занимать основное место в тематике исследований теоретического отдела.

В 1979 г. сотрудниками теоротдела стали Е.Г.Бережко и М.Г.Гельберг. М.Г.Гельберг продолжил исследования по своей специальности — плазменные эффекты в высокоширотной ионосфере. В этой работе ему помогали В.П.Федоров и В.Н.Курилкина молодые сотрудники, принятые им на работу. Е.Г.Бережко, чья кандидатская диссертация была посвящена вопросам атомной физики, в течение небольшого времени освоил новую для себя область космическую физику. Подключение Е.Г.Бережко к исследованиям процессов ускорения космических лучей сильно активизировало деятельность сектора. Различными вопросами теории ускорения начали заниматься под его руководством вновь принятые на работу А.Е.Аммосов и Л.Т.Ксенофонтов, а также С.Н.Танеев, сначала работавший в группе С.М.Камолдинова, вместе с Н.П.Слепцовой.В начале 80-х годов в теоротделе Е.Г.Бережко теоретически был установлен еще один механизм ускорения космических лучей так называемый процесс фрикционного ускорения, который интенсивно развивается на фоне крупномасштабных течений струйного характера космической плазмы. Развитие теории этого процесса и его приложений позволило понять природу возрастаний потоков энергичных ионов, постоянно регистрируемых на фоне сдвиговых течений в солнечном ветре.

В 1986 г. сектор был преобразован в теоротдел с 2 секторами, а в 1987 г. руководителем теоротдела стал Е.Г.Бережко. В.И.Козлов и С.А.Стародубцев, перешедшие в теоротдел из других подразделений института, исследовали различные аспекты флуктуации космических лучей, обусловленных турбулентностью в солнечном ветре. П.Д.Решетников и Г.А.Татарников — выпускники ЯГУ — были включены в состав группы, исследующей магнитосферные явления. Научные разработки сопровождались повышением уровня использования вычис­лительной техники и освоением компьютерных технологий. Большой вклад здесь внесен В.С. Николаевым, Л.Т.Ксенофонтовым и А.А.Турпановым.

 

В 1993 г. теоретический отдел преобразован в лабораторию теории космической плазмы, заведующим которой избран С.И.Петухов. Лаборатория входит в отдел физики космической плазмы.Разработка теории регулярного ускорения космических лучей в остатках сверхновых, которая многие годы велась во многих лабораториях мира, к началу 90-х годов ознаменовалась крупным успехом сотрудников теоротдела — созданием нелинейной кинетической теории, последовательно учитывающей основные физические факторы, влияющие на протекание процесса ускорения. В силу сложности нелинейной теории ее реализация потребовала создания эффективного численного алгоритма. Уже первые исследования, выполненные на основе кинетической теории (Е.Г.Бережко, В.К.Елшин, Л.Т.Ксенофонтов, 1993 г.) выявили ряд новых принципиально важных особенностей ускорения космических лучей в остатках сверхновых. Было впервые надежно показано, что процесс ускорения, развивающийся в остатках сверхновых, формирует спектр ускоренных частиц со свойствами, необходимыми для объяснения наблюдаемого спектра галактических космических лучей. Эти работы Е.Г.Бережко и его соавторов получили широкое международное признание.