Кафедра физики космоса

Кафедра физики космоса ведет начало от кафедры космических лучей. Приказом И.В. Сталина первого февраля 1946 года были основаны Научно-исследовательский физический институт № 2 (НИФИ-2) и Отделение строения вещества физического факультета МГУ. Директором Института был назначен академик Дмитрий Владимирович Скобельцын, заведующим Отделением — академик Сергей Николаевич Вернов. Вскоре после этого, в 1947 году, на отделении был образован ряд кафедр, среди которых и кафедра космических лучей. Заведующим кафедрой стал С.Н. Вернов.

Первый выпуск физиков, специализирующихся в области космических лучей, состоялся в 1949 г. С тех пор кафедрой подготовлено более 800 физиков — космиков, значительная часть которых успешно работала и работает в научных лабораториях НИИЯФ МГУ и институтах Академии наук, стали кандидатами, докторами наук, профессорами, руководителями научных направлений. К подготовке студентов на кафедре были привлечены крупнейшие специалисты по экспериментальной и теоретической ядерной физике. Научной базой подготовки стал НИФИ-2 (в будущем НИИЯФ МГУ). Учебной работой на кафедре (лекции, руководство студентами и аспирантами) непосредственно занимались академики С.Н. Вернов, Г.Т. Зацепин, А.Е. Чудаков, Г.Б. Христиансен, чл.-корреспонденты

Академик С.Н. Вернов (1910–1982)

Д.А. Киржниц, С.И. Никольский, профессора А.И. Лебединский, А.А. Санин, И.В. Ракобольская, Л.И. Сарычева, М.И. Панасюк.

Академик С.Н. Вернов возглавлял кафедру с 1947 г. до ухода из жизни в 1982 г.,он автор ряда фундаментальных исследований по космическим лучами связанным с ними проблемам физики элементарных частиц, плазменных явлений, астрофизики и геофизики, один из основоположников изучения и освоения космического пространства с помощью искусственных спутников Земли. С помощью радиозондов С.Н. Вернов изучал состав космических лучей в стратосфере. Им было выяснено, что космическое излучение состоит в основном из протонов, а электронно-фотонная компонента имеет вторичное происхождение (Сталинская премия 1949 г.) Академиками С.Н. Верновым и А.Е. Чудаковым было показано существование радиационных поясов Земли, исследованы их структуры и динамика, создана теория их происхождения (Ленинская премия 1960 г.). Дальнейшие исследования под руководством С.Н. Вернова позволили выяснить фундаментальные закономерности физики Солнца, межпланетной среды, магнитосферы и ионосферы Земли.

В 1982–2005 гг.кафедру космических лучей и физики космоса возглавлял академик Г.Т. Зацепин. Он был одним из ведущих мировых ученых в области физики космических лучей и нейтринной астрофизики, лауреат Государственной и Ленинской премий. Им были открыты электронно-ядерные ливни в космических лучах (1949 г.) и было показано, что частицами, генерирующими ливни, являются протоны и более тяжелые первичные ядра и основой развития атмосферного ливня является ядерно-каскадный процесс (1951 г.). Г.Т. Зацепин первым исследовал вопрос о происхождении ультрарелятивистских частиц через фотонный газ. Им разработаны новые методы регистрации нейтрино от Солнца и предложены эксперименты по детектированию нейтрино от коллапсирующих звезд. Г.Т. Зацепин также является основоположником гелиосейсмологии.

Академик Г.Т. Зацепин (1917–2010)

В 2005 г. кафедра получила свое нынешнее наименование — кафедра физики космоса, в 2005–2020 гг. ее заведующим был директор НИИЯФ МГУ профессор М.И. Панасюк.Под его руководством проводились исследования космической радиации, магнитосфер планет и космических лучей в ходе космических, аэростатных и наземных экспериментов. В результате были получены фундаментальные научные результаты: доказана возможность резонансного ускорения ионов в радиационных поясах Земли под действием квазипериодических флуктуаций магнитного поля, определена роль радиальной диффузии частиц радиационных поясов при воздействии флуктуаций электростатического и магнитных полей, была установлена роль ионосферного кислорода как основного компонента кольцевого тока, определяющего, наряду с протонами солнечной плазмы, энергетику геомагнитных бурь. Было открыто новое явление в околоземном пространстве — радиационный пояс, состоящий из частиц аномальных космических лучей, получены доказательства его связи с нейтральными частицами межзвездного газа. Под руководством М.И. Панасюкабыли начаты эксперименты на спутниках, которые легли в основу Программы космических исследований МГУ им. М.В. Ломоносова. К 250 летнему юбилею Московского университета в январе 2005 г. был осуществлен запуск первого университетского спутника «Татьяна-Университетский», в экспериментах на котором было обнаружено новое явление — вспышки ультрафиолетового (УФ) излучения из атмосферы Земли. В дальнейшем такие вспышки исследовались в экспериментах на спутниках «Татьяна-2» (2009), «Вернов» (2014), «Ломоносов» (2016–2017), было показано, что УФ вспышки в атмосфере в основном обусловлены высотными электромагнитными разрядами. Также в этих экспериментах были получены новые экспериментальные результаты по изучению экстремальным процессов во Вселенной.

Профессор М.И. Панасюк (1945–2020)

Кафедра физики космоса является уникальным учебным подразделением физического факультета МГУ, осуществляющим подготовку специалистов — физиков широкого профиля в области современной астрофизики и космической физики по таким направлениям, как астрофизика космических лучей, рентгеновская и гамма-астрономия, физика околоземного и межпланетного пространства, физика Солнца и солнечно-земных связей, физика планетных магнитосфер, атмосферная физика высоких энергий, научное космическое приборостроение, а также в области ускорительной и неускорительной физики высоких энергий и космического материаловедения. Основной научной базой кафедры, в которой ведут научную работу ее преподаватели и сотрудники, студенты и аспиранты выполняют дипломные и диссертационные работы, является отдел космических наук НИИЯФ МГУ.

На кафедре физики космоса сложился сплоченный коллектив преподавателей: заведующий кафедрой С.И. Свертилов, профессор В.И. Галкин, доценты А.М. Анохина, В.В. Богомолов, Д.А. Подгрудков, старший преподаватель С.А. Красоткин, ведущий электроник Т.П. Аминева. На кафедре также работают профессора — совместители, являющиеся авторитетными учеными в области физики космоса, астрофизики космических лучей и физики высоких энергий: В.В. Калегаев, заведующий ОКН НИИЯФ, Л.А. Кузьмичев, заведующий лабораторией наземной гамма-астрономии (ЛНГА) ОКН, Н.Н. Калмыков, ведущий научный сотрудник ЛНГА ОКН, Е.С. Беленькая, ведущий научный сотрудник лаборатории магнитосфер планет (ЛМП) ОКН И.П. Лохтин, ведущий научный сотрудник отдела экспериментальной физики высоких энергий (ОЭФВЭ) НИИЯФ.

С кафедрой тесно сотрудничают ведущие специалисты НИИЯФ МГУ, в том числе заведующий лабораторией радиационного мониторинга (ЛРМ) ОКН, заместитель директора НИИЯФ В.И. Оседло, заведующий лабораторией космических лучей предельно высоких энергий (ЛКЛПВЭ) П.А. Климов, заведующая лабораторией теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия и переноса излучений в различных средах (ЛТЭИВПИРС) Т.М. Роганова.

Кафедра физики космоса обеспечивает чтение общих курсов: «Численные методы», «Физика атомного ядра и частиц» для студентов астрономического отделения, «Физика атомного ядра и частиц» для студентов отделения геофизики геологического факультета. Также кафедра обеспечивает учебно-методическое руководство Специальным ядерным практикумомотделения ядерной физики (ОЯФ) по современным методам физических исследований и специальным практикумом ОЯФ по радиоэлектронике. Подготовка студентов на кафедре ведется в рамках программы подготовки специалистов «Физика космоса», а также по программе подготовки магистров «Космическая физика и астрофизика космических лучей» и по программе подготовки бакалавров «Физика космоса». В рамках указанных программ для студентов кафедры читаются 36 спецкурсов по основным разделам современной астрофизики, физики космоса, физики высоких энергий, экспериментальной ядерной физики. Кроме того, на кафедре читаются 10 спецкурсов для аспирантов.

В последнее время кафедра физики космоса активно включилась в работу междисциплинарной и межфакультетской школы «Фундаментальные и прикладные исследования космоса» (школа «Космос»). Кафедра является базовой для реализации межкафедральных магистерских программ «Физика атмосферы и ближнего космоса» (совместно с кафедрой физики атмосферы), «Научная аппаратура космического базирования» (совместно с кафедрой физической электроники). Также кафедра участвует в реализации межкафедральных магистерских программ «Физика астрочастиц и темная материя» и «Астробиология». В рамках межкафедральных программ подготовлено и читаются 12 новых лекционных курсов.

Научная работа ведется сотрудниками кафедры в рамках тем научно-исследовательских работ (НИР) ОКН НИИЯФ, по грантам РНФ и государственным контрактам. Преподаватели кафедры также участвуют в работе различных научных коллабораций, в том числе международных. Научные направления, в которых участвуют сотрудники кафедры:

• разработка аппаратуры и постановка экспериментов на космических аппаратах по изучению магнитосферно — ионосферно — атмосферных связей, солнечной активности, космического и атмосферного рентгеновского и гамма-излучения (проект «Ионосфера» и др.) — зав. кафедрой С.И. Свертилов, доцент В.В. Богомолов;

• создание группировки наноспутников Московского университета «Созвездие-270» для мониторинга космической радиации и электромагнитных транзиентов — зав. кафедрой С.И. Свертилов, доцент В.В. Богомолов;

• разработка моделей распределений потоков космической радиации в околоземном пространстве и прогноз солнечной и геомагнитной активности, исследование механизмов солнечно-земных связей — профессор В.В. Калегаев, старший преподаватель С.А. Красоткин;

• создание гамма-обсерватории мирового уровня TAIGA в Тункинской долине (Бурятия) для наблюдений источников излучений высоких энергий — остатков сверхновых, пульсарных туманностей, активных ядер галактик и т.п. — профессор Л.А. Кузьмичев;

• исследование физических свойств магнитосфер планет Солнечной системы и экзопланет — профессор Е.С. Беленькая;

• анализ данных и моделирование экспериментов по поиску темной материи в рамках международных коллабораций, в том числе SHiP, NEWSdmи др. — доцент А.М. Анохина, доцент Д.А. Подгрудков;

• моделирование взаимодействий космических лучей в атмосфере Земли и в Галактике, а также взаимодействий частиц высоких энергий в различных средах с целью изучения их радиационного воздействия на материалы — профессор В.И. Галкин, профессор Н.Н. Калмыков; • анализ данных экспериментов на Большом адронном коллайдере по изучению кварк-глюонной плазмы и взаимодействиям при высоких энергиях,подготовка к экспериментам на коллайдере NICA — профессор И.П. Лохтин. За последнее время сотрудниками кафедры совместно с учеными НИИЯФ МГУ было получено много важных научных результатов. В частности, осуществлен успешный запуск нескольких нано-спутников с аппаратурой, разработанной и изготовленной в НИИЯФ МГУ, для мониторинга космической радиации и наблюдений гамма-всплесков астрофизического и атмосферного происхождения. На основе анализа данных предыдущих экспериментов на спутниках формата кубсат, в частности на спутнике «СириусСат-1», впервые измерен высотный ход потоков электронов суб-релятивистских энергий в различных областях околоземного пространства.

Спутник Московского университета «Монитор-1», запущенный 9 августа 2022 г.

В Тункинской долине (в 50 км от озера Байкал) завершено развертывание первой очереди Астрофизического комплекса TAIGA. В состав комплекса входят три атмосферных Черенковскихгамма-телескопа с восстановлением углового распределения (изображения) Черенковского света от широких атмосферных ливней.

Атмосферные черенковские гамма-телескопы астрофизического комплекса TAIGA в Тункинской долине

Разработаны новые подходы к моделированию солнечно-земных связей и их реализациям в Центре космической погоды МГУ. Основная идея этих подходов заключается в использовании данных среднесрочных (3-5 суток) прогнозов скорости квазистационарных потоков солнечного ветра на основе данных, полученных по изображениям Солнца в УФ-диапазоне длин волн, для повышения качества прогнозов магнитосферных факторов. Показано, что использование результатов среднесрочного прогноза скорости солнечного ветра в качестве входного параметра в модели суточного прогноза полного потока электронов позволяет значительно повысить ее качество с горизонтом прогноза до 4 суток. Разработаны модели магнитосфер планет земной группы в зоне обитаемости вокруг звезд G-типа и рассмотрены условия работы механизма динамо на магнитопаузах быстро вращающихся экзопланет, обладающим магнитным полем.

В рамках проекта СФЕРА получен новый алгоритм для оценки массы первичных ядер по регистрируемому телескопом черенковскому свету, отраженному от покрытой снегом поверхности. Успешно развит количественный подход к обработке экспериментов по мюонной радиографии архитектурных и археологических объектов.

В рамках проекта NEWSdm осуществлено моделирование ускорения частиц холодной темной материи с массами от 1 кэВ/с2 при упругом взаимодействии с частицами космических лучей высоких энергий. Показано, что в 10 кг эмульсии, используемой для регистрации частиц темной материи, в течении одного года может быть зафиксирован значимый сигнал в области масс гипотетических частиц темной материи и сечений их взаимодействия, не исследованных в других экспериментах. Также были оценены перспективы использования эмульсионного трекового детектора для направленных наблюдений частиц темной материи.

Разработан новый подход к моделированию прямого рождения адронов в статистической модели, позволивший описать данные Большого адронногоколлайдера по быстротным и азимутальным ширинам зарядовых корреляций частиц в соударениях ионов свинца. Проведено исследование перспектив измерения зарядовых корреляций адронов в условиях эксперимента MPD на коллайдереNICA, включая разработку методов анализа соответствующих данных.

В предверии всенароднолюбимого праздника 8 марта особо следует подчеркнуть роль женщин в истории и развитии кафедры физики космоса. На нашей кафедре работали яркие женщины — преподаватели и ученые: профессора И.В. Ракобольская и Л.И. Сарычева, доктора физ.-мат. наук Т.М. Роганова и Е.Е. Антонова, С.А. Дубровина, Е.А. Мурзина, Н.Н. Дмитриева, Н.Р. Федоренкова, Н.П. Ильина. В настоящее время на кафедре работают замечательные женщины — Т.П. Аминева, А.М. Анохина, Е.С. Беленькая. Татьяна Павловна Аминева в течение многих лет была ученым секретарем кафедры и в настоящее время продолжает активно трудиться и передавать свой опыт сотрудникам кафедры. Татьяна Михайловна Роганова, как заведующая лабораторией ОКН НИИЯФ, ведет большую работу по организации работы студентов и аспирантов кафедры над дипломными и диссертационными работами. Ее знания и опыт очень важны для подготовки нового поколения специалистов в области физики космических лучей.

Особо необходимо отметить роль в развитии кафедры профессора Ирины Вячеславовны Ракобольской — легендарной женщины, замечательного ученого, преподавателя, общественного деятеля. Во время Великой Отечественной войны она была начальником штаба женского полка ночных бомбардировщиков. В 1968–2003 гг. профессор И.В. Ракобольская была заместителем заведующего кафедрой, под ее руководством заложены основы учебного процесса, который и поныне успешно реализуется на кафедре. В течение многих лет она читала на кафедре созданный ею фундаментальный курс «Введение в физику космических лучей», по которому учились и учатся многие поколения физиков-космиков. Также под руководством Ирины Вячеславовны был создан практикум по физике космических лучей в рамках специального ядерного практикума ОЯФ. Помимо большой преподавательской работе на отделении ядерной физики физического факультета Ирина Вячеславовна читала курс «Ядерная физика» для студентов — геофизиков геологического факультета. На основе этого курса был издан замечательный учебник. В течение многих лет Ирина Вячеславовна руководила факультетом повышения квалификации МГУ. Ирина Вячеславовна в прямом смысле была душой кафедры, создала ту добрую атмосферу нашего коллектива, благодаря которой удается реализовывать все необходимые задачи.

Профессор И.В. Ракобольская (1919–2016)

Сердечно поздравляем наших замечательных женщин с чудесным праздником 8 Марта!

Заведующий кафедрой физики космоса профессор С.И. Свертилов