Відділ фізики космічної плазми

Історична довідка

Завідувач відділу − доктор фіз.-мат. наук О. Н.  Кришталь.

Відділ був створений доктором фіз.-мат. наук, професором А. К. Юхимуком 1992 року на базі наукової групи “Космічна електродинаміка” та лабораторії космічних променів. З 2009 року завідувач відділу доктор фіз.-мат. наук О.  Н.  Кришталь. В 2013 р. на базі відділу і лабораторії космічних променів, а також відділу теоретичної астрофізики астрономічної обсерваторії КНУ ім. Т. Г. Шевченка створено спільну науково-дослідну Лабораторію релятивістської астрофізики та фізики космічної плазми.

ПРОВІДНІ СПЕЦІАЛІСТИ:

О. Н. Кришталь, завідувач відділу, доктор фіз.-мат. наук;

Ю. В. Кизьюров, старший науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук;

П. П. Маловічко, старший науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук;

А. Д. Войцеховська, старший науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук;

С. В. Герасименко, науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук;

ГОЛОВНІ НАПРЯМИ НАУКОВОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

• Плазмові явища в іоносфері та магнітосфері Землі, у сонячному вітрі та в атмосфері Сонця
1. Теорія збудження плазмових нестійкостей в космічних умовах (кінетика та магнітна гідродинаміка).
2. Теоретичні дослідження нелінійної взаємодії хвиль у космічній плазмі.
3. Теорія нагріву плазми та прискорення заряджених частинок у магнітосфері Землі та атмосфері Сонця.
4. Трансформація та перенос хвильової енергії в космічній плазмі.
5. Турбулентність слабко іонізованої плазми.
• Сонячні і галактичні космічні промені (лабораторія космічних променів)
1. Пошук точних аналітичних розв’язків кінетичного та дифузійного рівнянь переносу.
2. Поширення сонячних космічних променів у міжпланетному середовищі.
3. Поширення й прискорення галактичних космічних променів в астрофізичних об’єктах.
• Поширення метагалактичних та галактичних космічних променів, прискорених ударними хвилями в міжзоряному та міжгалактичному середовищах, та вплив залишків наднових та зоряного вітру на прискорення частинок до надвисоких енергій

ГОЛОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ, ОТРИМАНІ У ВІДДІЛІ

Фізика космічної плазми

• Розвинуто теорію появи і розвитку дрібномасштабних нестійкостей плазмових хвиль в хромосфері активної області на Сонці в передспалаховому стані. В рамках розвинутої теорії досліджено появу передвісників спалахового стану в мікрохвильовому випромінюванні активної області.
• У рамках кінетичної теорії плазми, з врахуванням скінченності ларморівського радіуса іонів та іонно-циклотронної частоти, отримано рівняння, що описують збудження, нелінійну еволюцію і затухання кінетичних альвенівських хвиль (КАХ).
• Побудовано детальну протонну модель сонячних спалахів, у якій глобальна енергизація спалахової плазми відбувається через проміжну турбулентність КАХ, збуджену протонним пучком. Досліджено лінійні і нелінійні аспекти імпульсного виділення енергії під час сонячних спалахів.
• Досліджено нелінійну стадію перемішування фаз в альвенівських хвилях, а також конкуренцію зіткненного затухання, беззіткненного затухання Ландау і нелінійного затухання фазово-перемішаних альвенівських хвиль у короні Сонця.
• Розвинуто теорію нелінійної параметричної взаємодії низькочастотних хвиль з врахуванням скінченності ларморівського радіуса іонів та інерції електронів у космічній плазмі.
• У квазігідродинамічному наближенні отримано аналітичний вираз для просторового спектра плазмових неоднорідностей, які генеруються в нижній іоносфері Землі внаслідок турбулентного перемішування.
• Розглянуте чисельне моделювання просторової та часової еволюції електронного пучка з врахуванням кулонівських зіткнень та збудження ленгмюрівських хвиль внаслідок плазмово пучкової нестійкості. З даних розрахунків знайдено спектр усередненого потоку електронів, який був співставлений зі спектром жорсткого випромінювання сонячних спалахів, що надає міжнародна місія RHESSI.

Космічні промені

• Уперше отримано точний аналітичний розв’язок нестаціонарного кінетичного рівняння переносу (лінійного рівняння Больцмана) у випадку одного й трьох просторових вимірів.
• Здобуті результати поповнили наявний склад фундаментальних розв’язків основних рівнянь математичної фізики. Їх можна використати в задачах про розсіювання світла на частинках пилу, в одношвидкісній теорії переносу нейтронів, у теорії розсіювання радіохвиль на плазмових неоднорідностях, в теорії поширення гама-випромінювання від потужних нестаціонарних астрофізичних об’єкт та при дослідженні поширення високоенергійних частинок від метагалактичних джерел.
• На базі здобутих результатів закладені основи теорії поширення сонячних космічних променів (КП) у сонячному вітрі, що дало змогу дослідити еволюцію в часі й просторі енергетичних спектрів сонячних КП. Це дозволило пояснити поведінку показників спектра КП, з’ясувати вплив тривалості прискорення КП в джерелі на розподіл КП на орбіті Землі, отримані з експерименту.
• Отримано просторово енергетичний розподіл галактичних КП в сучасній моделі геліосфери з врахуванням стоячої ударної хвилі, геліопаузи. Розподіл частинок низької енергії відповідає вимірюванням, які проведені на космічних місіях “Вояджер”.
• Розроблений метод розв’язку граничних задач модуляції галактичних КП, який базується на аналітичній теорії збурень при умові малості анізотропії. Це дало змогу суттєво розширити клас задач, що можуть бути розв’язані аналітично.
• Розроблено й запропоновано механізм прискорення космічних променів, який є комбінацією механізмів Фермі 1-го та 2-го роду.
• Отримано спектри і розподіл галактичних КП, прискорених в залишках наднових, на базі статистичного прискорення і дифузійного поширення частинок.

ДИСЕРТАЦІЙНІ ТА ДИПЛОМНІ РОБОТИ, ВИКОНАНІ У ВІДДІЛІ

Дисертації на здобуття звання доктора фіз.-мат. наук − 2.

Дисертації на здобуття кандидата фіз.-мат. наук − 18.

Дипломні роботи − 28.

НАУКОВЕ СПІРОБІТНИЦТВО

• Головна астрономічна обсерваторія РАН (Санкт-Петербург, Росія)
• Київський національний університет імені Тараса Шевченка (Київ, Україна)
• Інститут космічних досліджень НАН України та Державного космічного агентства України (Київ, Україна)
• Радіоастрономічний інститут НАН України (Харків, Україна)
• Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна (Харків, Україна)
• Інститут земного магнетизму, іоносфери та поширення радіохвиль РАН (ІЗМІРАН) (Троїцьк, Росія)
• Інститут експериментальної фізики Словацької Академії наук (Кошице, Словаччина)
• Центр плазмової астрофізики Католицького університету (Левен, Бельгія)
• Всесвітній інститут з дослідження навколишнього космічного середовища Аделаїдського університету (Аделаїда, Австралія)
• Національний інститут астрофізики, оптики та електроніки (Пуебла, Мексіка)
• Кримська астрофізична обсерваторія (Науковий, Крим, Україна)
• Шеффілдський університет (Шеффілд, Великобританія)
• Університет Глазго (Глазго, Великобританія)
• Бельгійський інститут космічної аерономії (Брюссель, Бельгія)