ВВЕДЕНИЕ
В Институте солнечно-земной физики СО РАН создан крупнейший комплекс инструментов для наземных наблюдений различных явлений космической погоды и их источников — от событий в атмосфере Солнца до возмущений ионосферной плазмы. Видное место как в этом комплексе, так и в международной кооперации занимает инструментарий для мониторинга и диагностики солнечных активных процессов радиоастрономическими методами. Наряду с задачами фундаментальной физики Солнца радионаблюдения важны для решения прикладных задач, особенно в России, где до настоящего времени не налажен систематический мониторинг солнечной активности с помощью внеатмосферных космических технологий.
Радиотелескопы расположены в Радиоастрофизической обсерватории (РАО) (урочище Бадары, Бурятская республика). Наблюдения Солнца проводятся в течение светового дня с 00 до 10 UT летом и с 02 до 08 UT зимой. Благодаря удаленности обсерватории от населенных пунктов уровень радиопомех низок. В обсерватории создается многоволновый Сибирский радиогелиограф (СРГ, рис. 1) и работает ряд спектрополяриметров интегрального излучения Солнца, перекрывающих диапазон принимаемых частот от 50 МГц до 24 ГГц. В диапазоне рабочих частот 4–8 ГГц первой очереди СРГ доступны данные наблюдений Бадарского широкополосного микроволнового спектрополяриметра (BBMS) [Zhdanov, Zandanov, 2015].
Рис. 1. Центральная часть антенной решетки СРГ и северный луч ССРТ
Данные наблюдений на радиотелескопах РАО используются российскими и зарубежными учеными в исследованиях фундаментальных проблем физики Солнца, в том числе в рамках международных программ. Перспективами использования данных наблюдений для решения прикладных задач обусловлен значительный вклад Института прикладной геофизики Росгидромета в развитие комплекса радиотелескопов. Данные радиомониторинга солнечной активности, в том числе в реальном времени, доступны на сайте обсерватории [http://badary.iszf. irk.ru].
Радиоастрономические наблюдения предоставляют уникальную информацию о процессах нагрева плазмы и ускорения частиц в атмосфере Солнца. Интегральный поток излучения Солнца на частоте 2.8 ГГц (так называемый индекс 10.7 см) является наиболее объективной оценкой текущего уровня солнечной активности и ее изменчивости на протяжении нескольких солнечных циклов. Индекс 10.7 см используется в качестве входного параметра в различных моделях околоземной среды — магнитосферы и ионосферы.
Достоинством мониторинга солнечной активности в радиодиапазоне является его всепогодность, так как атмосферные условия слабо влияют на принимаемый сигнал. Относительно невысока стоимость радиотелескопов по сравнению с внеатмосферными технологиями и инструментами оптического диапазона. Прозрачность солнечной плазмы для радиоизлучения увеличивается с ростом его частоты. Окно прозрачности земной атмосферы для радиоволн обеспечивает прием наземными обсерваториями солнечного радиоизлучения от десятков МГц до сотен ГГц и получение информации из областей излучения от хромосферы до верхней короны. Обширен и диапазон изучаемых временных масштабов — от импульсов миллисекундной длительности, генерируемых в аномально ярких компактных источниках когерентными механизмами, до многолетних циклов солнечной активности.
Информация о некоторых параметрах плазмы в короне Солнца может быть получена только из радионаблюдений. Геоэффективный потенциал выбросов (эрупций) солнечной замагниченной плазмы, вызывающих спорадические возмущения околоземной среды, определяется корональными магнитными полями, а темп и интенсивность эруптивных процессов — динамикой высвобождения магнитной энергии и ее конверсии в энергию частиц плазмы и излучение. Поэтому одна из важнейших задач мониторинга — отслеживание эволюции магнитных структур в короне Солнца. Возможности соответствующих наблюдений в оптическом диапазоне ограничены, поскольку яркость магнитоактивных линий в излучении короны не достаточна для их выделения на фоне излучения фотосферы. В то же время спектр и поляризация микроволнового излучения существенно зависят от величины и направления вектора магнитного поля в источнике. Магнитография короны становится возможной с созданием нового поколения радиогелиографов, позволяющих получать последовательности изображений диска Солнца на различных частотах (см., например, [Lang et al., 1993; Wang et al., 2015]). Важной особенностью радиомониторинга является высокая чувствительность к излучению нетепловых электронов. Обнаружимое радионаблюдениями нетепловое излучение может генерироваться в областях короны со столь низкой концентрацией фоновой плазмы, что их жесткое рентгеновское излучение не регистрируется рентгеновскими телескопами.
