Наблюдения ученых ИСЗФ СО РАН, возможно, изменят представление о структуре ветра в верхней атмосфере Земли

Заведующий лабораторией физики нижней и средней атмосферы Института солнечно-земной физики СО РАН, кандидат физико-математических наук Роман Васильев представил на 42-м ежегодном Апатитском семинаре «Физика авроральных явлений» доклад о трехмерной структуре ветра верхней атмосферы Земли, в основу которого легли данные оптических и радиофизических наблюдений.

В настоящее время считается, что величина вертикального ветра в верхней атмосфере (250 км от поверхности Земли) чрезвычайно мала – около 1 метра в секунду. Большинство моделей верхней атмосферы разрабатывается, исходя как раз из этих представлений. Однако иркутские ученые с помощью прототипа нового устройства, который будет работать в составе комплекса оптических инструментов в Торах (части проекта Национального гелиогеофизического комплекса РАН), - интерферометра Фабри-Перо установили, что скорость вертикального ветра составляет почти 10 метров в секунду.

- Чтобы подтвердить или опровергнуть результаты, которые шли явно вразрез существующей модели, мы использовали данные, полученные за несколько лет на ионозонде в Иркутске и на радаре некогерентного рассеяния в Усолье-Сибирском. По результатам наблюдений, выполнявшихся на этих устройствах, с помощью метода триангуляции была получена трехмерная картина движения атмосферных внутренних гравитационных волн на высоте около 250 км – там же, где ведутся наблюдения при помощи интерферометра Фабри-Перо. Согласно существующим физическим представлениям о распространении внутренних гравитационных волн в верхней атмосфере, их скорость и направление движения зависят от перемещения воздушных масс. Поэтому, анализируя трехмерную структуру волн, можно получить сведения о трехмерной структуре ветра.

Ученые ИСЗФ СО РАН изучили большой массив статистических данных по гравитационным волнам, математически обработали их и получили величину горизонтального, и вертикального ветров. Сравнение этих данных и результатов, полученных на интерферометре Фабри-Перо, выявило хорошее количественное совпадение полученных величин.

- При этом данные существующей физической модели отличаются от тех результатов, которые мы получили на разных инструментах, что говорит о ее возможном несовершенстве. Чтобы уточнить модель, необходимо обращаться к специалистам в этой области, некоторые их них как раз и работают в институте в Апатитах. Выполненная работа позволит настроить параметры модели или создать на базе существующей модели новую, которая будет удовлетворять всем полученным результатам. Результаты наших исследований коллег из Мурманской области заинтересовали, они поделились своими наработками в этом вопросе и, возможно, вскоре будет сделана совместная работа по уточнению модели.

Правильное представление об устройстве верхней атмосферы Земли дает ученым возможность более точно прогнозировать ее состояние, это необходимо как для проведения научных исследований, так и для решения некоторых прикладных вопросов, например, для оптимизации работы космических аппаратов в околоземном космическом пространстве.

- Представьте себе морской контейнеровоз – огромное судно, которое расходует очень много топлива, - привел пример Роман Васильев. - Сейчас есть специальные компьютерные программы, которые, базируясь на физических моделях приземной атмосферы, спутниковых наблюдениях и локальных прогнозах погоды, формируют состояние метеорологической обстановки в окрестностях судна и автоматически вычисляют оптимальную с точки зрения экономии топлива траекторию его движения. Как только ракетно-космическая отрасль выйдет на подобный объем грузоперевозок в околоземном космическом пространстве, человечеству для экономии ракетного топлива понадобятся работающие физические модели поведения верхней атмосферы Земли. Именно для того, чтобы была возможность создать такие модели, мы и изучаем там структуру ветра сейчас.