СМИ о нас

В Астрокосмическом центре Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (АКЦ ФИАН) впервые в России создан криогенный приёмник, способный детектировать радиосигналы на частотах 220–280 ГГц. Его крайне высокая квантовая чувствительность и малый уровень потерь сигналов достигаются благодаря охлаждению до сверхнизких температур. В перспективе такие приборы предполагается использовать в работе как наземных, так и космических обсерваторий миллиметрового и субмиллиметрового диапазона.

Криогенная часть приёмника. Источник: отдел по связям с общественностью ФИАН.

Миллиметровый диапазон длин волн очень важен для космических исследований. Химия космоса, поиск сложных органических молекул в межзвездной среде, исследования объектов ранней Вселенной и активных ядер галактик, – неполный перечень областей его применения. Именно в миллиметровом диапазоне были получены изображения теней сверхмассивных черных дыр в нашей Галактике и в галактике M87. Однако сегодня космос все ещё недостаточно хорошо изучен в миллиметровом диапазоне (от 30 ГГц до 300 ГГц). Отчасти это связано со сложностью изготовления приёмных антенн и детекторов, работающих на этих длинах волн, отчасти – с малой прозрачностью атмосферы Земли в миллиметровом диапазоне. Поверхность таких антенн должна быть намного более точной по сравнению с обычным радиотелескопом. Для изготовления детекторов требуются элементы микроскопических размеров, поэтому технологически их изготовление – крайне сложная задача. Только несколько стран в мире способны изготовить миллиметровые приёмники достаточной для космических исследований чувствительности. Теперь в их число уверенно входит и Россия.

Криогенная часть приёмника. Источник: отдел по связям с общественностью ФИАН.

Новый российский приёмник работает на частотах 220-280 ГГц (длина волны около 1,2 мм). Для достижения сверхвысокой чувствительности его необходимо охладить до температуры кипения жидкого гелия – 4К. Благодаря столь низким температурам элементы микросхемы прибора, изготовленные из ниобия, переходят в сверхпроводящее состояние. Именно сверхпроводимость и делает параметры нового детектора уникальными. Она позволяет достичь квантовой чувствительности детектора и малых потерь сигналов в соединительных линиях.

«Стандартная полупроводниковая электроника ограничена по скорости и неэффективна для приема очень слабых терагерцовых сигналов», – пояснил руководитель Лаборатории терагерцовых приборов и технологий АКЦ ФИАН Андрей Худченко. «Поэтому наш новый приёмник работает по гетеродинному принципу. Суть его в том, что измеряемый высокочастотный сигнал сравнивается с сигналом опорного генератора на чувствительном сверхпроводниковом элементе. Результат этого сравнения выпадает на низкие частоты порядка 1 ГГц и без потери качества обрабатывается стандартной электроникой. Более того, гетеродинные приёмники позволяют сохранять информацию как об амплитуде, так и о фазе сигнала. А значит, из телескопов, оснащенных такими приемниками, можно создать интерферометр».

Криогенная часть приёмника. Источник: отдел по связям с общественностью ФИАН.

У детекторов этого типа есть ещё одна полезная особенность. Они обладают сверхвысоким частотным разрешением, что чрезвычайно ценно для космических исследований в миллиметровом диапазоне. Ведь именно здесь сосредоточено колоссальное количество узких спектральных линий, создаваемых сложными молекулами. Эти линии дают уникальную информацию о химическом составе, кинематике и физических параметрах межзвёздной среды.

Созданный в Астрокосмическом центре ФИАН прибор – самый чувствительный приемник высокого разрешения в своём диапазоне частот на сегодняшний день в нашей стране. Эта разработка стала возможна в результате плодотворного сотрудничества ИРЭ РАН и АКЦ. Все компоненты смесителя, «сердца приемника», изготовлены в России и соединены в работающий прибор в АКЦ.

Криогенная часть приёмника. Источник: отдел по связям с общественностью ФИАН.

Сейчас Лаборатория терагерцовых приборов и технологий продолжает работу по оптимизации приёмника и улучшению его базовых характеристик. В частности, в ближайшее время планируется кратно улучшить его чувствительность за счёт оптимизации параметров туннельных сверхпроводящих наноструктур и конструкции. Также ведется работа по созданию более сложной и продвинутой модификации приемника – детектора с разделением боковых полос. Эта версия прибора станет идеальным вариантом для использования как на борту космической обсерватории «Миллиметрон», так и на наземных радиоастрономических телескопах.

Источник: отдел по связям с общественностью ФИАН.

https://new.ras.ru/activities/news/v-rossii-sozdan-unikalnyy-detektor-millimetrovogo-diapazona/

Криогенная часть приёмника. (Фото: ФИАН)

В Астрокосмическом центре Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (АКЦ ФИАН) впервые в России создан криогенный приёмник, способный детектировать радиосигналы на частотах 220-280 ГГц. Его крайне высокая квантовая чувствительность и малый уровень потерь сигналов достигаются благодаря охлаждению до сверхнизких температур. В перспективе такие приборы предполагается использовать в работе как наземных, так и космических обсерваторий миллиметрового и субмиллиметрового диапазона. 

Миллиметровый диапазон длин волн очень важен для космических исследований. Химия космоса, поиск сложных органических молекул в межзвездной среде, исследования объектов ранней Вселенной и активных ядер галактик, – неполный перечень областей его применения. Именно в миллиметровом диапазоне были получены изображения теней сверхмассивных черных дыр в нашей Галактике и в галактике M87. Однако сегодня космос все ещё недостаточно хорошо изучен в миллиметровом диапазоне (от 30 ГГц до 300 ГГц). Отчасти это связано со сложностью изготовления приёмных антенн и детекторов, работающих на этих длинах волн, отчасти – с малой прозрачностью атмосферы Земли в миллиметровом диапазоне. Поверхность таких антенн должна быть намного более точной по сравнению с обычным радиотелескопом. Для изготовления детекторов требуются элементы микроскопических размеров, поэтому технологически их изготовление – крайне сложная задача. Только несколько стран в мире способны изготовить миллиметровые приёмники достаточной для космических исследований чувствительности. Теперь в их число уверенно входит и Россия.

Новый российский приёмник работает на частотах 220-280 ГГц (длина волны около 1.2 мм). Для достижения сверхвысокой чувствительности его необходимо охладить до температуры кипения жидкого гелия – 4К. Благодаря столь низким температурам элементы микросхемы прибора, изготовленные из ниобия, переходят в сверхпроводящее состояние. Именно сверхпроводимость и делает параметры нового детектора уникальными. Она позволяет достичь квантовой чувствительности детектора и малых потерь сигналов в соединительных линиях.

«Стандартная полупроводниковая электроника ограничена по скорости и неэффективна для приема очень слабых терагерцовых сигналов», – пояснил руководитель Лаборатории терагерцовых приборов и технологий АКЦ ФИАН Андрей Худченко. «Поэтому наш новый приёмник работает по гетеродинному принципу. Суть его в том, что измеряемый высокочастотный сигнал сравнивается с сигналом опорного генератора на чувствительном сверхпроводниковом элементе. Результат этого сравнения выпадает на низкие частоты порядка 1 ГГц и без потери качества обрабатывается стандартной электроникой. Более того, гетеродинные приёмники позволяют сохранять информацию как об амплитуде, так и о фазе сигнала. А значит, из телескопов, оснащенных такими приемниками, можно создать интерферометр».

У детекторов этого типа есть ещё одна полезная особенность. Они обладают сверхвысоким частотным разрешением, что чрезвычайно ценно для космических исследований в миллиметровом диапазоне. Ведь именно здесь сосредоточено колоссальное количество узких спектральных линий, создаваемых сложными молекулами. Эти линии дают уникальную информацию о химическом составе, кинематике и физических параметрах межзвёздной среды.

Созданный в Астрокосмическом центре ФИАН прибор – самый чувствительный приемник высокого разрешения в своём диапазоне частот на сегодняшний день в нашей стране. Эта разработка стала возможна в результате плодотворного сотрудничества ИРЭ РАН и АКЦ. Все компоненты смесителя, «сердца приемника», изготовлены в России и соединены в работающий прибор в АКЦ. 

Сейчас Лаборатория терагерцовых приборов и технологий продолжает работу по оптимизации приёмника и улучшению его базовых характеристик. В частности, в ближайшее время планируется кратно улучшить его чувствительность за счёт оптимизации параметров туннельных сверхпроводящих наноструктур и конструкции. Также ведется работа по созданию более сложной и продвинутой модификации приемника – детектора с разделением боковых полос. Эта версия прибора станет идеальным вариантом для использования как на борту космической обсерватории Миллиметрон, так и на наземных радиоастрономических телескопах.

https://www.atomic-energy.ru/news/2023/03/28/133898

Сотрудники Астрокосмического центра ФИАН разработали криогенный гетеродинный приемник излучения для использования на будущей космической обсерватории «Миллиметрон», а также, так и на наземных радиотелескопах. Элементы прибора выполнены из ниобия и охлаждаются жидким гелием, за счет получаемой сверхпроводимости достигается очень высокая чувствительность, частотное разрешение и малые потери сигнала. Приемник способен регистрировать радиосигналы на частотах 220-280 гигагерц.

Millimetron Space Observatory

«Миллиметрон» (или «Спектр-М») будет представлять собой 10-метровый космический телескоп, работающий в миллиметровом и инфракрасном диапазонах длин волн на орбите вокруг точки Лагранжа L₂ в системе Солнце—Земля. Обсерватория может функционировать как одиночная антенна или как интерферометр вместе с наземными телескопами и будет исследовать межзвездную среду, тени черных дыр, спектральные искажения реликтового излучения и далекие галактики. Дата ее запуска в космос пока не определена.

https://nplus1.ru/news/2023/03/29/millimetron-detector

В Астрокосмическом центре Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (АКЦ ФИАН) впервые в России создан криогенный приёмник, способный детектировать радиосигналы на частотах 220-280 ГГц. Его крайне высокая квантовая чувствительность и малый уровень потерь сигналов достигаются благодаря охлаждению до сверхнизких температур. В перспективе такие приборы предполагается использовать в работе как наземных, так и космических обсерваторий миллиметрового и субмиллиметрового диапазона.

Миллиметровый диапазон длин волн очень важен для космических исследований. Химия космоса, поиск сложных органических молекул в межзвёздной среде, исследования объектов ранней Вселенной и активных ядер галактик – неполный перечень областей его применения. Именно в миллиметровом диапазоне были получены изображения теней сверхмассивных чёрных дыр в нашей Галактике и в галактике M87. Однако сегодня космос всё ещё недостаточно хорошо изучен в миллиметровом диапазоне (от 30 ГГц до 300 ГГц). Отчасти это связано со сложностью изготовления приёмных антенн и детекторов, работающих на этих длинах волн, отчасти – с малой прозрачностью атмосферы Земли в миллиметровом диапазоне. Поверхность таких антенн должна быть намного более точной по сравнению с обычным радиотелескопом.

Для изготовления детекторов требуются элементы микроскопических размеров, поэтому технологически их изготовление – крайне сложная задача. Только несколько стран в мире способны изготовить миллиметровые приёмники достаточной для космических исследований чувствительности. Теперь в их число уверенно входит и Россия.

Новый российский приёмник работает на частотах 220-280 ГГц (длина волны около 1.2 мм). Для достижения сверхвысокой чувствительности его необходимо охладить до температуры кипения жидкого гелия – 4К. Благодаря столь низким температурам элементы микросхемы прибора, изготовленные из ниобия, переходят в сверхпроводящее состояние. Именно сверхпроводимость и делает параметры нового детектора уникальными. Она позволяет достичь квантовой чувствительности детектора и малых потерь сигналов в соединительных линиях.

«Стандартная полупроводниковая электроника ограничена по скорости и неэффективна для приёма очень слабых терагерцовых сигналов, – пояснил руководитель Лаборатории терагерцовых приборов и технологий АКЦ ФИАН Андрей Худченко. – Поэтому наш новый приёмник работает по гетеродинному принципу. Суть его в том, что измеряемый высокочастотный сигнал сравнивается с сигналом опорного генератора на чувствительном сверхпроводниковом элементе. Результат этого сравнения выпадает на низкие частоты порядка 1 ГГц и без потери качества обрабатывается стандартной электроникой. Более того, гетеродинные приёмники позволяют сохранять информацию как об амплитуде, так и о фазе сигнала. А значит, из телескопов, оснащённых такими приёмниками, можно создать интерферометр».

У детекторов этого типа есть ещё одна полезная особенность. Они обладают сверхвысоким частотным разрешением, что чрезвычайно ценно для космических исследований в миллиметровом диапазоне. Ведь именно здесь сосредоточено колоссальное количество узких спектральных линий, создаваемых сложными молекулами. Эти линии дают уникальную информацию о химическом составе, кинематике и физических параметрах межзвёздной среды.

Созданный в Астрокосмическом центре ФИАН прибор – самый чувствительный приёмник высокого разрешения в своём диапазоне частот на сегодняшний день в нашей стране. Эта разработка стала возможна в результате плодотворного сотрудничества ИРЭ РАН и АКЦ. Все компоненты смесителя, «сердца приёмника», изготовлены в России и соединены в работающий прибор в АКЦ.

Сейчас Лаборатория терагерцовых приборов и технологий продолжает работу по оптимизации приёмника и улучшению его базовых характеристик. В частности, в ближайшее время планируется кратно улучшить его чувствительность за счёт оптимизации параметров туннельных сверхпроводящих наноструктур и конструкции. Также ведётся работа по созданию более сложной и продвинутой модификации приёмника – детектора с разделением боковых полос. Эта версия прибора станет идеальным вариантом для использования как на борту космической обсерватории Миллиметрон, так и на наземных радиоастрономических телескопах.

https://habr.com/ru/news/t/725474/

Ученые продолжают работать в Псково-Печерском монастыре. Цель - создать трехмерную картину всех существующих подземных улиц в Богом зданных пещерах. Зачем нужны нейросети при научных исследованиях в интервью ГТРК «Псков» рассказал Виктор Васильев, десятиклассник из Москвы. Начинающий ученый, который тоже участвует в проекте.

Марина Михайлова, корреспондент: В Псково-Печерском монастыре в Богом сданных пещерах нам посчастливилось присутствовать при работе физиков-ядерщиков из Москвы. И в этой работе принимает участие молодой программист Виктор Васильев. И мы можем задать ему свои вопросы как его дело, его наука соединяется с наукой физиков-ядерщиков в этом великом деле обследования пещер? Виктор, расскажите ,пожалуйста, в чём суть вашей работы?

Виктор Васильев, ученик Лицея информационных технологий, лаборант Физического института Академии наук (Москва): Для данного эксперимента мною была прописана нейронная сеть, которая обрабатывает изображения, полученные с фотоэмульсионного детектора. И помимо увеличения эффективности, как результат работы нейросети, можно также выделить и скорость обработки изображения, так как по сравнению с используемым сейчас методом - а именно метод обработки с помощью графического профессора - скорость работы нейросети увеличилась почти в 5 раз.

Марина Михайлова, корреспондент: Скажите, пожалуйста, причем здесь нейросеть, и вот этот эксперимент - как это все соединяется?

Виктор Васильев, ученик Лицея информационных технологий, лаборант Физического института Академии наук (Москва): Нейросети в настоящее время стали очень востребованные, используются практически везде, где необходимо решить задачу - классификации объектов, распознавания объектов на изображении, или контроля, и других подобных задач. В этом эксперименте я работаю с изображениями, которые преобразуются в числа. С помощью алгоритмов нейронные сети могут предсказывать нужный параметр, и уже после этого физики-практики смогут дальше обрабатывать результаты и проводить физический анализ полученных данных.

Марина Михайлова, корреспондент: Мы видели, как вы что-то замеряли с помощью рулетки, количество сантиметров от прибора до стены. Что это такое было?

Виктор Васильев, ученик Лицея информационных технологий, лаборант Физического института Академии наук (Москва): Это проверка на то, что в течение определенного промежутка, пока детекторы стояли на месте, с ним ничего не произошло. Потому что если даже их подвинуть на несколько сантиметров, то данные уже будут расплывчатыми, и анализ будет уже бессмысленный. И придется либо переустанавливать, либо эксперимент просто прекратится.

Марина Михайлова, корреспондент: Есть ли у вас научный руководитель, кто направляет вашу научную мысль? И какие ваши планы в дальнейшем, по тому чтобы овладеть этой профессией, войти в науку программирования?

Виктор Васильев, ученик Лицея информационных технологий, лаборант Физического института Академии наук (Москва): Татьяна Викторовна, она физик-практик. Она мне дословно объясняет задачу, что нужно делать. Также в ФИАНе есть люди, которые мне помогают, рассказывают о каких-то новых алгоритмах, которые помогут мне сделать эффективность моей программы лучше и увеличить скорость работы программы, чтобы достигнуть результата как можно более быстрыми способами.

Марина Михайлова, корреспондент: Вы собираетесь свою дальнейшую жизнь связать с этой деятельностью? Это, как понимаю, уже начало диссертационной работы?

Виктор Васильев, ученик Лицея информационных технологий, лаборант Физического института Академии наук (Москва): Да, я планирую этот эксперимент, мои программы, выдвигать на различные конференции, например, "Инженеры будущего". И если получится ,там занять какие-то призовые места. Буду продолжать выступать с этим докладом и возможно свяжу своё будущее с физикой, прикладной математикой, информатикой.

https://gtrkpskov.ru/news-feed/vesti-pskov/37362-nauchnyj-eksperiment-zachem-v-peshcherakh-pskovo-pecherskogo-monastyrya-primenyayut-novejshie-tekhnologii.html

Учёные продолжают работать в Псково-Печерском монастыре. Цель - создать трехмерную картину всех существующих подземных улиц в Богом зданных пещерах. В работе вместе с физиками-ядерщиками принимает участие начинающий учёный, десятиклассник, который уже работает в Физическом институте имени П. Н. Лебедева. Он создаёт нейронную сеть для обработки экспериментальных данных. Марина Михайлова подробнее.

Одно неверное движение, и эксперимент будет прекращён. Поэтому учёные проверяют приборы, установленные несколькими неделями раньше, с точностью до сантиметра. Детекторы с эмульсионными пластинками фиксируют потоки мюонов. Это частицы природного происхождения. Основная компонента космического излучения. С помощью фиксации их потоков будут созданы 3D-модели подземных коридоров Богом зданных пещер, которые несмотря на более чем 500-летнюю историю до сих пор хранят свои тайны.

«Данная работа выполнена целым рядом научных институтов. Это МИФИ, МИСИС и ФИАН. И глобально цель работы - изучение скрытых подземных помещений, структур. На сегодняшний день были сняты тестовые пластинки, которые покажут нам загруженность эмульсионных пластин», - Татьяна Щедрина, старший научный сотрудник Физического института имени П.Н. Лебедева РАН.

Детекторы демонтируют, результаты обработают. Вместе с ядерщиками впервые работает самый молодой сотрудник Физического института. Десятиклассник Лицея информационных технологий предложил собственный проект обработки полученных физиками результатов.

«В этом эксперименте я работаю с изображениями, которые преобразуются в числа, и с помощью алгоритмов нейронная сеть сможет предсказывать нужные параметры. И уже после этого физики-практики смогут дальше обрабатывать результат и проводить физический анализ полученных данных», - Виктор Васильев, ученик Лицея информационных технологий, лаборант Физического института Академии наук (Москва).

Нейронная сеть, созданная для эксперимента, увеличивает скорость обработки материалов, полученных с фотоэмульсионного детектора, почти в пять раз. Данные о неизвестных ранее подземных пустотах с закрытыми ходами уже есть. Два детектора установлены, чтобы прорисовать структуру пещеры за склепом. Его обнаружили за изображением Псково-Печерских святых. Радиус действия одного детектора - это конус 45 градусов на расстоянии несколько сот метров. То есть появится информация о подземных коридорах, которые выходят за территорию монастыря.

https://gtrkpskov.ru/news-feed/vesti-pskov/37369-nejronnuyu-set-dlya-obrabotki-eksperimentalnykh-dannykh-razrabotal-nachinayushchij-uchjonyj-viktor-vasilev-uchastnik-issledovanij-bogom-zdannykh-peshcher.html

Российские и казахстанские ученые обнаружили, что ионосферные возмущения, от взрыва вулкана Хунга-Тонга в январе прошлого года, распространились на расстоянии в 12 тыс. километров от вулкана. Об этом в четверг сообщила пресс-служба Физического института РАН (ФИАН) со ссылкой на статью в журнале Atmosphere.

Фото: Большая Азия

"Взрыв вулкана Хунга-Тонга, произошедший 15 января 2022 года, породил ионосферные возмущения, которые были фиксированы нами на расстоянии в 12 тыс. километров от этого объекта, в северной части Таньшаня. Проведенные нами расчеты свойств этих колебаний показали, что данный катаклизм выбросил в атмосферу огромное количество энергии, эквивалентное по силе взрыву двух млрд. тонн тротила", - пишут исследователи.

Вулкан Хунга-Тонга (Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай) был до января 2022 года расположен на одноименном острове в южной части Тихого океана, на территории архипелага Тонга. В декабре 2021 года он пробудился, что привело к серии извержений, которые закончились взрывом в середине января 2022 года. Этот катаклизм привел к уничтожению "старого" острова Хунга-Тонга и образованию двух новых остров, Хунга-Тонга и Хунга-Хаапай.

Во время взрыва острова в атмосферу было выброшено облако пепла, которое достигло высоты в несколько десятков километров, а взрыв, порожденный коллапсом вулкана, был слышен в Новой Зеландии и в других удаленных от Тонга регионах акватории Тихого океана. Кроме того, взрыв Хунга-Тонга вызвал множество молний, а также атмосферные и ионосферные возмущения.

Последствия взрыва вулкана

Группа российских и казахстанских исследователей под руководством

Александра Щепетова,

ведущего научного сотрудника ФИАН, выяснила, что вызванные этим взрывом ионосферные возмущения распространились на расстоянии около 12 тыс. километров.

Ученые совершили это открытие в ходе анализа данных, собранных Тянь-Шанской высокогорной станцией ФИАН и на радиополигоне "Орбита" казахстанского Института ионосферы (Алматы) на рубеже 2021 и 2022 годов, до и после взрыва вулкана Хунга-Тонга. Эти станции слежения непрерывно наблюдают за изменениями в атмосферном давлении и в свойствах ионосферы Земли по тому, как от нее отражаются радиосигналы.

Проведенные учеными замеры указали на то, что отголоски взрыва вулкана в виде резких колебаний атмосферного давления, а также различных типов возмущений в ионосфере, достигли территории Тяньшаня, удаленного от Хунга-Тонга на 12 тыс. км. Эти возмущения, порожденные ударной волной от взрыва, не только изменили характер взаимодействий радиоволн с ионосферой, но и поменяли свойства так называемых теллурических токов, естественных электрических токов в поверхностных слоях Земли.

Последующий анализ всех этих сведений, как пишут Щепетов и его коллеги, позволил ученым оценить примерное количество энергии, попавшей в атмосферу в результате взрыва вулкана. Оно оказалось эквивалентным взрыву свыше двух гигатонн тротила, что является одним из самых больших значений, зафиксированных для других природных катаклизмов.

https://news.rambler.ru/community/50395459-issledovateli-iz-rf-i-kazahstana-izuchayut-posledstviya-vzryva-vulkana-v-tihom-okeane/

Российские и казахские физики рассказали о том, что взрыв вулкана Хунга-Тонга вызвал ионосферные возмущения на другом конце Земли.

Извержение вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай
Wikimedia Commons

Извержение тихоокеанского вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай в декабре 2021 года привело к колебаниям давления в атмосфере, амплитуды электрических токов в верхних слоях почвы и частоты отраженных от ионосферы радиоволн на расстояниях до 12 тысяч километров от вулкана, выяснили ученые Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) совместно с казахстанскими коллегами. Никогда ранее столь глобальный отклик на единичное извержение не фиксировался. Об открытии сообщает пресс-служба ФИАН.

Извержения подводного вулкана в этой точке происходили неоднократно. В ходе извержения в декабре 2014 — январе 2015 года между островами Хунга-Тонга и Хунга-Хаапай произошло поднятие суши и они слились в единый остров. Но во время нового извержения, начавшегося 21 декабря 2021 года и продолжавшегося до 11 января следующего года, центральная часть острова вновь опустилась под воду. Спустя несколько дней началось особенно сильное извержение.

15 января 2022 года на архипелаге Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай произошел взрыв вулкана. Облако пепла достигло главного острова Тонга в 60 км от вулкана, закрыв солнце и превратив день в ночь. В столице Тонга Нукуалофе были слышны громкие взрывы, с неба падали мелкие камни и пепел. Ударная волна от финальной стадии извержения, мощность которой оценивается в 10 мегатонн тринитротолуола, была слышна даже на Фиджи, Самоа и в Новой Зеландии. Извержение вызвало цунами, которое повредило более 100 домов и убило как минимум троих человек. В результате извержения 15 января остров Хунга-Тонга потерял не менее 70 % своей площади, а остров Хунга-Хаапай — около половины. Извержение стало крупнейшим в мире в XXI веке и, возможно, самым мощным со времен извержения Кракатау в 1883 году.

Взрыв вулкана такой силы — уникальный природный эксперимент, который позволяет лучше понять свойства всех оболочек Земли: атмосферы, гидросферы и литосферы. Ранее за всё время современных наблюдений столь мощных вулканических извержений в мире не случалось.

«Мы наблюдали эффекты возмущений, вызванных плотной воздушной волной, которая образовалась в момент взрыва вулкана и распространялась в земной атмосфере. На уровне земли и до высоты в несколько километров это возмущение воспринималось как кратковременный скачок атмосферного давления, которое можно было измерить обычными методами, например цифровым барографом. На высоте ионосферы 70–100 км от поверхности энергия воздушной волны, распространявшейся в атмосфере, передавалась ионизированным слоям воздуха, что приводило к изменениям плотности распределения электрического заряда на этой высоте», — рассказывает Назыф Салихов, старший научный сотрудник Тянь-Шаньской высокогорной научной станции ФИАН и заведующий Лабораторией спутниковых и геодинамических исследований Института ионосферы (Казахстан).

Ученым давно известно, что крупные извержения вулканов вызывают различного рода возмущения в ионосфере, которые предположительно возникают из-за утечки в верхние слои атмосферы энергии волн Лэмба — упругих волн, вызванных ударной волной в месте взрыва и распространяющихся параллельно поверхности Земли. Энергия взрыва может передаваться в ионосферу через резонанс акустико-гравитационных колебаний в атмосфере. Под гравитационными колебаниями в данном случае подразумевается тип гидродинамических колебаний, возникающих под действием силы тяжести.

После извержения вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай в различных точках земного шара были зафиксированы аномальные кратковременные колебания атмосферного давления, инфразвуковые, акустико-гравитационные волны и волны Лэмба. Узнав об этом, ученые ФИАН начали поиск связанных с этим событием эффектов среди данных, собранных Тянь-Шанской высокогорной станцией ФИАН и на радиополигоне «Орбита» казахстанского Института ионосферы (Алматы).

В записях атмосферного давления была обнаружена кратковременная аномалия, длившаяся несколько минут. Форма и длительность наблюдаемого возрастания давления совпадали с теми, что происходили на других метеостанциях. А момент ее наблюдения оказался запаздывающим  на 12 часов относительно момента извержения, что соответствует времени прихода на Тянь-Шаньскую станцию атмосферной волны, движущейся со скоростью звука от точки расположения вулкана.

Ученые выяснили, что в 16:00:55 UTC там произошел всплеск атмосферного давления с пиковой амплитудой 1,3 гектопаскаля и скоростью распространения 0,3 км/с. Они оценили выброс энергии в атмосферу при взрыве вулкана Хунга-Тонга приблизительно в две тысячи тонн в тротиловом эквиваленте.

Анализ доплеровского сдвига частоты отраженного от ионосферы радиосигнала, который регистрировался при распространении радиоволн по двум трассам протяженностью 3212 км и 2969 км, позволил обнаружить возмущения, которые были реакцией на прохождение через точку отражения радиоволн в ионосфере атмосферных волн плотности: волны Лэмба (0,31 км/с) и акустико-гравитационной волны (0,26 км/с).

«Наблюдались эффекты трех типов: скачок атмосферного давления, аномально большие вариации частоты отраженного радиосигнала (допплеровской частоты) и изменения теллурического тока, измеряемого между погруженными в грунт электродами. Аномалии в частоте отраженного радиосигнала, которые сами по себе являются уникальным эффектом, также наблюдались именно в моменты, соответствующие приходу атмосферных волн. В данном случае аномально большой, более чем на 1 Гц, сдвиг частоты отраженного радиосигнала представляет собой достаточно уникальное явление, поскольку он в несколько раз превышает обычную дисперсию фоновых колебаний. В обычных (невозмущенных) условиях такие отклонения не наблюдаются. То же относится и к зарегистрированному после взрыва вулкана кратковременному возрастанию атмосферного давления. Совокупность всех временных корреляций позволяет утверждать, что наблюдаемые аномальные эффекты имеют одну и ту же физическую причину: распространение атмосферной ударной волны, источником которой служил взрыв вулкана», — говорит Назыф Салихов.

Возмущения ионосферы, вызванные взрывным извержением вулкана Хунга–Тонга, ученые исследовали с помощью сети приемников Глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS), которая обычно используется для измерения общей концентрации электронов в ионосфере. Заметные ионосферные эффекты также наблюдались спутниками миссий ICE и GOLD, расположенными на низкой околоземной и геостационарной орбитах. Приемники GNSS идентифицировали два типа перемещающихся ионосферных возмущений (TID), которые распространялись от эпицентра взрыва: два крупномасштабных и несколько среднемасштабных TID. Наиболее доминирующий среднемасштабный TID двигался со скоростью около 200–400 м/с и совпал с возмущением приповерхностного атмосферного давления. Таким образом, ученые убедились, что ионосфера является чувствительным детектором атмосферных волн и геофизических возмущений.

Изменения электронной плотности в какой-то области ионосферы могут влиять и на земную поверхность. Они наводят так называемые теллурические токи — слабые по величине естественные электрические токи в поверхностных слоях Земли. Эти токи могут быть обнаружены и измерены чувствительными датчиками, расположенными в приповерхностных слоях грунта.

Два таких возмущения были обнаружены в записях теллурического тока в моменты прихода волны Лэмба и акустико-гравитационной волны к пункту регистрации токов на Тянь-Шаньской высокогорной станции. Результаты исследования могут быть полезны для прогнозирования климатических последствий геологических катаклизмов и изменения климата.

«Главная цель экспериментов по постоянному мониторингу различных геофизических параметров на Тянь-Шаньской станции заключается в поиске предвестников приближающихся землетрясений. Полученные данные позволяют утверждать, что перспективным методом сейсмологического прогнозирования может стать регулярная регистрация сдвига частоты отраженного сигнала при ионосферном зондировании и выделение в этих записях характерных аномалий, которые возникают при активизации сейсмических процессов в окружающем регионе», — заключил Назыф Салихов.

https://polit.ru/news/2023/03/17/ps_hunga_tonga/