Физики СПбГУ смоделируют процесс, ответственный за космические взрывы

 

Пилотируемый полет 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 учеными, 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 ученых, 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 ученые 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 ученые 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.

В 2022 году на конкурс Российского научного фонда было подано рекордное количество заявок — более 800, поддержку получили 67 проектов. Размер одного гранта со стороны РНФ составит от 4 до 7 миллионов рублей ежегодно, а сами трехлетние научные проекты планируются к реализации в 2023–2025 годах. Помимо описанного проекта, СПбГУ выиграл еще один грант — «Китайско-Восточная железная дорога как трансграничная социокультурная система: история строительства, реконструкция и моделирование механизмов охраны культурного наследия».

Кроме этого, совместная работа по гранту включает в себя численное моделирование и расчет всех процессов, происходящих в магнитосфере. Так, физики из группы Андрея Дивина посчитают и опишут, что произойдет 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 объединенную модель «атмосфера-магнитосфера-ионосфера» (руководитель лаборатории, созданной в рамках мегагранта Правительства Российской Федерации, — Евгений Розанов).

Помимо помощи в организации длительных полетов в открытом космосе, изучение искусственной магнитосферы может помочь лучше понимать особенности влияния солнечной активности на магнитное поля 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.