10.12.2008. - Из космоса видны аномалии даже на дне Мирового океана

Из космоса видны аномалии даже на дне Мирового океана

2008-12-10

О некоторых результатах экспериментальных исследований на Международной космической станции (МКС) рассказывает кандидат технических наук, старший член Американского института аэронавтики и астронавтики (АIАА), начальник отдела оптико-физических исследований ЦНИИ машиностроения Юрий Пластинин.

– Юрий Александрович, в ряде публикаций об экспериментах на МКС упоминались исследования в ультрафиолетовой (УФ) области спектра. Однако самое интересное, как правило, в подробностях…

– Как я понимаю, вас интересует космический эксперимент «Релаксация». Он имеет свою историю. В конце 1993 года на станцию «Мир» была доставлена уникальная высокочувствительная аппаратура, с помощью которой можно было проводить регистрацию явлений в верхних слоях атмосферы и на поверхности Земли в УФ-области.

Дело в том, что участок вакуумного ультрафиолета 100–200 нанометров – область спектра, которая полностью поглощается молекулярным кислородом атмосферы и не проходит ниже 60 километров к поверхности Земли. А ультрафиолетовое излучение в диапазоне 200–400 нанометров (или от 0,2 до 0,4 микрона) опускается до озонного слоя (высота от 15 до 25 километров), который защищает все сущее на Земле от губительного воздействия УФ-лучей. Правда, ультрафиолет в области 300–400 нанометров полезен, так как способствует синтезу углеводородов.

– Исследования по «Релаксации» охватывают именно диапазон 200–400 наномеров?

– Да, и основная цель эксперимента – освоить этот диапазон для мониторинга верхней атмосферы и самой Земли.

Первое, с чем мы столкнулись, – в отличие от видимого и инфракрасного (ИК) диапазона – в УФ-области очень низка интенсивность излучения. Пришлось создавать прибор, который в основе содержал усилитель яркости изображения. Эти усилители яркости позволяют получать изображение с хорошим разрешением, при этом можно увеличить яркость от 103 до 108 раз, то есть фактически дойти до физического предела, когда с квадратного сантиметра регистрируемого объекта излучается всего несколько фотонов.

Прибор, разработанный в ЦНИИмаше при содействии Физического института РАН с использованием исключительно отечественной технологии, позволяет в режиме онлайн получать изображения в космосе. Технология была отработана еще на орбитальной станции «Мир», а с 2002 года уже новый прибор работает на МКС. Космонавты проходят у нас тренировку на специальном стенде. Аппаратура тщательно калибровалась на стенде, а затем по естественным источникам – Луне и звездам.

– По каким направлениям проводятся ваши эксперименты на МКС?

– Очень важное направление – исследование взаимодействия выхлопов разных двигателей с верхней атмосферой Земли (высота 300–400 километров), в частности, транспортных кораблей «Прогресс» и «Союз». По некоторым оценкам, один двигатель разгонного блока выбрасывает столько вещества, сколько его находится на всей геостационарной орбите.

Другое направление связано с наблюдением объектов и их фрагментов, которые опускаются на Землю из верхних слоев атмосферы. Оказалось, что УФ-диапазон эффективен для наблюдения глобальных оптических явлений, возникающих при спуске. Ультрафиолет (а в нем все эти явления хорошо наблюдаются) реагирует на сильное излучение от ударных слоев, которые определяются скоростью и размером космического аппарата или входящего осколка.

Интересно сопоставить наблюдения входа в атмосферу планеты и фрагментации космических аппаратов, проводимые в УФ и видимой областях спектра. Видимая область дает эффектную картину – огромная полоса пламени от горящего металла, остатков топлива, но сами фрагменты практически не видны. А в УФ-диапазоне пламя не видно, зато четко выделяются твердые объекты, которые могут упасть на землю. Например, недавно мы по просьбе Европейского космического агентства исследовали вход в атмосферу европейского грузовика АТV. Объемы информации огромные – за один эксперимент по входу накапливается около 5 гигабайт.

– А есть направление, связанное с дистанционным зондированием Земли?

– Сейчас в области дистанционного зондирования Земли и атмосферы очень важен переход к аппаратуре нового поколения, с помощью которой можно осуществлять гиперспектральный мониторинг. Этот метод отличается от существующего, что использует не 10–15, а сотни спектральных интервалов. То есть можно получить изображение на любой длине волны. Понятно, что чем лучше разрешение, тем больше информации. А сейчас требуется подробная информация не только о Земле, но и об атмосфере, поскольку мы смотрим на Землю из космоса через атмосферу – своеобразный фильтр.

Так вот, проведение гиперспектральных исследований в УФ- области спектра, в видимой и ближней ИК-области – одна из таких задач. Аппаратура, которая была у нас внедрена – «Фиалка-МВ-Космос», – это спектрозональная аппаратура. С ее помощью в режиме онлайн можно получать спектры, которые быстро регистрируются с достаточно хорошим разрешением от 200 до 900 нанометров. В этом диапазоне регистрируется излучение системы «атмосфера–Земля». Мы получили много интересных результатов в этом направлении.

Хотя и раньше были известны отражательные способности в длинах волн, характерных для растительности, моря, гор и пустынь, теперь стало ясно, что необходимо раз в 100 увеличивать спектральное разрешение, чтобы повысить точность прогнозов, в том числе в интересах народнохозяйственных отраслей, и обнаруживать эффекты влияния различных выбросов на экологию. В УФ-диапазоне можно увидеть заражение почв и сельскохозяйственных культур, состояние урожая. Гиперспектральный мониторинг осуществлен нами уже в районах Тихого океана, Атлантики, Чили, Аргентины, частично Испании... Это магистральное направление, которое сейчас формируется в мировой практике ДЗЗ.

Еще одно направление. Оказалось, что все пространство от поверхности Земли до ионосферы – единая система. Бывает, что грозовые явления, возникающие на высоте 10 километров, доходят до уровня 90 километров. Есть даже предположение, что эти явления жизненно важны для обновления атмосферы. Реакции, сопровождающиеся ночным свечением, приводят к образованию молекул возбужденного кислорода, который высвечивается в УФ-диапазоне. Выявилось большое расхождение концентрации кислорода над некоторыми участками Земли с данными нейтрального состава по известным моделям атмосферы.

Например, оказалось, что над некоторыми областями Земли образуется второй слой атомарного кислорода на высоте примерно 115 километров. Это явление обнаружено благодаря систематическим наблюдениям с борта МКС. Такое раздвоение особенно интенсивно над местами разломов земной коры, в частности, у Африканского (Сомалийского) Рога – в районе, где сходятся три плиты на дне Индийского океана. Здесь же и частые землетрясения… Получено прямое экспериментальное доказательство связи структуры земной коры и атмосферы.

– То есть ваш метод позволяет обнаруживать из космоса аномалии на дне океана?

– В снятом нами фильме есть впечатляющее зрелище, когда при входе в эту зону слой раздваивается и при выходе из нее снова смыкается. Еще один феномен: когда при мониторинге поверхности подошли к подножию Гималаев, на высоте 98 километров стала быстро нарастать интенсивность свечения. Не ограничиваясь его регистрацией, мы разработали методику, которая связывает свечение с концентрацией атомарного кислорода по высоте. Наряду с пространственной структурой свечения мы определили структурные особенности поведения атомарного кислорода.

Вообще исследования на МКС в УФ-диапазоне позволяют получить большой объем новой космической информации о Земле, атмосфере и околоземном космическом пространстве, особенно важной при учете современных глобальных изменений климата на планете.

http://www.ng.ru/science/2008-12-10/13_ultraviolet.html