История и тематика отдела

Возникновение научного направления "радиофизика геокосмоса" в Институте радиофизики и электроники, а затем в Радиоастрономическом институте НАН Украины относится к 60-х годам "прошлого", ХХ века. Примерно в это время один из двух теоротделов ИРЭ был назван "Теоретическим отделом распространения радиоволн и ионосферы" (ТОРРИ). Создателем и бессменным руководителем его на протяжении 20 лет был Павел Викторович Блиох (1922 - 2000 гг.) доктор физ.-мат. наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники Украины. Тематика отдела была в основном направлена на развитие теории распространения радиоволн в реальных средах в интересах радиолокации, связи и навигации с использованием наземных систем. Важно отметить, что теоретики были "приземлены" к конкретным задачам, которые решались в многочисленных на то время экспериментальных распространенческих отделах ИРЭ. Традиция тесной связи экспериментаторов с теоретиками шла еще с УФТИнских времен. В какой-то мере это ограничивало полет фантазии "чистой теории", но с другой стороны позволяло создавать целостные законченные научные работы, в которых строго интерпретировались новые экспериментальные результаты либо подвергались реальной проверке оригинальные теоретические прогнозы.

В это время начали бурно развиваться спутниковые исследования околоземной плазмы - среды "обитания" большинства первых космических аппаратов (КА). Трансионосферные линии распространения радиоволн стали "жизненными нитями", связывающими бортовые системы спутников с наземными центрами управления и сбора информации. В первые годы космической эры существовала иллюзия, что с помощью контактных методов бортовыми датчиками удастся полностью восстановить морфологию плазмы и основных полевых характеристик геокосмоса и динамику их поведения. Однако весьма быстро стало ясно, что измерения "in situ" имеют локальный, фрагментарный характер, а спутники привносят существенные возмущения в зондируемую среду вдоль орбиты в зоне действия самих контактных диагностических систем. Поэтому дистанционные радиофизические методы не только не были отвергнуты, но получили мощный импульс к развитию. В это время начали создаваться гигантские радары некогерентного рассеяния, позволяющие зондировать всю ионосферную толщу, повсеместно размещаться по земному шару ионозонды - радиолокаторы КВ диапазона, развиваться методы радиопросвечивания ионосферы сигналами служебных и специальных спутниковых передатчиков. Появились идеи искусственной модификации ионосферы сверхмощным электромагнитным излучением с Земли, пучками заряженных частиц и различными химическими реагентами прямо из космоса. В частности Павлу Викторовичу принадлежала идея создания гигантской искусственной ионосферной линзы за счет нагрева плазменного слоя мощным коротковолновым излучением [1]. Естественно, что большинство задач о распространении радиоволн в ионосфере и магнитосфере Земли в те годы носило "прикладной", т.е. оборонный характер. Ионосферная тематика ТОРРИ середины-конца шестидесятых годов в основном была сосредоточена на рассмотрении резонаторных и волноводных свойств полости Земля - нижняя ионосфера в сверхнизкочастотном (СНЧ) и сверхдлинноволновом диапазонах (СДВ). В первом из них характерные длины волн были соизмеримы с длиной окружности земного шара (десятки тысяч километров), а во втором - сопоставимы с поперечным размером промежутка Земля - ионосфера (десятки километров). Выбор этой тематики был с одной стороны обусловлен прикладными задачами создания глобальных систем связи и навигации для погруженных объектов, а с другой - традиционным интересом Павла Викторовича к "красивым" природным структурам, способным фокусировать и канализировать электромагнитную энергию в окружающем пространстве. Оба направления сопровождались активными теоретическими и экспериментальными исследованиями. В отделе была создана экспериментальная лаборатория, которую возглавил В.Ф. Шульга (1929-1972 гг.). Развитие работ по этим направлениям естественным образом сопровождалось профессиональным ростом большой группы сотрудников, защитой кандидатских, а затем и докторских диссертаций. Логическим подведением итогов успешной многолетней работы отдела по этой ионосферной тематике явилось публикация двух монографий [2,3]. Наряду с прикладными аспектами ионосферных исследований Павел Викторович всегда акцентировал внимание учеников на возможность использования особенностей распространения радиоволн разных диапазонов для диагностики нижней ионосферы. Как это ни парадоксально, но до сих пор "подножье ионосферы" D-область остается наименее изученной. Плазма на этих высотах является малой пассивной примесью к нейтральной компоненте атмосферного газа и трудно поддается контактной диагностике и радарным методам зондирования. Примерно к концу семидесятых - середине 80-х годов ХХ-го века прикладной интерес к этим диапазонам стал спадать, а исследования стали носить геофизический ионосферный характер.

Павел Викторович примерно раз в десять лет сам менял научные интересы и призывал своих учеников следовать этому примеру, говоря, что ученый в своей творческой жизни может и должен сменить направление исследований как минимум два-три раза (такие традиции существовали в ИРЭ "с легкой руки" С.Я. Брауде, который был непререкаемым авторитетом для П.В. Блиоха). Дав возможность "опериться" своим ученикам в ионосферных исследованиях, Павел Викторович сам поменял тематику, сначала увлекшись гравитационными линзами [4], а затем проблемами пылевой плазмы [5]. В начале 80-х в ИРЭ НАН Украины по инициативе С.Я. Брауде и Л.Н. Литвиненко было организовано Отделение радиоастрономии, и наш отдел, практически в полном составе во главе с заведующим перешел в Отделение. Расширилась сфера научных интересов, и отдел получил новое название "Космической радиофизики". К этому времени в полную силу заработал и прославился крупнейший в мире декаметровый радиотелескоп УТР-2, уникальный инструмент, который на долгие годы предопределил мировое лидерство Украины в низкочастотной радиоастрономии [6]. Поскольку основным мешающим фактором для радиоастрономических наблюдений в этой частотной области является ионосфера, естественно было сосредоточить "распространенческие" усилия на исследованиях флуктуаций декаметровых радиоволн в околоземной плазме. С начала 80-х в отделе сложилась научная группа, которая стала активно работать в этом направлении. В это же время были сформулированы основные принципы "экологически чистого" многочастотного радиозондирования ионосферы с использованием сигналов не специального типа, а уже существующих видов электромагнитного излучения естественного и техногенного происхождения. К их числу относились излучения дискретных космических источников и космического фона, спорадического излучения Солнца и Юпитера, сигналы радиовещательных станций и спутниковых передатчиков. Быстрый экспериментальный прогресс этой группы был обусловлен, прежде всего, режимом максимального благоприятствия работы на телескопе, уникальными свойствами самого УТР-2 и активной поддержкой отдельских теоретиков. Прикладной интерес к задачам загоризонтной радиолокации в КВ диапазоне давал возможность участвовать в крупных НИР и развивать экспериментальную базу исследований. К моменту создания Радиоастрономического института в 1985 году ионосферные исследования стали заметной частью его тематики. В это время в группу входили Ю.М. Ямпольский, В.Г. Галушко, В.С. Белей, В.Г. Безродный, П.В. Пономаренко и несколько дипломников. Исследования проводились в широкой научной кооперации со многими коллегами из ИЗМИРАН, ИРЭ НАНУ, ФИАН, НИРФИ, МИРЭА, ПГИ, ИПГ, МГУ и др. Летом 1986 г. Павел Викторович решил оставить заведование отделом, и эту должность занял проф. И.М. Фукс, многоплановый теоретик, известный классическими работами в области статистической теории дифракции и опытом взаимодействия с экспериментаторами. В связи с этими административными переменами ионосферная группа получила еще большую самостоятельность, и директор, академик Л.Н. Литвиненко, неоднократно предлагал сформировать на ее базе структурную лабораторию. В этот период был создан первоклассный по тем временам многоканальный когерентный приемный комплекс КВ диапазона, который вместе с уникальными свойствами антенны УТР-2 дал значительную "фору" нашим экспериментальным исследованиям по сравнению с многочисленными "конкурентами" из других организаций. Появилось еще больше прикладных работ и "соблазнов" создания межотраслевой структуры (отдела или лаборатории) с частичным штатным финансированием за счет ресурсов Заказчика. Однако, увлеченно работая в классическом академическом отделе, сотрудники группы не поддались этим "соблазнам" в угоду б?льшим, как тогда казалось, финансовым возможностям. Роль мудрых советчиков в этой ситуации сыграли С.Я. Брауде и П.В. Блиох, которые не рекомендовали попадать под более жесткую зависимость Заказчика. Как показало ближайшее будущее, эти предостережения оказались полностью оправданными.

Продуктивность использования УТР-2 для задач распространения радиоволн и зондирования ионосферы превзошла все ожидания. Наиболее ярко преимущества остронаправленной ФАР проявились для исследовании многолучевых КВ полей в окрестности пространственной каустики при отражении КВ сигналов от ионосферы на частоте, близкой к максимально применимой (МПЧ). Угловое разделение интерферирующих "нижнего" и "верхнего" лучей позволило сформулировать и решить модельную обратную задачу по восстановлению пространственно - временных характеристик ионосферного слоя [7-9]. Многочисленные измерения в прикаустической области и сотрудничество с теоретиками дали возможность разработать оригинальный метод дистанционного зондирования ионосферы на наклонных односкачковых КВ радиолиниях [10-12]. Эффект фокусировки поля на каустике был чрезвычайно красив, наблюдая его многократно на различных радиотрассах, мы не переставали удивляться "правильности" и классичности дифракционной картины поля, которая порождалась отражением КВ сигнала от "эфемерного" плазменного слоя, расположенного в сотнях километрах от поверхности Земли. Время перехода рабочей частоты КВ сигнала через МПЧ на заходе Солнца и вид каустики хорошо характеризовали текущее состояние ионосферы и позволяли прогнозировать качество ночных радиоастрономических наблюдений на УТР-2 [13]. Вдали от каустики в "радиоосвещенной" области использование угловой селекции в сочетании с доплеровской фильтрацией сигналов позволили исследовать широкий класс перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ), разработать метод их дистанционного зондирования и визуализации [14,15]. Созданная теоретическая модель позволяла решать прямые и обратные задачи распространения радиоволн в динамической и статистической модельных постановках. Это в свою очередь дало возможность визуализовать ПИВ, восстанавливать в реальном времени пространственный спектр неоднородностей, направление и скорость их движения, идентифицировать источники самих волновых возмущений. Обобщением этих работ стал метод частотно-углового зондирования ионосферы (ЧУЗИ), нашедший свое применение в Украине [16] и России [17], а в дальнейшем в США [18,19] и в Антарктиде [20]. Основной вклад в его развитие внес В.Г. Галушко. В настоящее время метод усовершенствован для вертикального импульсного зондирования ионосферы с применением модели ПИВ в виде объемных внутренних волн плотности [21]. В зоне радиотени на поверхности Земли использование УТР-2 позволило исследовать диаграммы резонансного рассеяния сигналов на естественных ионосферных неоднородностях и восстановить основные характеристики их пространственного спектра вблизи главного максимума ионизации [22,23].

В начале 80-х коллеги из НИРФИ (г. Горький) предложили нам включиться в эксперименты по радарной диагностике искусственной ионосферной турбулентности (ИИТ), создаваемой сверхмощным КВ передатчиком с поверхности Земли. Ими был создан нагревный стенд (НС) "Сура", обладавший по тем временам рекордными в мире параметрами. Идеальное взаимное расположение "Суры" и УТР-2 позволило использовать эффект ракурсного рассеяния пробных КВ сигналов на сильно вытянутых вдоль магнитного поля Земли искусственных ионосферных неоднородностях. Роль сигналов "подсветки" выполняли многочисленные вещательные КВ радиостанции, расположенные в европейской части СССР. В дополнение совместно с коллегами из ХГУ был создан специальный пробный импульсный передатчик для исследования пространственно-временного поведения ИИТ. Высокая пространственная избирательность ФАР УТР-2 и когерентный многоканальный приемник позволили обнаружить много новых динамических свойств стимулированных неоднородностей, ряд из которых стал классическими и до сих пор цитируется в современной научной периодике. Впервые были исследованы трехмерные пространственные характеристики возмущенной области [24,25], обнаружен эффект "эхо - рассеяния" - повторных периодических всплесков рассеяния пробного сигнала на стадии релаксации ИИТ, предложена модель, поясняющая их возникновение [26]. Исследовано взаимодействие мелкомасштабных искусственных плазменных неоднородностей с крупномасштабными природными МГД процессами [27,28], обнаружен обмен энергией между крупномасштабными магнитогидродинамическими процессами и мелкомасштабной плазменной турбулентностью [29]. Впервые была высказана и подтверждена гипотеза о радиальном дрейфе неоднородностей от центра к периферии возмущенной области [30]. Детально изучены времена релаксации мелкомасштабной турбулентности и механизмы ее диссипации [31].

Наряду с изучением искусственных возмущений ионосферной плазмы в отделе была предпринята попытка обнаружения природных нелинейностей в геокосмосе. Исходная предпосылка состояла в том, что процесс распространения радиоволн в плазме всегда носит нелинейный характер, вопрос состоит лишь в пороговых уровнях чувствительности регистрирующих сенсоров и способах обнаружения этих эффектов. Наглядней всего нелинейное взаимодействия должно проявляться в частотной области, сопровождаясь появлением в априорно известном спектре "пробной" радиоволны спектральных составляющих "греющего" воздействия. Руководствуясь этими соображениями был проведен успешный эксперимент по поиску взаимодействия полей шумановских резонансов и кругосветных КВ сигналов [32]. Спектр монохроматического пробного КВ сигнала на кругосветной радиолинии оказался обогащен тремя максимумами ШР. Роль "опорного греющего" источника выполняет поле ясной погоды, которое создает в нижней ионосфере слабо нелинейное взаимодействие между СНЧ и КВ полями. Затухание декаметровой кругосветной радиоволны модулируется мощностью шумановских сигналов. Еще более тонкий эффект естественной нелинейности был обнаружен при поиске "кроссмодуляции" самих ШР [33]. Оказалось, что при детальном биспектральном анализе в спектрах ШР на больших временах усреднения наряду с основными спектральными максимумами в резонаторе проявляются их слабые комбинационные сумма - разностные компоненты.

К началу 90-х в отделе по ионосферной тематике было опубликовано свыше 40 научных работ, защищено две докторские диссертации (В.Г. Безродный, Ю.М. Ямпольский) и несколько кандидатских диссертаций (В.Г. Галушко, В.С. Белей, А.Ф. Беленов., С.Б. Кащеев). Группа пополнилась новыми молодыми сотрудниками, аспирантами и дипломниками. Директор РИ НАН Украины академик Л.Н. Литвиненко поставил вопрос о целесообразности создании нового отдела. Отдел был организован в июле 1993 года и получил название "Отдел ионосферного распространения радиоволн". Определяющее значение в принятии такого решения сыграла готовность ведущих теоретиков В.Г. Синицына и В.Г. Безродного перейти в новое подразделение. Это позволило сохранить традиции ТОРРИ - тесного взаимодействия теории и эксперимента. К этому же периоду относится начало активного международного сотрудничества, появились первые зарубежные гранты и проекты, которые позволили "выжить" отделу, пожалуй, в самое тяжелое время - в период становления независимости Украины. Важнейший вклад в успешное развитие международного сотрудничества внес В.Г. Синицын, блестящий знаток английского языка, обладающий высочайшей физической квалификацией. Результаты первых международных исследований в области двухпозиционной локации ионосферы и магнитосферы с использованием уникальных систем УТР-2 и "Сура" [34] были доложены на заседаниях Бюро ОФА и Президиума НАН Украины и получили высокую академическую оценку в виде специального постановления Президиума НАН Украины. Такая официальная поддержка молодого отдела на самом высоком национальном научном уровне была очень важна и престижна. Отдел продолжал активные исследования по ионосферной тематике, еще трое сотрудников стали кандидатами наук (Г.В Литвиненко, П.В. Пономаренко, А.В. Колосков).

В начале 90-х отделом был взят новый курс: антарктические исследования. Учеными и энтузиастами-полярниками в Киеве был поднят вопрос о предоставлении Украине права использования одной из многочисленных советских антарктических станций, которые перешли в собственность России. Эта инициатива была поддержана в Украине на официальном государственном уровне, однако не увенчалась успехом, поскольку Россия отказалась создавать прецедент передачи какого-либо имущества за рубежом другой республике. Тем не менее, в Киеве при Институте геологических наук НАН Украины был создан Антарктический центр, который практически на общественных началах продолжал поиски возможностей интегрирования украинских ученых в антарктические исследования. Центр разослал многим организациям призывы формулировать научные предложения для исследования Антарктики. Соответствующие предложения были сформулированы и в РИ НАН, большинство из них касалось электромагнитных и ионосферных исследований на шестом континенте, многие носили приоритетный оригинальный характер. В это же время Великобритания объявила международному сообществу о своей готовности передать одну из своих первых зимующих антарктических баз, "Майкл Фарадей", "неантарктической" стране. В условиях сильной международной конкуренции Украина стала победительницей конкурса, и официально с февраля 1996 года база "Фарадей" перешла под юрисдикцию нашей страны. Станция получила имя выдающегося ученого, первого президента академии наук Украины - "Академик Вернадский". Наши научные предложения по исследованию электромагнитных эффектов и ближнего космоса на шестом континенте были замечены и в Украине, и в Великобритании, и уже в 1998 году первый представитель РИ НАНУ был включен в состав зимовщиков третьей Украинской антарктической экспедиции (УАЭ). С этого времени институт и отдел тесно сотрудничают с Украинским антарктическим центром МОН Украины (УАЦ), при поддержке которого реализованы многие оригинальные эксперименты и систематические исследования геокосмоса в Антарктиде. Отметим, что до 2007 года институт не "пропустил" ни одной зимовки. 12 сотрудников РИ НАНУ (10 из отдела) работали в антарктических экспедициях, пятеро из них зимовали на станции (четверо - дважды, двое - трижды); пятеро участвовали в двух морских походах в Антарктиду и назад в Украину. Первая в Украине кандидатская диссертация по антарктической тематике была подготовлена в РИ НАНУ (А.В. Зализовский). По инициативе отдела на Низкочастотной обсерватории РИ НАНУ в с. Мартовое при поддержке Украинского антарктического центра МОН Украины была организована Учебно- тренировочная база зимовщиков, на которой созданы условия, максимально приближенные к реальным, существующим на УАС. Пять экипажей антарктических экспедиций успешно прошли тренировочные сборы на УТБ.

Британцы не зря дали этой своей станции имя основоположника электромагнетизма Майкла Фарадея, их основные научные исследования были посвящены изучению электродинамических эффектов в верхней атмосфере и геомагнитной активности. С 1998 года РИ НАНУ возглавил научное направление "физика верхней атмосферы и ближнего космоса" в Государственной программе исследований Украины в Антарктике. Этот раздел Программы включал стратегический план исследования геокосмоса и космической погоды в Антарктике, оснащение УАС новыми устройствами дистанционного зондирования верхней атмосферы и мониторинга электромагнитного климата шестого континента. Станция дооснащена двумя коротковолновыми когерентными комплексами разработки РИ НАН для диагностики ионосферы и тремя магнитометрическими станциями (созданы Львовским центром Института космических исследований НАНУ-НКАУ) для изучения глобальных резонансных систем в околоземном пространстве - магнитосферного (МР), альфвеновского ионосферного (АИР) и шумановского (ШР) резонаторов. Сегодня УАС является самой широкополосной в Антарктике магнитной обсерваторией, позволяющей исследовать природные и техногенные шумы в УНЧ и СНЧ диапазонах [35]. Расширение научной тематики отдела стимулировало изменение его названия, в 2004 году он был переименован в отдел "Радиофизики геокосмоса".

Участие в антарктической тематике позволило проводить радиофизические исследования не только на шестом континенте, но и в морских экспедициях. По ходу движения экспедиционного судна из Севастополя в Антарктику было осуществлено двухпозиционное дистанционное зондирование морской поверхности, роль сигналов ионосферной "подсветки" выполняли не специальные передатчики, а широковещательные станции КВ диапазона, находящиеся на большом удалении от диагностируемых акваторий. Тонкий спектральный анализ КВ сигналов, отраженных от ионосферы, обнаружил вблизи несущей частоты брегговские спектральные составляющие, обусловленные рассеянием сигнала "подсветки" взволнованной морской поверхностью [36]. Натурные эксперименты стимулировали разработку теоретической модели рассеяния [37], что в свою очередь дало возможность предложить новый метод дистанционного зондирования состояния мирового океана [38].

Высокая чувствительность КВ приемных устройств и низкий уровень шумов в Антарктике дало возможность исследовать эффекты сверхдальнего распространения декаметровых сигналов, включая кругосветные радиолинии. Впервые был обнаружен доплеровский сдвиг частоты прямого и кругосветного сигналов и предложена модель, интерпретирующая этот эффект [39]. Измерения на сверхдальних радиолиниях, выполненные совместно с российскими коллегами из Института солнечно земной физики СО РАН (г. Иркутск), позволили диагностировать эффекты солнечного затмения над Антарктидой и восстановить глобальные изменения в ионосфере во время этого геофизического события [40]. Наряду с природными ионосферными возмущениями в Антарктиде удалось впервые зарегистрировать эффекты рассеяния КВ сигналов искусственными плазменными неоднородностями, создаваемыми мощными нагревными стендами (НС), расположенными в северном приполярье. Одновременные регистрации излучения НС EISCAT (Тромс?, Норвегия) в Санкт Петербурге (АА НИИ, Россия), на РАО (РИ НАНУ, Харьков) и в Антарктиде на УАС показали высокую корреляцию поведения интенсивностей и доплеровских спектров сигналов в периоды существования искусственной ионосферной турбулентности. Это позволило предположить, что формирование сигнала НС на всех трех сильно отличающихся радиолиниях обусловлено новым эффектом "саморассеяния" мощного радиоизлучения на им же созданных плазменных неоднородностях [41]. Эта гипотеза была подтверждена в ходе другой специальной нагревной кампании с использованием НС "Сура" (Нижний Новгород, Россия), и эффект "саморассеяния" получил международное признание [42]. В настоящее время совместно с Центром атмосферных исследований Массачусетского университета, г. Лоуэлл, США выполняется партнерский проект по исследованию эффекта "саморассеяния" с использованием международной сети приемных пунктов в США, Европе и Арктике.

Важной особенностью расположения УАС является ее магнитное сопряжение с одним из наиболее промышленно развитых регионов земного шара - северо-восточным побережьем США. По нашей инициативе коллеги из США организовали магнитометрические измерения вблизи г. Бостона, во многом аналогичные тем, что ведутся на УАС. Это дало возможность провести согласованные исследования магнитосферного резонатора и разработать методику восстановления поперечных проводимостей ионосферы в обоих полушариях. Поляризационный анализ резонансных геомагнитных пульсаций выявил две характерные ранее не известные особенности их суточного поведения. В первом случае эллипс поляризации "отслеживал" движение Солнца по небесной сфере подобно головке подсолнуха - "эффект подсолнуха" [43]. Во втором - позиционный угол симметрично изменялся вблизи местного полудня - "эффект арки" [44]. Оригинальная теоретическая модель, разработанная в отделе, позволила идентифицировать источники возбуждения магнитосферного резонатора и восстановить суточные вариации поперечных проводимостей ионосферы [45].

Еще одна отличительная черта местоположения станции состоит в непосредственном соседстве с одним из наиболее активных метеорологических регионов Земли - проливом Дрейка. Она находится на тихоокеанском побережье Антарктического полуострова. Многолетние метеонаблюдения показали, что в среднем за год над станцией проходит 50-60 мощных атмосферных фронтов, преимущественно циклонической природы. Нами было высказано предположение, что их прохождение должно сопровождаться возбуждением крупномасштабных атмосферных гравитационных волн АГВ, которые могут распространяться на ионосферные высоты и приводить к модуляции электродинамических параметров динамо - области. Это в свою очередь должно стимулировать вариации магнитного поля на самой УАС и в магнитосопряженном регионе северного полушария [46]. Экспериментальная проверка этой гипотезы была проведена по семилетнему массиву данных одновременных регистраций вариаций давления и магнитного поля. Кросс-корреляционный анализ показал, что спустя 30-40 мин после прохождения циклонического фронта над станцией и возбуждения квазипериодических вариаций приземного давления (АГВ) были зарегистрированы вариации магнитного поля в обоих полушариях с такими же временными периодами. Можно с уверенностью говорить о переносе атмосферных возмущений на высоты геокосмоса и связи двух погодных систем - "атмосферной" и "космической" [47]. Мощные возмущения в приземной атмосфере вызывают повышенную турбулизацию ионосферной плазмы на высотах главного максимума ионизации, приводя к образованию так называемого эффекта F - рассеяния. Совместный анализ семилетнего массива ионосферных, магнитных и метеорологических данных, полученных на УАС, позволил установить причины развития плазменной турбулентности в верхней ионосфере [48].

Антарктика является идеальным местом для наблюдения глобальной грозовой активности в СНЧ диапазоне, которая преимущественно формируется тремя приэкваториальными мировыми центрами, расположенными в юго-восточной Азии, Африке и Латинской Америке. На УАС организован непрерывный поляризационный мониторинг полей ШР, позволяющий отслеживать интенсивность "работы" грозовых центров и определять местоположение сверхмощных грозовых разрядов. Для интерпретации данных наблюдений разработана оригинальная аналитическая модель ШР, приближенно учитывающая анизотропные свойства ионосферной границы резонатора [49]. Учет анизотропии, в частности, приводит к кажущемуся смещению источника излучения в этом диапазоне. Наблюдения грозовой активности проводятся в тесном сотрудничестве с японскими коллегами, которые имеют аналогичные установки на своей антарктической станции "Сёва" и в Японии. Такая кооперация позволила осуществить трехпунктовую поляризационную локацию сверхмощных молниевых разрядов, получить их пространственно-временное распределение по земному шару. Сопоставление восстановленных в СНЧ диапазоне координат сверхмощных молний с синхронным оптическим спутниковым мониторингом грозовых очагов показало хорошее соответствие [50]. Многолетние (с 2001 года) непрерывные наблюдения поляризационных характеристик трех первых шумановских резонансов позволили проследить сезонные и годовые тенденции в поведении глобальной грозовой активности, в частности восстановить поведение средних интенсивностей в каждом из трех мировых центров [51]. Широкополосные систематические СНЧ измерения в Антарктиде дают возможность исследовать "паразитные" излучения линий электропередач в Северном полушарии. На станции уверенно наблюдается сигналы на частоте 60 Гц, излучаемые энергосистемами США, отчетливо регистрируются суточные, недельные ("уикенд" эффект) и сезонные вариации мощности энергопотребления. По данным этих измерений была восстановлена динамика крупной аварии системы электроснабжения на северо-востоке США в августе 2003 года [52]. За годы участия в антарктических исследованиях отделом опубликовано более 30 научных статей, представлено около 60 докладов на различных конференциях, под редакцией Л.Н. Литвиненко и Ю.М. Ямпольского опубликована монография "Геофизические проявления электромагнитных эффектов в Антарктике" и защищен две кандидатские диссертации [53].

Все годы своего существования отдел активно работал в интересах Национального космического агенства Украины (НКАУ). В середине 90-х под руководством РИ НАНУ были разработаны научные концепция и программа спутникового проекта "Попередження", направленного на поиск сейсмо-ионосферных предвестников землетрясений. В рамках проекта была разработана система подспутникового ионосферного зондирования (СПИЗ), один из элементов которой реализован сегодня на УАС "Академик Вернадский". Отдел принял активное участие в разработке научных предложений по исследованию геокосмоса с борта МКС, было проанализировано свыше пятидесяти научных проектов от различных организаций Украины и разработана концепция по созданию исследовательской лаборатории на борту МКС. Совместно с ИКИ РАН и ЛЦ ИКИ НАНУ-НКАУ отдел принимает участие в разработке уникального космического проекта "Резонанс", в ходе которого по нашему предложению предполагается на высокоорбитальной спутниковой группировке в геокосмосе создать интерферометр МГД волн. В 2004 году по заданию НКАУ институт и отдел выступили в роли головной организации по разработке научно-организационных предложений по созданию Национальной программы "Космическая погода". В 2006 году с участием сотрудников отдела был инициирован оригинальный космический проект "Ионосат", целью которого является многопозиционный спутниковый мониторинг газо-плазменных и полевых характеристик геокосмоса на ионосферных высотах [54]. Проект включен в Государственную программу космических исследований Украины на 2008 - 2012 годы. За РИ НАН и отделом закреплено создание системы подспутникового ионосферного мониторинга СПИМ, разработаны научные концепция и программа проекта "Ионосат". За активное участие в космических разработках руководитель отдела Ю.М. Ямпольский с группой ученых из Киева, Львова и Днепропетровска удостоен Государственной премии Украины в области науки и техники за 2008 год.

С 2006 года отдел направил свои экспериментальные усилия на изучение геокосмоса в Арктике. Вместе с американским коллегами из Геофизического института на Аляске были проведены исследования эффекта мерцаний излучения дискретных космических источников на естественных и стимулированных ионосферных неоднородностях. В качестве приемных антенн использованы многолучевые ФАР отображающих риометров. Оригинальная методика, разработанная в РИ НАН, позволила воссоздать карту неоднородностей френелевых масштабов на небесной сфере над Аляской в спокойных и возмущенных ионосферных условиях [55]. Предложенная технология распространяется сейчас и на другие риометрические системы, расположенные в Скандинавии. В ходе этих исследований был прогнозирован и обнаружен эффект ракурсного рассеяния декаметрового излучения дискретных космических источников на магнитно ориентированных искусственных ионосферных неоднородностях, стимулированных мощными нагревными стендами [56]. По инициативе института Украина с 2006-го года принята в европейскую ионосферную ассоциацию EISCAT, соответствующий меморандум о сотрудничестве был подписан на уровне директората EISCAT и Президиума НАН. В соответствии с предложенной научной программой отдел создает две ионосферные диагностические приемные системы на самой северной европейской обсерватории EISCAT на о. Свалбард (78 о). Двухканальный когерентный КВ приемник, инсталлированный здесь в 2007-2008 годах, управляется дистанционно через Интернет. Это позволяет в автоматическом режиме получать информацию о состоянии полярной ионосферы в реальном времени. В 2009 году предполагается размещение на о. Свалбард специальной магнитометрической станции разработки ЛЦ ИКИ (Львов) для регистрации шумановских и ионосферных альфвеновских резонансов.

За годы своего существования отдел инициировал множество международных научных проектов и программ, часть из которых была реализована в рамках двух ISF и трех NSF (США) грантов, трех регулярных и двух партнерских проектов НТЦУ, трех прямых договоров с исследовательскими организациями США и Канады; украинско-российского договора по линии МОН Украины, в 2003-2006 годах в отделе выполнялся INTAS проект в содружестве с девятью группами из шести европейских стран и России. Многие сотрудники отдела командировались в ведущие исследовательские лаборатории, университеты и научные центры США, Великобритании, Германии, Швеции, Австрии, Канады, Австралии, Норвегии, Венгрии и др. Некоторые из них в настоящее время стажируются и работают в этих странах.

Литература

  1. Блиох П.В., Брюховецкий А.С. Фокусировка радиоволн искусственно созданной ионосферной линзой. Геомагнетизм и аэрономия. 1969, 9, №3, с. 545-549.
  2. Блиох П.В., Николаенко А.П., Филиппов Ю.Ф. Глобальные электромагнитные резонансы в полости Земля - ионосфера. Киев, Наукова думка, 1977, 199 с.
  3. Безродный В.Г, Блиох П.В., Шубова Р.С., Ямпольский Ю.М. Флуктуации сверхдлинных радиоволн в волноводе Земля - ионосфера. М.: Наука, 1984, 234 с.
  4. Блиох П.В., Минаков А.А. Гравитационные линзы. Киев, Наукова думка, 1989, 240 с.
  5. P. V. Bliokh, V.G. Sinitsin, V.V. Yaroshenko. Dusty and self - gravitational plasmas in space. Kluwer Academic Publ., 1995, 256 p.
  6. Брауде С.Я., Мень А.В., Содин Л.Г. Радиотелескоп декаметрового диапазона волн УТР-2. В сб. Антенны, М.: Связь, 1978 . вып. 26, с.12-35.
  7. Блиох П.В., Галушко В.Г., Ямпольский Ю.М. О восстановлении профиля электронной концентрации F-области ионосферы по измерениям поля КВ сигналов вблизи каустики. В сб. "Распространение радиоволн в ионосфере" М.: ИЗМИРАН, 1983, с. 34-37.
  8. Блиох П.В., Галушко В.Г., Ямпольский Ю.М. Определение параметров параболической модели ионосферы по измерениям КВ сигналов вблизи каустики. В сб. "Проблемы дифракции и распространения волн" Л.: Изд. ЛГУ, 1986, с. 46-53.
  9. Блиох П.В., Галушко В.Г., Ямпольский Ю.М. Флуктуации интерференционной структуры поля вблизи границы мертвой зоны. Известия вузов. Радиофизика. 1988, № 6,с. 475-483.
  10. Анютин А.П., Галушко В.Г., Ямпольский Ю.М. О возможности определения поглощения в отклоняющей области ионосферы по измерению поля вблизи границы мертвой зоны. Известия вузов. Радиофизика, 1985, № 2, с. 134-139.
  11. Анютин А.П., Галушко В.Г., Порохов. И.В. Ямпольский Ю.М. О восстановлении модельного профиля электронной концентрации F-слоя ионосферы по огибающей прикаустического поля. Геомагнетизм и аэрономия. 1990, № 1, с. 23-29.
  12. V.G. Galushko, Yu.M. Yampolski. Ionospheric diagnostics using wave field diffraction near the caustic. Radio Science, 1996, 31, N 5, рр.1109 - 1118.
  13. Галушко В.Г., Соколов К.П., Ямпольский Ю.М. Наблюдаемость дискретных космических источников и условия распространения КВ. В сб. "Распространение радиоволн в ионосфере", 1983,М.: ИЗМИРАН, с.131-135.
  14. В.С. Белей, В.Г. Галушко, Ю.М. Ямпольский. Об одном способе определения формы отражающей поверхности. Известия вузов. Радиофизика, 1986, № 3, с. 212-216.
  15. V.S.Beley, V.G.Galushko, Yu.M. Yampolski. Traveling ionospheric disturbance Diagnostics using HF signal trajectory parameter variations. Radio Science, 1995, 30, № 6, рр. 1739-1752.
  16. В.Г. Галушко. О возможности частотно-углового зондировании ионосферы. Известия. вузов. Радиофизика, 1991, 34, № 7, с. 850-853
  17. В.Г.Галушко, В.Н.Егорова, В.В.Кольцов, Г.В.Литвиненко, И.И.Пикулик, Ю.М.Ямпольский. Восстановление профиля электронной концентрации ионосферы по данным частотно-углового зондирования. 1992, Препринт РИ АН Украины № 59, 20 с.
  18. V. G. Galushko, V. V. Paznukhov, Y. M. Yampolski and J. C. Foster. Incoherent scatter radar observations of AGW/TID events generated by the moving solar terminator. Annales Geophysicae, 16 (1998), 821-827. Полная версия в PDF...
  19. V. G. Galushko, V. S. Beley, A. V. Koloskov, Yu.M. Yampolski, B. W. Reinisch, V. V. Paznukhov, J. C. Foster, and P. J. Erickson. Frequency-and-Angular HF Sounding and ISR Diagnostics of TIDs. Radio Science, 2003, 38, № 6, рр.1102 -1115.
  20. И.И. Пикулик, С.Б. Кащеев, В.Г. Галушко, Ю.М. Ямпольский, Приемный КВ комплекс для частотно-углового зондирования ионосферных возмущений в Антарктиде, Украинский антарктический журнал. 2003, №1, с. 61-69.
  21. В.Г.Галушко, Г.В.Литвиненко. Восстановление трехмерно-неоднородной структуры электронной концентрации ионосферы методом частотно-углового зондирования. Радиофизика и радио-астрономия, 2001, 6, № 3, с. 222-229.
  22. В.Г. Безродный, П.В. Пономаренко, Ю.М. Ямпольский. Рассеяние декаметровых радиоволн ионосферными неоднородностями на частотах выше МПЧ. М.: Ионосферные исследования, 1989, с. 111-125.
  23. V.G. Bezrodny, P.V. Ponomarenko, Y.M. Yampolski Application of Polarimetric sounding to HF ionospheric remote sensing. Radio Science, 1997, 32, N 1, рр. 219 - 229.
  24. А.Ф.Беленов, П.В.Пономаренко, В.Г.Синицын, Ю.М. Ямпольский. О природе квазипериодических вариаций доплеровского смещения частоты КВ радиосигналов, рассеянных областью ИИТ. Известия вузов. Радиофизика. 1992, № 3, с. 234-243.
  25. Yampolski, V.S. Beley, S.B. Kascheev, A.V. Koloskov, V.G. Somov, D.L. Hysell, B.Isham, and M.C. Kelley. Bistatic HF radar diagnostics induced field - aligned irregularities. Journal of Geophysical Research, 1997, 102, N A4, рр.7461 - 7467.
  26. Ю.М. Ямпольский Эхо-рассеяние КВ сигналов на искусственной ионосферной турбулентности. Известия вузов. Радиофизика. 1989, № 6, 1989, с. 457-461.
  27. A.F. Belenov,. Erukhimov, P.V. Ponomarenko, and Y.M. Yampolski, Interaction between artificial ionospheric turbulence and geomagnetic pulsations. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 1997, 59, N 18, рр. 2367 - 2372.
  28. V.G.Sinitsin, M.C. Kelley, Yu.M.Yampolski, D.L. Hysell, A.V. Zalizovski, and P.V. Ponomarenko, Ionospheric conductivities according to Doppler radar observations of stimulated turbulence, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 1999, 61, № 11, рр. 903-912.
  29. P.V. Ponomarenko, A.V. Zalizovski, Yu. M. Yampolski, D.L. Hysell, Interaction between artificial ionospheric irregularities and natural MHD waves, Journal of Geophysical Research, 2000, 105, A1, January 1, pр. 171-181.
  30. Koloskov A.V., T.B. Leiser, Yu. M. Yampolski, and V.S. Beley. HF pump - induced scale radial drift of small scale magnetic field-aligned density striation, J.Geophys.Res., 2002, 107, A7, рр. 1726-1735.
  31. D.L. Hysell, M.S. Kelley, Yu.M. Yampolski, V.S. Beley, A.V. Koloskov, P.V. Ponomarenko, and O.F.Tyrnov. HF Radar observations of decaying artificial field-aligned irregularities. Journal of Geophysical Research, 1996, 101, N A12, pp. 1654 - 1668.
  32. Yuri M. Yampolski, Pavel V. Bliokh, Vasily S. Beley, Vladimir V. Galushko, and Sergei B. Kascheev, Non-linear interaction between Schumann resonances and HF Signals, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 1997, 59, N 3, рр.335 - 342.
  33. Y.M.Yampolski,V.S. Beley, S.B. Kascheev, B.V. Lazebny, V.E. Paznukhov, A.G. Rokhman, Cross-mode modulation effect in Schumann resonances, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 1999, 61, №6, рр. 693-699.
  34. Hysell, M.C. Kelley, A.V. Gurevich, A.N. Karashtin, A.M. Babichenko, Y.M. Yampolski, V.S. Beley,and J.F. Providakes, HF radar probing of the lower magnetosphere, Journal of Geophysical Research, 1997, 102, N A3, pp. 4865 - 4873.
  35. В. Корепанов, Л. Литвиненко, В. Литвинов, Г. Мiлiневський, Ю. Ямпольський. Електромагнiтний полiгон наземної пiдтримки супутникових експериментiв на українськiй антарктичнiй станцiї. Космiчна наука i технологiя, 2004, 10, №2/3, с.74-80.
  36. С.Б. Кащеев, Ю.М. Ямпольский, А.В. Зализовский. Двухпозиционное зондирование взволнованной морской поверхности сигналами КВ широковещательных станций. Радиофизика и Радиоастрономия, 2001, 6, N 2, с. 79 - 88.
  37. А.С. Брюховецкий, А.С. Кащеев, С.Б. Кащеев, Ю.М. Ямпольский, Двухпозиционное рассеяние взволнованной морской поверхностью (часть 1, теория), Радиофизика и Радиоастрономия, 2003, 8, №3, с. 235-241.
  38. А.С. Кащеев, С.Б. Кащеев, Ю.М. Ямпольский, А.В. Колосков, И.И. Пикулик, А.С. Брюховецкий, Двухпозиционное рассеяние взволнованной морской поверхностью (часть 2, эксперимент), Радиофизика и Радиоастрономия, 2003, 8, №3, с. 242-252.
  39. А.В.Зализовский, В.Г.Галушко, А.С.Кащеев, Ю.М.Ямпольский, И.Б.Егоров, А.В.Попов. Доплеровская селекция путей распространения КВ радиосигнала на сверхдальней трассе. В сб.: Распространение радиоволн, 21-я Всеросс. научная конференция, РАН, МОН РФ, Йошкар-Ола, 2005, 2., с. 68-72.
  40. S.B. Kascheev, A.S. Kascheev, V.I. Kurkin, Yu.M. Yampolski, A.V. Zalizovsky. Еffects of very long-range HF propagation along the Irkutsk-"Akademik Vernadsky" link. Second Ukrainian Antarctic Meeting. Kiev, 2004, Abstracts, c.73.
  41. А.В. Зализовский, С.Б. Кащеев, Ю.М. Ямпольский, В.Г. Галушко, В.С. Белей, Б. Айшем, М. Ритвелд, С. Ла Хоз, А. Брекке, Н.Ф. Благовещенская, В.А. Крниенко. Спектральные особенности КВ сигнала нагревного стенда EISCAT в Европе и Антарктике. Радиофизика и Радиоастрономия, 2004, 9, №3, с. 261-273.
  42. Yu.M. Yampolski, A.V Zalizovski, V.G. Galushko, A.V. Koloskov, S.B. Kascheev. Self scattering effect of powerful HF radiation as observed in Europe and Antarctica. 2005, RF Ionospheric Interactions Workshop, Santa Fe, Book of Abstracts, pp. 78 - 81.
  43. А.В. Зализовский, Ю.М. Ямпольский, В.Е. Корепанов, И.Ф. Доценко. Поляризационные исследования пульсаций Рс3, Рс4 на антарктической станции "Академик Вернадский" ("эффект подсолнуха). Радиофизика и Радиоастрономия, 2001, 5, №2, с. 118-124.
  44. А.В. Зализовский, В.Г. Синицын, Ю.М. Ямпольский. Поляризация геомагнитных пульсаций Рс3/Рс4 в Северном и Южном полушариях: экспериментальные данные и численное моделирование. Радиофизика и Радиоастрономия, 2001, 6, № 6, с.302 - 309.
  45. V.G. Sinitsin, Y.M.Yampolski, A.V. Zalizovski, K.M. Groves, M.B. Moldwin, Spatial field structure and polarization of geomagnetic pulsations in conjugate areas, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 2003, № 65, рр.1161-1167.
  46. Yu. Yampolski, V. Korepanov. Antarctic Peninsula troposphere-stratosphere-ionosphere coupling and conjugate events investigation. Workshop for Planning the SCAR Scientific Program, ICESTAR: April 22-23, 2004, Nice, France, Book of Abstracts, 43-45.
  47. Ю.М. Ямпольский, А.В. Зализовский, Л.Н. Литвиненко, Г.В. Лизунов, K. Гровс, M. Молдвин. Вариации магнитного поля в Антарктике и сопряженном регионе (Новая Англия), стимулированные циклонической активностью. Радиофизика и Радиоастрономия, 2004, 9, №2, с.130 - 151.
  48. П.В. Силин, А.В. Зализовский, Ю.М. Ямпольский. Эффекты ионосферного F-рассеяния на антарктической станции "Академик Вернадский". Радиофизика и Радиоастрономия, 2005, 10, № 1, с.30 - 37.
  49. В.Г. Безродный. Асимптотическая теория полей шумановских резонансов в гиротропной полости Земля-ионосфера. Радиофизика и Радиоастрономия, 2004, 9, № 4, с.375 - 390.
  50. А.В. Колосков, О.В. Буданов, В.Г. Безродный, Ю.М. Ямпольский. Определение местоположений сверхмощных молниевых разрядов на основе поляризационных магнитных измерений в диапазоне шумановских резонансов. Радиофизика и Радиоастрономия, 2004, 9, № 4, с.391 - 403.
  51. А.В. Колосков, В.Г. Безродный, О.В. Буданов, В.Е. Пазнухов, Ю.М. Ямпольский. Поляризационный мониторинг шумановских резонансов в Антарктике и восстановление характеристик мировой грозовой активности. Радиофизика и Радиоастрономия, 2005, 10, № 1, с.11 - 29.
  52. В.Г. Безродный, О.В. Буданов, А.В. Колосков, Ю.М. Ямпольский. Электромагнитное окружение Земли в СНЧ - диапазоне. Космiчна наука i технологiя, 2003, 9, 5/6, с.117-123.
  53. Л.Н. Литвиненко, Ю.М. Ямпольский. Электромагнитные проявления геофизических эффектов в Антарктиде. Монография, Харьков - 2005, 342 с.
  54. Iвченко, В. Н., В. Є. Корепанов, Г. В. Лiзунов, О. П. Федоров, Ю.М. Ямпольський, Iоносферний супутниковий проект "Iоносат", Космiчна наука i технология, т.13., № 3, 8470; с.55-66, 2007.
  55. V. G. Bezrodny, О. V. Charkina, V. G. Galushko, B. Watkins, К. Groves, Yu. M. Yampolsky, Application of an imaging HF riometer for the observation of scintillations of discrete cosmic sources, Radio Sci., doi:10.1029/2007RS003721, 2008.
  56. Y. Yampolski, B. Watkins, V. Bezrodny, V. Galushko, K. Groves, L. Charkina, A. Kascheev, Investigating the Scintillations of Discrete Cosmic Source Radiation Due to HAARP-Stimulated Irregularities Using the New Imaging Riometer at Gakona, Proceedings of the 14th Annual RF Ionospheric Interactions Workshop, Boulder, CO, USA, April 22-25, 2008.