Зеркальные телескопы ВУФ диапазона для внеатмосферной солнечной астрономии

Актуальность темы

исследования.

Изучение Солнца и солнечно-земных связей имеют большое фундаментальное и практическое значение. В настоящее время во всем мире резко возрастает объем исследований взаимосвязи явлений на Солнце и их последствий в межпланетном и околоземном пространстве, объединяемых понятием «космической погоды». Активные процессы на Солнце являются главной движущей силой возмущений, приводящих к геомагнитным бурям, изменениям в состоянии верхней атмосферы и ионосферы, нарушениям радиосвязи и систем геопозиционирования, а иногда и к значительным техногенным последствиям [1].

Основным источником информации о процессах на Солнце и состоянии его активности является его излучение в различных длинах волн, которое отождествляется с областями Солнца, характеризуемыми определенной температурой, плотностью плазмы и напряженностью магнитного поля. Наиболее значительные проявления солнечной активности наблюдаются в короне Солнца в области температур от сотен тысяч до десятков миллионов градусов Кельвина (МК) и регистрируются в мягком рентгеновском (1−100 А) и вакуумном ультрафиолетовом (ВУФ, 100−2000А) диапазонах длин волн. Всплески солнечной активности, обусловленные кратковременным выделением огромной (1025−1026 Дж) энергии, сопровождаются резким повышением потока излучения (вспышки), выбросами коронального вещества (корональных выбросов массы — КВМ) и выбросами в гелиосферу потоков высокоэнергичных заряженных частиц. Изучение динамики этих процессов и сопутствующих явлений в хромосфере и короне важно для установления физической природы солнечной активности, построения теоретических моделей и, в конечном счете, для прогнозирования возможных геофизических последствий (см., например, [2−4]). В этом аспекте особую ценность представляют количественные фотометрические данные, отражающие пространственно-временную динамику эволюции солнечных структур, как интегрально по всему диску и короне Солнца, так и в отдельных локальных образованиях.

Поскольку поглощение атмосферы препятствует регистрации солнечного рентгеновского и ВУФ-излучения на наземных обсерваториях, наблюдения в этом диапазоне возможны только за пределами атмосферы с борта спутников, ракет или других космических аппаратов. Рентгеновская и ВУФ-астрономия Солнца возникла с началом космических исследований в 50-х годах 20-го века. Первый этап исследований был выполнен в период с конца 60-х до середины 80-х годов в США, СССР, ряде европейских стран на ракетах, спутниках (ОБСМ, 080−7, Космос, Интеркосмос) и космических обсерваториях.

8ку1аЬ, 8ММ) [5]. В ходе этих исследований были установлены основные типы солнечных структур, определяющие потоки рентгеновского и ВУФ излучения (активные области, корональные дыры), спектры излучения, плотность и температура плазмы и их динамика при развитии процессов солнечной активности. Теоретический анализ результатов показал, что процессы, связанные с солнечной активностью, происходят в широком диапазоне пространственных и временных масштабов, и для их исследования необходима разработка телескопов для длительных наблюдений Солнца, позволяющих выполнять фотометрические исследования солнечного излучения в различных спектральных участках коротковолнового диапазона с высоким пространственным и временным разрешением.

Первоочередные задачи второго этапа развития солнечной внеатмосферной астрономии были сформулированы в программе КОРОНАС (Комплексные Орбитальные Околоземные Наблюдения Активности Солнца), которая начала разрабатываться в СССР в 1970;х годах и предусматривала создание трех спутников для исследований Солнца, разработку аппаратуры и выполнение большого объема наблюдений на орбите в течение нескольких циклов солнечной активности [6−8]. В частности, были сформулированы следующие научные задачи:

— Исследование механизмов возникновения и развития солнечных вспышек по временному ходу, изменению структуры, спектров и поляризации вспышечных областей.

— Исследование нестационарных явлений в солнечной плазме («горячие точки», выбросы корональной плазмы, и др), частоты их возникновения, условий появления, динамики развития, вторичныхявлений.

— Поиск возможных источников солнечного ветра, исследование процессов его генерации, выяснение связи параметров наблюдаемого солнечного ветра с процессами на Солнце.

— Диагностика элементов структуры активных областей, участков спокойного Солнца и корональных дыр во временных масштабах от 0,1 с до десятков суток. Исследование распределения гелия в переходном слое, ближней и дальней короне.

Одним из важнейших этапов реализации этой программы явилось создание космических телескопов нового типа для получения изображений солнечной короны и исследования пространственно-временной динамики солнечных структур. Ключевым элементом такого телескопа является его оптическая система, которая должна работать в.

MP или ВУФ диапазоне, обладать достаточной эффективной площадью и спектральной селективностью, высоким угловым разрешением и способностью к длительной работе в условиях космоса. В результате анализа спектров плазмы солнечной короны было установлено, что для решения поставленных задач оптимальным является телескоп с зеркальной оптикой, имеющий несколько спектральных каналов в коротковолновой части ВУФ диапазона 130−350 A. Данная область спектра содержит яркие линии ионов железа Fe IX — Fe XXIV, излучающиеся из плазмы с температурой 1−15 МК, и яркую линию гелия Hell 304 A, соответствующую переходному слою с температурой 20 — 80 тысяч градусов, что полностью перекрывает диапазон температур солнечной короны и переходного слоя.

В конце 1970;х — начале 1980;х г. были разработаны принципы и технология изготовления зеркал нормального падения с многослойными покрытиями, представляющими собой периодические структуры нанометровых размеров на базе пары веществ с различающимися диэлектрическими константами [9−12]. В частности, была предложена структура Mo-Si, которая хорошо отражает в ВУФ-области спектра 130 — 350 A и позволяет получить пиковый коэффициент отражения до 70% [13, 14], что дает возможность регистрировать спектральные линии, соответствующие всему диапазону температур солнечной короны. Кроме того, спектральная ширина пика отражения многослойного покрытия (ХУЛХ. ~ 10 — 30) оказывается достаточной для разделения групп линий с различающимися температурами возбуждения, соответствующих разным высотным слоям солнечной короны, что очень важно для диагностики плазмы. Зеркала с отражающим покрытием Mo-Si хорошо сочетаются со спектральными фильтрами на основе тонких пленок алюминия толщиной ~ 0,2 мкм, что обеспечивает высокое пропускание в рабочей области спектра (более 50%) и подавление яркого видимого излучения (5−6 порядков для однослойного фильтра).

Разработка зеркальной оптики нормального падения для ВУФ диапазона потребовала проведения детальных исследований отражающих свойств зеркал. Качество зеркал, работающих в рентгеновском и ВУФ диапазонах спектра, в первую очередь определяется шероховатостью отражающей поверхности, которая может быть описана корреляционной функцией распределения неоднородностей ее профиля. На практике для сравнительного анализа качества поверхности зеркала часто используют среднеквадратическую высоту и корреляционную длину шероховатости, определяемые в пространственных масштабах, соответствующих отношению длины волны к угловому размеру изображаемого объекта. Проведенные оценки показали, что для получения пикового коэффициента отражения зеркал, близкого к теоретически возможному, суммарная среднеквадратическая высота шероховатости подложки и покрытия, а не должна превышать величины А/40. В ВУФ диапазоне 130 — 350 A величина, а должна быть менее 3 — 8 A, т. е. на порядок меньше, чем допустимо в видимом диапазоне.

В начале 1980;х годов в ФИАНе были проведены исследования отражения и рассеяния рентгеновского и ВУФ излучения от зеркальных поверхностей с различной шероховатостью [15, 16]. Теоретический анализ показал, что использовавшаяся в то время скалярная теория рассеяния Бекмана [17], основанная на приближении Кирхгофа, в рассматриваемом диапазоне не дает правильного описания связи рассеяния с длиной волны и углом скольжения. На основе полученных данных была построена более точная векторная теория, в которой отраженная и рассеянная волны формируются в приповерхностном слое и зависят от диэлектрических констант граничащих сред [18].

С начала 1980;х годов, в ФИАН совместно с ИФМ РАН был выполнен большой объем исследований по созданию фокусирующих многослойных зеркал для солнечных ВУФ-телескопов, разработана технология их изготовления, методика испытаний и калибровок. В результате этой работы были изготовлены первые плоские и сферические фокусируюшие зеркала на области 175 и 304 A для телескопа ТЕРЕК по проекту Фобос-1 (1988 г.) [19], сферические зеркала на области 132, 175 и 304 A для телескопа ТЕРЕК-К спутника КОРОНАС-И (1994) [20] и асферические (параболические) зеркала на области 175 и 304 A для телескопа СПИРИТ Т2 спутника КОРОНАС-Ф (2001;2005 г.) [21]. За рубежом первые телескопы этого типа были созданы значительно позже: телескоп EIT на KA SOHO (Европейское космическое агентство — HACA) был запущен в 1995 г. [22], телескоп TRACE (HACA) — в 1998 г. [23].

В процессе создания солнечных ВУФ-телескопов по программе КОРОНАС были решены вопросы выбора типа оптических систем и рабочих спектральных диапазонов, оптимальных для решения поставленных научных задач. Параллельно с созданием оптики были также разработаны детекторы изображений, спектральные фильтры, бортовые электронные системы регистрации и управления, построены наблюдательные программы и алгоритмы обработки информации. Наблюдения Солнца, проведенные с помощью ВУФ-телескопов на спутниках КОРОНАС-И и КОРОНАС-Ф показали их эффективность, правильность заложенных в конструкцию решений [24]. Полученный опыт, технология изготовления оптики и методика фотометрического анализа солнечных изображений были использованы в ФИАНе при создании солнечного телескопа ТЕСИС для спутника КОРОНАС-Фотон, работавшего на орбите с января по ноябрь 2009 г. [25], а также бельгийского телескопа SWAP на европейском спутнике PROBA 2 [26, 27], запущенного в ноябре 2009 г.

Весьма актуальным вопросом является точность и надежность фотометрического анализа данных, получаемых с бортовых телескопов в течение длительного срока их эксплуатации. Конструкция прибора и его основные компоненты должны иметь необходимый ресурс работы и быть устойчивыми к воздействию факторов космического полета: колебаниям температуры, космической радиации, остаточному вакууму КА, содержащему пары летучих компонентов, «космическому мусору» и т. д. Поскольку полностью учесть до полета воздействие всех как предполагаемых, так и заранее неизвестных факторов не представляется возможным, весьма важным является вопрос о проверке характеристик прибора в течение эксперимента, выявлении и компенсации погрешностей в наблюдательных данных, связанных с длительным воздействием факторов космоса. Одним из наиболее эффективных способов поддержания необходимой точности фотометрических данных в течение длительного полета является взаимная калибровка данного телескопа с аналогичными приборами на других КА [28, 29].

Для извлечения из данных наблюдений полезной физической информации о процессах, происходящих на Солнце, должны быть разработаны методы предварительной обработки, включающие учет инструментальных характеристик прибора и условий наблюдений, например, учет поглощения излучения Солнца атмосферой Земли при наблюдениях на частично затемняемых участках околоземных орбит. Фотометрические методы обработки данных, основанные на анализе пространственно-временных соотношений в излучении различных солнечных структур, дают возможность выявить причинно-следственные связи между солнечными явлениями и установить их физическую природу, источники и особенности развития.

Благодаря рекордному угловому разрешению (до 0,5″), чувствительности и наличию спектральной селективности, рассматриваемые в настоящей работе солнечные ВУФ-телескопы в настоящее время являются основными космическими инструментами, которые используются не только для фундаментальных исследований по физике Солнца, но и в практических целях для постоянного мониторинга солнечной активности и прогнозирования космической погоды. Об актуальности этого направления свидетельствует то, что с 1988 по 2009 г. всего в мире было запущено 10 космических аппаратов с телескопами и спектрометрами для исследований Солнца в ВУФ — диапазоне, в том числе, 4 комплекса аппаратуры с 6-ю приборами, которые были созданы в Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН (в феврале 2010 г. была запущена 11-я американская обсерватория 800). За последние 20 лет солнечная внеатмосферная ВУФ-астрономия превратилась в важнейшее направление солнечной физики, давшее наиболее важные фундаментальные научные результаты и имеющее перспективы дальнейшего развития в будущем. С помощью приборов, созданных в ФИАН, был выполнен большой объем исследований Солнца и полностью подтверждена правильность выбора концепции и реализации солнечного космического ВУФ телескопа.

Объектом исследования в настоящей работе является солнечная корона, представляющая собой сложную магнитно-плазменную структуру, нагретую до температуры порядка миллиона градусов и выше. В короне происходит накопление энергии и массы вещества и их высвобождение в активных процессах — вспышках, эрупции, ускорении потоков заряженных частиц. Анализ излучения короны очень важен для установления физических механизмов активных процессов, их локализации и прогнозирования возможной геоэффективности. Структура и излучение короны изменяются в ходе циклов солнечной активности, и эти изменения связаны не только с локальными возмущениями, но и с эволюцией глобального магнитного поля Солнца.

Предметом исследования является ВУФ излучение солнечной короны, несущее информацию о происходящих в ней физических процессах. Фотометрический анализ изображений Солнца в различных спектральных интервалах ВУФ диапазона дает возможность определить температуру и плотность плазмы и идентифицировать как устойчивые долгоживущие солнечные структуры — активные области, корональные дыры, области спокойного Солнца, так и транзиентные явления — яркие точки, джеты, корональные выбросы, димминги, корональные волны и т. д. Вариации излучения солнечной короны в ВУФ диапазоне отражают изменения солнечной активности. Корональные структуры, наблюдаемые в ВУФ-диапазоне, обусловлены структурой локальных магнитных полей. В отсутствие прямых методов измерения магнитного поля в короне, ВУФ изображения являются важным источником данных для магнито-гидродинамического моделирования процессов солнечной активности.

Целями настоящей работы явились: создание астрономической оптики вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) диапазона, разработка спектрально-селективных телескопов для внеатмосферных исследований Солнца в ВУФ области спектра и проведение исследований излучения солнечной короны на спутнике КОРОНАС-Ф.

В ходе работы были поставлены и решены следующие задачи:

— анализ актуальных научных задач исследований излучения солнечной короны и разработка концепции спектрально-чувствительного космического солнечного телескопа ВУФ диапазона;

— проведение экспериментальных исследований отражения и рассеяния мягкого рентгеновского и ВУФ излучения на зеркальных поверхностях, разработка технологии изготовления, методов и аппаратуры для аттестации сверхгладких поверхностей, спектральных и изображающих свойств зеркал с многослойным покрытиемвыбор типа оптической системы и создание бортовых зеркальных солнечных телескопов ВУФ диапазона ТЕРЕК по проекту Фобос, ТЕРЕК-К по проекту КОРОНАС-И и СПИРИТ по проекту КОРОНАС-Ф;

— исследование стабильности фотометрических характеристик телескопов комплекса СПИРИТ при длительной эксплуатации в космосе, выявление и компенсация погрешностей, повышение надежности данных с использованием взаимной калибровки с ВУФ телескопом Е1Т на обсерватории БОНОпроведение исследований ВУФ излучения солнечной короны на спутнике КОРОНАС-Ф, в том числе, вариаций потока излучения с изменением солнечной активности, динамики эруптивных явлений, а также исследований поглощения солнечного ВУФ излучения в верхней атмосфере Земли.

Временной интервал выполнения работы составляет более 30 лет (1980 — 2011).

Научная новизна.

Впервые экспериментально обнаружено, что характеристики отражения и рассеяния мягкого рентгеновского и ВУФ-излучения на полированных поверхностях зеркал отличаются от выводов теории рассеяния, основанной на приближении Кирхгофа. Результаты измерений были использованы при построении точной волновой теории, в которой отраженная и рассеянная волны формируются в приповерхностном слое и зависят как от профиля поверхности раздела, так и от диэлектрических констант граничащих сред.

Впервые разработаны, изготовлены и применены в космическом эксперименте высокоэффективные оптические системы солнечных ВУФ телескопов на основе зеркал с многослойным покрытием, в том числе:

— система с двумя сферическими фокусирующими зеркалами и двумя парами дополнительных плоских зеркал, обладающая полем зрения до 5 градусов и обеспечивающая возможность измерять поляризацию в двух перпендикулярных плоскостях (телескоп ТЕРЕК для КА Фобос-1, 1988 г.);

— 4-элементная система с тороидальными зеркалами, обладающая субсекундным угловым разрешением и позволяющая последовательно регистрировать изображение полного диска Солнца при ограниченном поле зрения детектора (телескоп ТЕРЕК-К для спутника КОРОНАС-И, 1994 г.).

Разработана и реализована на практике методика взаимной калибровки солнечных ВУФ телескопов с аналогичными каналами регистрации на разных космических аппаратах, (телескопы КОРОНАС-Ф/СПИРИТ и 80Н0/Е1Т), позволяющая выявить погрешности измерений потоков ВУФ излучения, возникающие при длительном воздействии факторов космического полета и скомпенсировать их до точности начальных калибровок.

Разработан метод корреляционного анализа временных зависимостей потоков ВУФ излучения солнечной короны в границах удаленных крупномасштабных диммингов, возникающих в процессе эрупции, определена скорость распространения диммингов и их связь с глобальной структурой солнечного магнитного поля.

Впервые показано, что анализ профилей поглощения ВУФ излучения Солнца в атмосфере Земли, измеренных в каналах 175 и 304 А с околоземных орбит на участках заходов в тень и выходов из тени, дает возможность выявить временные вариации плотности в верхней атмосфере на высотах от 200 до 450 км, в том числе, связанные с геомагнитными бурями.

Впервые предложен метод измерения профилей поглощения ВУФ излучения Солнца в атмосфере Земли по изображениям Солнца, получаемым орбитальными солнечными телескопами, что дает возможность получить разрешение профиля по высоте лучше 1 км.

Практическая значимость.

Основные принципы технологии изготовления и контроля фокусирующих зеркал нормального падения на сверхполированных подложках с многослойными покрытиями, разработанные совместно с ИФМ РАН в рамках настоящей работы, используются при изготовлении оптических элементов космических приборов (телескопов, спектрометров, фотометров), лабораторных приборов для диагностики горячей плазмы, а также проекционных систем ВУФ литографии.

Созданный в рамках настоящей работы базовый тип солнечного космического ВУФ телескопа является наиболее распространенным типом инструмента для внеатмосферных исследований Солнца и используется как для научных исследований, так и для мониторинга солнечной активности при прогнозировании космической погоды. Солнечные ВУФ телескопы перспективны для мониторинга влияния солнечной активности на состояние верхней атмосферы Земли.

Уникальный массив данных, полученных с помощью ВУФ телескопов комплекса СПИРИТ на спутнике КОРОНАС-Ф в 2001;2005 г. г., а также разработанные методики фотометрической обработки солнечных изображений используются для фундаментальных исследований солнечных явлений, разработки методов прогнозирования солнечной активности, исследования солнечно-земных связей в ФИАН, ИЗМИР АН, ИСЗФ СО РАН, ИПГ, а также в ряде европейских институтов (Католический Университет Лейвена, БельгияУниверситет Грац, АвстрияКоролевская обсерватория Бельгии, БрюссельЦентр космических исследований Польской академии наук, Вроцлав, Польша и др.) в рамках проекта СОТЕРИЯ 7-й рамочной программы Европейской комиссии (2008;2011), целью которого являются разработка систем космического мониторинга и прогнозирование космической погоды.

Основные положения, выносимые на защиту.

Экспериментально обнаружено, что зависимость от угла падения и длины волны интегрального рассеяния мягкого рентгеновского и ВУФ-излучения на зеркальных поверхностях не соответствует выводам теории, основанной на приближении Кирхгофа, но может быть объяснена волновой теорией, в которой отраженная и рассеянная волны формируются в приповерхностном слое отражателя.

Разработанный комплекс аппаратуры и методики исследования отражающих свойств фокусирующих зеркал ВУФ диапазона обеспечивает измерение шероховатости поверхности зеркал со среднеквадратической высотой профиля поверхности до 1 А, спектральной функции отражения многослойных покрытий в диапазоне 44−350 А с разрешением 1 А и углового разрешения изображающих зеркал ВУФ диапазона с разрешением до 0,2 угловой секунды.

Спектрально-селективные солнечные телескопы с многослойной отражающей оптикой нормального падения, работающие в диапазоне 130−350 А, построенные по однозеркальной схеме Гершеля и имеющие несколько каналов регистрации с шириной от 5 до 30 А, обеспечивают максимальную светосилу, угловое разрешение лучше 1 угловой секунды в поле зрения от 1 до 5° и минимальный фон рассеянного света при исследованиях плазмы солнечной короны с температурой от 20 тысяч до 20 миллионов градусов.

Методика взаимной калибровки близких по параметрам солнечных ВУФ телескопов по долговременным изменениям сигнала интегрального потока ВУФ излучения позволяет выявить погрешности фотометрических измерений, возникающие вследствие длительного воздействия факторов космического полета, и скомпенсировать их до уровня начальных предполетных абсолютных калибровок.

Анализ корреляции временных изменений ВУФ излучения в границах крупномасштабных корональных диммингов, возникающих на Солнце в ходе развития эруптивных процессов, дает возможность идентифицировать корональные структуры, участвующие в эрупции, и выявить глобальные связи магнитного поля в солнечной короне.

Измерения поглощения солнечного ВУФ излучения в верхней атмосфере Земли по изображениям Солнца, получаемым на околоземных орбитах с помощью космических телескопов в участках спектра 175 и 304 А, дают возможность отслеживать вариации плотности атмосферы на высотах от 200 до 450 км и регистрировать возмущения, связанные с геомагнитными бурями, с разрешением по высоте лучше 1 км.

Личный вклад автора.

Все изложенные в работе оригинальные результаты получены лично автором либо при его руководстве и непосредственном участии.

В совместных работах автором выполнены (цитирование по списку в Приложении):

— экспериментальные исследования отражения и рассеяния зеркал скользящего и нормального падения в рентгеновской и ВУФ области спектра [11, 15, 16, 85];

— разработаны методы испытаний изображающей зеркальной оптики в части контроля шероховатости, измерения спектральных характеристик и качества изображения [89−91];

— исследованы оптические схемы для построения изображений в МР и ВУФ областях спектра [92−94];

— разработаны основы технологии изготовления подложек зеркал, методы контроля и аттестации фокусирующих зеркал с многослойным покрытием для телескопов по программам Фобос-1, КОРОНАС-И и КОРОНАС-Ф [19−21, 86, 95- 98, 100, 102, 110],.

— созданы оптические системы ВУФ телескопов ТЕРЕК по программе Фобос-1, ТЕРЕК-К по программе КОРОНАС-И, СПИРИТ по программе КОРОНАС-Ф, проведены наблюдения Солнца этими телескопами [52, 53, 97, 103, 117−119, 122, 134, 137, 141, 142];

— исследованы фотометрические характеристики телескопов комплекса СПИРИТ и разработана методика коррекции данных измерений в полете спутника КОРОНАС-Ф [28, 48];

— с помощью телескопов комплекса СПИРИТ на борту спутника КОРОНАС-Ф в 2001 — 2005 г. г. получены ВУФ изображения Солнца и проведены исследования вариаций солнечного ВУФ излучения [ 24, 124, 143], эруптивных процессов в солнечной короне, в том числе, в период экстремально высокой солнечной активности (октябрь-ноябрь 2003 г.) [154,.

159−165, 167, 169, 170, 174−177] и поглощения солнечного ВУФ излучения в верхней атмосфере Земли [181, 182, 184].

Общее научное руководство разработкой аппаратуры и планирование экспериментов ТЕРЕК (Фобос-1), ТЕРЕК-К/РЕС-К (КОРОНАС-И) и СПИРИТ (КОРОНАС-Ф) осуществлялось И. А. Житником. В разработке, изготовлении аппаратуры и проведении наблюдений Солнца по этим проектам участвовали С. В. Кузин, А. А. Перцов, А. П. Игнатьев, O.JI. Бугаенко, А. В. Митрофанов, С. А. Богачев, С. Н. Опарин, А. И. Степанов, А. Н. Афанасьев, Д. В. Лисин.

Разработка технологии и изготовление фокусирующей оптики с многослойным покрытием для солнечных ВУФ-телескопов по проектам Фобос-1, КОРОНАС-И и Ф проводились совместно с Н. Н. Салащенко, С. Ю. Зуевым, С. А. Гусевым, Б. А. Грибковым, И. Л. Струлей, Е. А. Андреевым.

Анализ данных измерений шероховатостей зеркал методом полного интегрального рассеяния проводился совместно с А. В. Виноградовым, И. В. Кожевниковым, В. И. Микеровым, И. А. Брытовым и А. Я. Грудским.

Испытания многослойных зеркал на установке ИКАР были проведены при участии Е. А. Рагозина, Н. Н. Колачевского, М. М. Митропольского и Н. К. Суходрев.

Апробация работы.

Основные результаты работы, приведенные в диссертации, были доложены на 16 российских и 14 международных конференциях:

Всесоюзной конференции ВУФ-89, Иркутск (1989) — 10th Conference on Vacuum Ultraviolet Radiation Physics, Paris (1992) — SPIE Conference on Laser Physics, № 2012 (1993) — 4th International conference on X-ray microscopy, Chernogolovka (1993) — SPIE Conference «Advances in Multilayer and Grazing Incidence X-Ray/EUV/FUV Optics», № 2279 (1994) — Симпозиуме «Прикладная оптика-94», С. Пб (1994) — Всероссийской конференции по физике Солнца. Москва, МГУ (1994) — Национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов, Дубна, (1997) — Симпозиуме по солнечно-земной физике России и стран СНГ, Москва, (1998) — Симпозиуме «Рентгеновская оптика», Н. Новгород, ИФМ РАН (1999, 2002) — 10th European Solar Physics Meeting «Solar variability: from core to outer frontiers», Prague, Czech Respublic (2002) — Всероссийской конференции «Актуальные проблемы физики солнечной и звездной активности», Н. Новгород (2003) — ISCS Symposium «Solar Variability as an input to the Earth’s Environment», Tatranska Lomnica, Slovakia (2003) — International Symposium on Solar Extreme Events of 2003 «Solar Extreme Events of 2003: Fundamental Science and Applied Aspects» ,.

Moscow (2004) — Всероссийской астрономической конференции ВАК-2004 «Горизонты Вселенной». МГУ, Москва (2004) — IAU Symposium 223 «Multi-Wavelength Investigations of Solar Activity», SPb (2004) — IAU Symposium 226 «CORONAL AND STELLAR MASS EJECTIONS», Beijing, China (2004) — Conference SPM-11 «The Dynamic Sun: Challenges for Theory and Observations», Leuven, Belgium (2005) — IAU Symposium 233 «Solar Activity and its Magnetic Origin», Cairo, Egypt (2006) — Конференциях «Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, Москва (2007, 2008) — SOHO 20 Solar Conference, Leuven Belgium (2007) — 10th Asian-Pacific Regional IAU Meeting APRIM-2008, Kunming, China (2008) — Симпозиумах «Нанофизика и наноэлектроника», ИФМ РАН, Нижний Новгород, (2005, 2006, 2010, 2011)), Xth Astrophysical Colloquium «the Active Sun», Hvar, Croatia (2010) — European Geophysical Union 2011, Wien, Austria.

Публикации по теме работы.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 63 печатных работах и трудах конференций, из которых 32 соответствуют списку ВАК. Публикации автора по теме диссертации отмечены в списке литературы жирным шрифтом.

Результаты работы нашли применение в различных научно-исследовательских и практических приложениях.

Разработанная технология изготовления зеркальной оптики нормального падения с многослойным покрытием используется на более высоком технологическом уровне при создании асферической оптики сверхвысокого разрешения для новых солнечных телескопов, а также при создании проекционных систем для фотолитографии.

Разработанный тип спектрально-селективного солнечного телескопа с многослойной оптикой на диапазон спектра 130−350A в настоящее время наиболее часто используется в космических экспериментах как для решения фундаментальных проблем солнечной физики, так и для мониторинга солнечной активности при прогнозировании космической погоды. В частности, в этом спектральном диапазоне работают американская обсерватория SDO и бельгийский телескоп SWAP на европейском спутнике PROBA 2, при создании которого был использован опыт разработки телескопов проекта КОРОНАС.

Уникальный массив данных по фотометрии солнечного ВУФ-излучения, полученных в экспериментах с помощью телескопов ТЕРЕК, СПИРИТ и ТЕСИС по программе КОРОНАС в максимуме 23-го и минимуме 24-го солнечного цикла используется в исследованиях эруптивных явлений, процессов в солнечной короне, механизмов генерации солнечного ветра. В частности, работа с этими данными входит в число задач ФИАН как участника проектов СОТЕРИЯ (2008;2011) и ИХИРОС (2012;2014) 7-й рамочной программы Европейской комиссии, целью которых является развитие сотрудничества в создании и совместном использовании баз солнечных данных и разработка на их основе систем космического мониторинга и прогнозирования космической погоды.

Благодарности.

Игорю Ильичу Собельману за мудрое руководство, поддержку и помощь в преодолении трудностей в выполнении работы.

Научному руководителю проекта КОРОНАС профессору В. Д. Кузнецову — за усилия по осуществлению проекта и внимание к работе,.

Руководителям проектов ТЕРЕК, СПИРИТ, ТЕСИС И. А. Житнику, C.B. Кузину — за постановку задачи, постоянное внимание и ценные указания,.

Всем соавторам — сотрудникам Лаборатории РАС ФИАН, отдела спектроскопии ФИАН, ОКБ ФИАН, ИФМ РАН, ИЗМИРАН, ИСЗФ СО РАН, Института космической астрофизики Орсэ (Франция), Королевской обсерватории Бельгии — за помощь и успешную совместную работу.

Особая благодарность члену-корреспонденту РАН H.H. Салащенко, члену-корресапонденту РАН H.H. Колачевскому, профессору A.B. Виноградову, профессору В. Н. Сорокину, И. Л. Струле, д.ф.-м.н. E.H. Рагозину, д.ф.-м.н. В. В. Гречневу, д.ф.-м.н. И. М. Чертоку, Ж.-П. Делабудиньеру, Ф. Ошеру, Д. Бергмансу — за плодотворное сотрудничество и помощь в работе.

Заключение

.

В результате выполнения работы решена задача создания базового типа спектрально-селективного солнечного телескопа ВУФ-диапазона с оптикой нормального падения и детектором на основе ПЗС с характеристиками, необходимыми для решения актуальных задач солнечной физики.

В процессе работы были решены следующие исследовательские задачи:

— проведен анализ актуальных проблем солнечной физики и выполнено проектирование оптических систем космических телескопов ВУФ-диапазона для их решения в соответствии с современным технологическим уровнемпроведены экспериментальные исследования отражения и рассеяния МР и ВУФ излучения поверхностями зеркал, свойств многослойных покрытий, сформулированы требования к качеству подложек и покрытия зеркал, разработаны методы контроля и аттестации оптических элементов для ВУФ области спектра 130 — 350А;

— разработана технология и изготовлены фокусирующие зеркала нормального падения с многослойным покрытием, работающие в ВУФ — области спектра 130 — 350А с характеристиками, необходимыми для использования в солнечных ВУФ телескопах по проекту КОРОНАС;

— разработаны оптические системы космических телескопов с многослойной оптикой нормального падения для исследований солнечной короны в ВУФ диапазоне спектра 130−350 А, включая первые в мире телескопы данного типа ТЕРЕК для КА ФОБОС-1 (1988 г.) и телескоп ТЕРЕК-К для спутника Коронас-И (1994 г.), а также многоканальный телескоп СРТ-К комплекса СПИРИТ (2001;2005 г. г.).

— С помощью указанных телескопов выполнены наблюдения Солнца с борта космического аппарата Фобос-1, спутников КОРОНАС-И и КОРОНАС-Ф;

— проведены исследования фотометрических характеристик телескопов СПИРИТ и их стабильности при длительной эксплуатации в космосе, разработан метод коррекции данных с использованием взаимной калибровки с аналогичным телескопом Е1Т обсерватории БОНО;

— с помощью телескопов СПИРИТ выполнены исследования вариаций потока солнечного ВУФ-излучения в участках спектра 175 и 304 А в период с августа 2001 по декабрь 2005 г.;

— в период экстремально высокой солнечной активности (октябрь-ноябрь 2003 г.) в эксперименте СПИРИТ проведены исследования мощных эруптивных явлений. Показано, что возникающие в ходе эрупции крупномасштабные димминги связаны с глобальной структурой солнечного магнитного поля;

— в эксперименте СПИРИТ проведены исследования поглощения солнечного ВУФ излучения по изображениям Солнца в участках спектра 175 и 304 A в верхней атмосфере Земли. Показано, что этот метод может быть использован для мониторинга возмущений в атмосфере на высотах от 250 до 450 км, вызываемых солнечной активностью, с разрешением по высоте лучше 1 км.