ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 50 ЛЕТ / SPACE RESEARCH INSTITUTE 50 YEARS

ОТДЕЛ ФИЗИКИ ПЛАНЕТ Исследования других планет и малых Exploration of planets and small bod- тел Солнечной системы в ИКИ почти де- ies of the Solar system in IKI was conducted (53) сять лет были одной из задач отдела астро- within the astrophysics department for almost Planetary Physics физики и превратились в самостоятельное ten years and turned into an independent line направление лишь в 1973–1974 гг. К этому of research in 1973–1974 only. By that time it Department времени стало понятно, что исследования has become clear that planetary exploration is (53) планет — самостоятельное мощное направ- an independent strong branch of space science ление космической науки, которое требует which requires its own instruments, approaches своих инструментов, подходов и методов. and methods. The spacecraft have given explor- Космические аппараты подарили исследо- ers a chance to study other planets not only from вателям возможность изучать другие пла- afar using the telescopes, but much closer: first неты Солнечной системы не только издали during fly-bys, then from the orbit around a ce- с помощью телескопов, но и с гораздо более lestial body, and eventually on its surface. This близких расстояний: с орбит вокруг небес- was the beginning of the in situ — on site (Lat.) ных тел, при пролёте около них и, конечно, planetary experiments era. непосредственно на поверхности. Так на- The first head of the planetary department чиналась эпоха планетных экспериментов was Professor Dr. Vasiliy Moroz, the found- in situ (на месте нахождения, лат.). er of the scientific school and the originator Первый руководитель отдела — Василий of the infrared spectrometry in Russia. The IR- Иванович Мороз (20.05.1931–23.06.2004), spectrometer on orbit is an effective means создатель научной школы и основатель of planetary explorations, since the planetary инфракрасной спектрометрии в России. spectrum contains distinctive bands of gases ИК-спектрометр на орбите — эффектив- in the atmosphere, information of its tempera- Руководитель — ное средство исследования планет, так как ture vertical profile, and surface composition, д-р физ.-мат. наук Олег Кораблёв спектр планеты содержит характерные по- of the composition and distribution of the aero- лосы присутствующих в атмосфере газов, sol component. The obtained information en- Head — Dr. Oleg Korablev информацию о вертикальном профиле её ables to estimate the conditions on the planet, температуры, температуре и составе поверх- particularly its dynamics, and is used to con- ности, о составе и распределении аэрозоль- strain atmospheric models. ной компоненты. Полученная информация Today the department joins together various позволяет судить об условиях на планете, specialists: theoreticians, researchers, engineers в частности о её динамике, и используется in the field of physical research of the atmo- для расчёта моделей атмосфер. sphere and surface of the planets of the Solar Сегодня отдел объединяет различных system. First of all, we are talking about Mars специалистов: теоретиков, эксперимента- and Venus, two closest neighbors of the Earth торов, инженеров — в области физических which historically received greater attention исследований атмосферы и поверхности of space researchers. But not limited to these других планет Солнечной системы. В пер- two planets. The research involves also Mercury, вую очередь, речь идёт о Марсе и Венере, giant planets Jupiter and Saturn, and small bod- двух ближайших планетных соседях Земли, ies: planetary satellites, comets and asteroids. которые исторически пользовались повы- The new line of research is exploration of exo- шенным вниманием космических исследо- planets in other star systems. вателей. Но не только о них: работы отдела посвящены также Меркурию, планетам-ги- гантам Юпитеру и Сатурну и малым телам: Профессор В. И. Мороз (20.05.1931–23.06.2004) спутникам планет, кометам и астероидам. Prof. V. I. Moroz Новое направление — изучение экзопланет (May 20, 1931 – June 23, 2004) в других звёздных системах.

Завершённые и текущие проекты Completed / Ongoing Projects

Исследования Венеры: аппараты «Вене- Venus exploration: Venera 4 – Venera‑16 ра-4» — «Венера-16» (1967–1983), «Вега‑1, -2» (1967–1983), Vega 1 and 2 (1984), Venus Express (1984), Venus Express (ЕКА, 2005–2015) (ESA, 2005–2015) Исследования Марса: «Марс-3» — Mars exploration: Mars 3 — Mars 6 (1971– «Марс-6» (1971–1973), «Фобос-2» (1988– 1973), Phobos 2 (1988), Mars‑96 (1996), Mars 1989), «Марс-96» (1996), Mars Surveyor’98 Surveyor’98 Program (Mars Climate Orbiter and Program (аппараты MCO и MPL, NASA, Mars Polar Lander, NASA, 1998), Mars Express

20 августа 2007 г. решением рабочей группы по номен- On August 20, 2007, the International Astronomical Union Work- клатуре системы планет при Международном астро- ing Group for Planetary System Nomenclature adopted the name номическом союзе название Moroz было официально Moroz for one of the Martian craters. Moroz crater (123 m diam- присвоено одному из кратеров на Марсе. Кратер Мороз eter) is located on an ancient elevation (23.7 South lat., 20.6 West (диаметром 123 км) расположен на древней возвышен- long.) near the landing site of Soviet Mars 6 spacecraft ности Марса (23,7° ю. ш., 20,6° з. д.) вблизи от места посадки советского космического аппарата «Марс-6» 134 СОТРУДНИКИ / IKIPEOPLE / 1965–2015

1998), Mars Express (ЕКА, 2003), MER* (ESA, 2003), Mars Exploration rovers (Spirit (Spirit и Opportunity, NASA, 2003) and Opportunity, NASA, 2003) Исследование Земли из космоса: Earth remote sensing: Rusalka (onboard ­РУСАЛКА (РУчной Спектральный АнаЛи- the ISS, 2009–2012) затор Компонентов Атмосферы) (россий- ский сегмент Международной космической станции, 2009–2012 гг.)

Будущие проекты Projects in Development

Исследования Марса: «ЭкзоМарс» (ЕКА/ Mars exploration: ExoMars (ESA/Roscos- Роскосмос, 2016 и 2018 гг.) mos, 2016 and 2018) Исследования Луны: «Луна-25» («Луна- Moon exploration: Luna-Glob (2018), Luna- Глоб», 2018 г.), «Луна-26» («Луна-Ресурс- Resurs-Orbiter (2019), Luna-Resurs-Lander Орбитальный», 2019 г.), «Луна-27» («Луна- (2020) Ресурс-Посадочный», 2020 г.) Mercury exploration: BepiColombo (ESA, Исследования Меркурия: BepiColombo 2017) (ЕКА, 2017 г.) Earth remote sensing: Driada (onboard Мониторинг Земли: ДРИАДА (россий- the ISS, 2017) ский сегмент Международной космической Venus exploration: Venera-D (+2020) станции, 2017 г.) Jupiter exploration: Laplace-P (a landing Исследования Венеры: «Венера-Д» module for Ganymede, +2020) (+2020) Observations of planets and small bodies Исследования Юпитера: «Лаплас» (поса- of the solar system, exoplanets: Planetary Moni- дочный аппарат на Ганимед, +2020) toring (onboard the ISS, +2018), Star Patrol Наблюдения планет и малых телах Сол- (2022) нечной системы, экзопланет: «Планетный мониторинг» (РС МКС; +2018), «Звёздный патруль» (2022)

Лаборатория спектроскопии планетных Laboratory of Planetary Atmospheres Людмила Засова атмосфер (531) (руководитель — Spectroscopy (531). Head — Dr. Ludmila Zasova Ludmila Zasova д-р физ.-мат. наук Людмила Засова) The laboratory (former №41) was founded Лаборатория была образована одновре- simultaneously with the planetary physics de- менно с созданием всего отдела физики partment № 4 on May 1, 1974, when V. I. Moroz планет № 4 1 мая 1974 г., когда из ГАИШ на came to work as the department head on a per- постоянную работу в ИКИ в качестве руко- manent basis from the Sternberg Astronomical водителя отдела перешёл В. И. Мороз. Он Institute he worked before. He headed the labo- руководил лабораторией с момента созда- ratory from the date of its foundation till his ния и до своего ухода из жизни в 2004 г. death in 2004. Лаборатория занимается исследовани- The laboratory deals with planetary explo- ями планет Солнечной системы (Венеры ration of the Solar System (Venus and Mars и Марса) с космических аппаратов от по- in particular) from the spacecraft including становки научных задач, проектирова- statement of scientific problems, design of scien- ния научных приборов, их изготовления tific instruments, their manufacture and instal- и установки на космические аппараты, об- lation onboard the spacecraft, processing and работкой и интерпретацией полученных interpretation of the obtained scientific data. научных данных. Приборы, созданные в ла- The devices invented in the laboratory were op- боратории, работали на аппаратах «Вене- erating on the Venera‑9…‑16 spacecraft, Vega‑1 ра-9…-16», «Вега‑1, -2», «Венера-Экспресс» and Vega‑2, Venus Express (ESA) and continue (ЕКА) и продолжают работать на КА «Марс- their operation on the Mars Express mission Экспресс» (ЕКА). (ESA).

Основные направления исследований Research Fields

Научные направления Research Areas

• Перенос излучения в атмосферах Марса • Radiative transfer in the atmospheres of Mars и Венеры, включая создание алгоритмов and Venus including the algorithms for direct решения прямых и обратных задач пере- and inverse problems of the radiative transfer носа излучения в оптически толстых ат- in the optically thick atmospheres with mul- мосферах с многократным рассеянием tiple scattering and spherical geometry; и сферической геометрией;

135 ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 50 ЛЕТ / SPACE RESEARCH INSTITUTE 50 YEARS

• решение спектроскопических задач с оп- • spectroscopy problems using optimized cal- тимизацией для ускорения счёта без по- culations, allowing to reduce calculation time тери полинейной точности; without losing the line-by-line accuracy; • получение параметров атмосфер в резуль- • obtaining atmospheric parameters such as тате решения прямых и обратных задач, temperature and aerosol profiles, minor включая температурные и аэрозольные components, atmospheric dynamics, non- профили, малые составляющие, динами- equilibrium luminosity by solving direct and ку атмосферы, неравновесные свечения. inverse problems.

Экспериментальное направление Experimental Areas

• Создание спектрометров ближнего и те- • Development of spectrometers for near and плового инфракрасного диапазонов, thermal infrared spectral ranges, for now в настоящее время — планетных фурье- those are the Fourier spectrometers including спектрометров, включая миниатюрные; new miniaturized devices; • изготовление отдельных узлов для подоб- • manufacture of separate units and components ных приборов, производимых в коопера- for similar devices being developed in collab- ции с европейскими исследователями. oration with the European researchers.

Приборы, проекты, результаты Instruments, Projects, Results

Первый планетный фурье-спектрометр The first instrument of the Planetary Fou- ПФС (1,20…40 мкм) был установлен на rier Spectrometer (PFS) family was installed Планетный фурье- A planetary Fourier аппарате «Марс‑96». Он начинался как on the Mars‑96 spacecraft. This development спектрометр для КА spectrometer for the Mars- российский, но из-за невозможности из- «Марс-Экспресс»: блок Express spacecraft: has started as a Russian project but due to in- интерферометра, interferometer units 1 and 2 готовить его в России 1990‑х гг. был сделан capability to manufacture this device in 1990’s 1 и 2 — интерферометры are the long-wave and в Италии и превратился в международный: длинноволнового short-wave interferometers Russia the project became an international и коротковолнового respectively Италия, Россия, Франция, Германия, Поль- one: Italy, Russia, France, Germany, Poland, каналов соответственно ша, Испания. ПФС для аппарата «Марс- and Spain. Italy has finally led the consortium. Экспресс» был изготовлен в той же коо- The PFS for Mars Express was manufactured перации и с 2004 г. работает у Марса. С его with involvement of the same group and since помощью был открыт метан в атмосфере 2004 it is been operating near Mars. This de- Марса и измерено его содержание. В зави- vice helped discovering methane in the Martian симости от места на планете оно составляет atmosphere and measuring its concentration. 10–30 частиц на миллиард (ppb). По данным Depending on place on the planet, the concen- ПФС построены карты сезонного распреде- tration is 10–30 parts per billion (ppb). Based ления СО и Н2О. on the PFS data the maps of seasonal and latitu- Пример поля температуры ОМЕГА (OMEGA — Observatoire pour la An example of temperature dinal CO and H2O distribution were made. в координатах широта- field in the latitude-altitude Minéralogie, l’Eau, les Glaces et l’Activité) – OMEGA is the mapping spectrometer with высота, восстановленного coordinate system retrieved картирующий спектрометр (0,35…5,1 мкм) по спектрам ПФС, from the PFS spectra obtained spectral range from 0.35 to 5.1 μm, manufac- полученным вдоль орбиты, along the orbit passing для проекта «Марс-Экспресс» был изготов- tured in France, with the pointing system, pro- проходящей через полюса, through the poles, Tharsis, лен во Франции, его сканер — в России. Tharsis, Ascraeus Mons, Ascraeus Mons, Alba Patera, duced in Russia. Alba Patera и др., вблизи etc. near spring equinox (the Обнаружены и прослежены вариации ин- Gravity waves in the northern polar region весеннего равноденствия end of winter in the Northern версии в температурном профиле в поляр- (конец зимы в северном hemisphere) in spring are revealed at φ > 70° N in OMEGA полушарии) ном «воротнике» зимой (φ > 50°), которые images in the distribution of the molecular ox- коррелируют с присутствием ледяных об- ygen day glow (O 1.27 μm) and ices H O and лаков Н О и связаны с нисходящей ветвью 2 2 2 CO2. Temperature profiles (PFS) in these re- ячейки Хэдли. gions, obtained simultaneously, have undula- Гравитационные волны в северной по- tory pattern on the altitudes below 20…30 km лярной области весной наблюдались при in the atmosphere, where CO can condensate. φ > 70° (на изображениях гиперспектро- 2 Gravity waves are linked to instability of the CO2 метра ОМЕГА). Температурные профили, condensation in the atmosphere, which is also одновременно измеренные в этой области supported by observed anticorrelation of H2O Слева — изображения ОМЕ- Left. An image of OMEGA ПФС, имеют волновой характер на высотах, and CO ices as presented on OMEGA images ГА в полосе свечения О , по- within the 1.27 μm O (a1Δ ), 2 2 2 g ниже 20…30 км, где температура допускает at φ > 70° N. At φ > 70° N the CO ice is on the лосах поглощения водяного day-glow band, absorption конденсацию СО . Гравитационные волны 2 и углекислого льдов в се- H2O and CO2 ices bands 2 surface only and no waves are observed. верной полярной области in Martian Northern polar связаны с неустойчивостью процесса кон- Марса, вблизи весеннего region near spring equinox. The image of the 1.27 µm O2 day glow dis- равноденствия. Справа — Right: a mosaic of maps денсации СО2, о том же говорит и наблю- tribution obtained by the OMEGA hyperspec- даемая антикорреляция Н О и СО льдов на мозаика карт дневной of the O2 day airglow obtained 2 2 trometer in the Northern and Southern polar by OMEGA in high latitudes эмиссии О2 , полученных картах ОМЕГА при φ > 70° N. ОМЕГА в высоких широ- of the Martian Southern region in spring reveals the propagation of grav- тах южного полушария hemisphere where the waves Изображения распределения эмиссии ity waves at the 20…30-km altitude where maxi- Марса, на которых также were also discovered. кислорода О 1,27 мкм, полученные гипер- были обнаружены волны. The images are overlaid 2 mum of the O2 dayglow is observed. Изображения наложены на on the MOLA altimeter (MGS спектрометром ОМЕГА в северном и юж- In Venus Express (ESA) the laboratory’s staff альтиметрию высотомера mission, NASA) topography ном полярных районах ранней весной, MOLA (КА MGS, НАСА) members are taking part in two experiments: 136 СОТРУДНИКИ / IKIPEOPLE / 1965–2015

указывают на активность гравитационных VIRTIS and VMC. VIRTIS spectrometers were волн, которые распространяются и возму- developed in France and Italy and VMC was щают области наблюдаемого дневного све- produced in Germany. Russian researchers par- чения О2. ticipate in interpretation of the data. В проекте Венера-Экспресс (ЕКА) 1. The clouds covering the entire Venus are сотрудники лаборатории участвуют в интер- playing a tremendous role in the thermal bal- претации полученных данных двух экспери- ance. Being at the 50…70 km altitude and having ментов: VIRTIS и VMC. the optical depth of about 30, these clouds make 1. Облака, сплошь покрывающие Вене- a substantial contribution into the greenhouse ру, играют огромную роль в тепловом ба- effect. The top cloud layer has an altitude scale лансе. Находясь на высоте 50…70 км и имея of about 4 km at low latitudes, which decreases оптическую толщу около 30, они вносят су- down to <2 km at high latitudes, and does not щественный вклад в парниковый эффект. have a distinctive upper boundary (so the posi- Верхний облачный слой разреженный и, tion of the upper boundary of clouds, defined as следовательно, не имеет резкой верхней an altitude of unit optical depth) can consider- границы. «Условное» положение верхней ably differ in various spectral intervals depending границы определяется как высота уровня on the extinction coefficient. единичной оптической толщины, которая 2. Water vapor distribution chart was con-

зависит от коэффициента экстинкции, по- structed, daily and latitude CO variations were Мозаика карт дневной Mosaic of maps of the O2 day этому отличается в различных спектральных determined. эмиссии О2, полученных airglow obtained by OMEGA ОМЕГА в высоких широтах in high latitudes of the Martian интервалах. 3. The global map of the O2 1.27 µm night- южного полушария Southern hemisphere where 2. Построено распределение водяного glow distribution from the VIRTIS data gives an Марса ранней весной, the waves were also discovered. на которых также были The images are overlaid on пара, определены суточные и широтные ва- evidence that the circulation in the upper meso- обнаружены волны. the MOLA altimeter topography риации СО. sphere differs from the general notion of the flux Изображения наложены (MGS mission, NASA) 3. Глобальная карта распределения ин- motion from the subsolar point to the anti-solar на альтиметрию высотомера MOLA тенсивности ночного свечения О2 в линии point (typical for Venus thermosphere). (КА MGS, НАСА) 1,27 мкм по данным VIRTIS свидетельствует о том, что циркуляция в верхней мезосфере отличается от общепринятого представле- ния о движении потока от подсолнечной к противосолнечной точке.

Высота верхней границы Altitude of the cloud upper Слева: УФ-изображения, Right: UV-images obtained облаков на длине волны boundary at the 2.5-µm полученные при помощи by VMC with overlaid maps 2,5 мкм (вверху) и содержа- wavelength (top) and the water камеры VMC, с наложен- of the cloud top altitude ния водяного пара (внизу) vapor concentration (bottom) ными картами высоты obtained from the CO2 1.5 µm как функция широты as a function of latitude верхней границы облаков, absorption bands, VIRTIS‑M; по данным эксперимента from VIRTIS data obtained восстановленными по по- left: cloud top altitude in 8 µm –1 VIRTIS в 2006–2011 гг. in 2006–2011 лосам CO2 около 1,5 мкм, (1218 cm ) and 30 µm VIRTIS‑M. Cправа: высота (365 cm–1)in thermal IR range, верхней границы облаков retrieved from Fourier Spec- в тепловой области trometer data on Venera‑15 8 мкм (1218 см–1) и 30 мкм in the Northern hemisphere (365 см–1) (по данным фу- рье-спектрометра на КА «Венера-15», северное полушарие)

Карта глобального A global distribution map распределения ночной of the O2 1.27-µm night airglow, эмиссии О2 1,27 мкм, the arrows show the wind стрелки показывают direction (top); horizontal направление ветра, divergence of the wind velocity полученного по движению in 10–6 s–1 units (bottom) областей свечения O2 (вверху); горизонтальная дивергенция скорости ветра в единицах 10–6 s–1 (внизу) 137 ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 50 ЛЕТ / SPACE RESEARCH INSTITUTE 50 YEARS

Об этом же говорит распределение гори- This fact is also confirmed by the distribu- зонтальных скоростей ветра: скорость ветра tion of the horizontal wind velocities measured имеет близкие к нулю значения, а направле- by the motion of the O2 night air glow areas: ние ветра меняет знак в области вечернего the region of the descending flow area is shifted терминатора. Обнаружены гравитационные from the midnight point in direction of the eve- волны в верхней мезосфере Венеры, кото- ning terminator. The gravity waves were discov- рые возмущают вертикальные профили све- ered in the Venus upper mesosphere that disturb чения О2. the vertical profiles of the O2 night airglow. 4. Обнаружено свечение гидроксила ОН 4. Hydroxyl (OH) night air glow was в верхней мезосфере Венеры, отождест- the first detected in the Venus upper meso- влены полосы Мейнеля (1-0), (2-1), (3-2) sphere. The Meinel bands (1-0), (2-1), (3-2) at 2,7…3,1 мкм и полоса (2-0) — 1,44 мкм. От- 2.7…3.1 µm and (2-0) at 1.44 µm were identi- крытие, важное для фотохимии атмосферы, fied. The discovery is important for the atmo- Спектр лимба ночной A night-side limb spectrum но неожиданное из-за малого содержания spheric photochemistry, but it was unexpected, стороны Венеры на высо- of Venus at 90…100 km altitude водяного пара в атмосфере Венеры. because of the small abundance of the water va- те 90…100 км, полученный obtained from VIRTIS M data. VIRTIS. В спектре наблюда- In the spectrum one can see 5. По данным камеры VMC обнаружен por in the atmosphere of Venus. ются полосы свечения O peaks of the O (a1Δ -X3Σ –) at монотонный рост скорости зонального ве- 5. By the data of the VMC multispectral 1 3 – 2 2 g g (a Δg-X Σg ) 1,27 и 1,58 мкм 1,27 (0-0) and 1,58 (0-1) µm and и гидроксила 1,44 OH at 1,44 and 2,7…3,1 µm. тра в области верхней границы облачного camera the monotonic increase of the zonal и 2,7…3,1 мкм. Во встав- Inset — images within the O2 слоя Венеры (по наблюдениям в ультрафи- wind velocity in the region of the cloud upper ке — изображения в полосе at 1.27 and ОН 2,80 µm олетовом диапазоне). На этот тренд накла- boundary of Venus (from the data of the UV О 1,27 и ОН 2,80 мкм. Поло- bands. The О 1,58 µm band 2 2 дываются вариации с периодом длительно- channel) was recorded. This tendency is accom- са О2 1,58 мкм обнаружена was detected for the first time впервые in Venus atmosphere стью около четырёх суток. Неясна природа panied by the variations of about four-days peri- наблюдаемого тренда. Скорее всего, он от- odicity. The reason is not clear yet. Most prob- ражает не реальный рост средней скорости ably it reflects not a real increase in the wind зонального ветра со временем, а является velocity with time, but rather is a combined ef- результатом комбинированного эффекта fect of other variable relevant factors, such as to- других переменных факторов. pography, local time, etc. Сейчас в лаборатории создаются фурье- Today the infrared TIRVIM Fourier spec- спектрометры инфракрасного диапазона trometer (part of the ACS instruments for Exo- ТИРВИМ (часть комплекса ACS для ап- Mars Trace Gas Orbiter mission, 2016), FAST парата TGO проекта «ЭкзоМарс», 2016 г.), (as a part of the scientific load of the Exo- ФАСТ (в составе научного комплекса по- Mars Descent Module, 2018), and LUMIS for садочной платформы проекта «ЭкзоМарс», the Luna‑26 are being built in the laboratory. 2018 г.) и ЛУМИС для орбитального аппара- Venera-D is the project for complex investiga- та «Луна-26». tion of Venus atmosphere, surface and plasma Долговременные измене- Long-term variations «Венера-Д» — проект для комплексно- environment from orbiters, descending mod- ния усреднённой широт- of the mean latitudinal го исследования атмосферы, поверхности ules including long live station on the surface, ной компоненты скорости component of the flow и окружающей плазмы Венеры с исполь- in the research stage. The staff members are потока на высоте 68±2 км, velocity at 68±2 km, отражающие её рост. reflecting its growth. The inset зованием орбитеров, спускаемых модулей, participating in the project development: system На врезке: короткопери- shows the short-term долгоживущей станции на поверхности или composition, scientific goals of the missions, одические вариации, со- variations corresponding to ответствующие периоду the super-rotation period, долгоживущего атмосферного зонда. Проект scientific equipment set and so on. суперротации (~4,5 сут), (~4.5 days), related to the set в стадии научно-исследовательских работ. относятся к ряду наблю- of observations дений Сотрудники участвуют в проработке проек- та: состава комплекса, научных задач мис- сии, научной аппаратуры и др.

Михаил Герасимов Лаборатория прямых физико-химических Laboratory for Direct Physical and Chemical Mikhail Gerasimov исследований планет (532) (руководитель — Planetary Exploration (532). Head — канд. физ.-мат. наук Михаил Герасимов) Dr. Mikhail Gerasimov

Специализация лаборатории — исследо- The laboratory profile is the research вания химического состава планетных тел of the sample chemical composition of plan- в Солнечной системе in situ, в том числе по- etary bodies in the Solar system in situ, including иск органических соединений и веществ- the search for organic compounds and precur- предшественников живых организмов. sors to life forms. Лаборатория была создана в 1968 г. под The laboratory was established in 1968 and названием «Лаборатория экзобиологии» для named Laboratory of Exobiology to develop разработки методов поиска жизни на плане- the methods of detecting life forms on planets тах и изучения того, как на Земле и планетах and to study how organic compounds can be Солнечной системы могут синтезировать- synthesized on the Earth and planets of the Solar ся органические соединения. Руководитель system. L. M. Mukhin, the head of the laborato- лаборатории Л. М. Мухин предложил вул- ry, proposed a volcanic model of the pre-biolog- каническую модель предбиологической ical evolution, where volcanoes — the strongest

138 СОТРУДНИКИ / IKIPEOPLE / 1965–2015

эволюции, в которой существенную роль chemical reactors — were playing a considerable в синтезе и эволюции органических соеди- role in the synthesis and evolution of organic нений играли вулканы — мощнейшие хи- compounds. The model was supported by ex- мические реакторы. Эта модель была про- periments during the expeditions to active volca- верена экспериментально в экспедициях noes: Kamchatka and Kuril Islands. в районы активного вулканизма: Камчатка Concurrently, the experiments were per- и Курильские острова. formed to simulate terrestrial and underwater Параллельно ставились эксперименты, volcanic eruptions, as well as the alien environ- в ходе которых моделировались наземные ment — the atmosphere of Jupiter during storm и подводные вулканические извержения, discharges. а также инопланетная среда — атмосфера For that, highly complex experimental Юпитера при грозовых разрядах. methods were created and developed, includ- Для этого были освоены и разработаны ing analysis of amino acids and trace amounts весьма сложные методики анализа, в том of substances, the method of clean sampling, числе аминокислот и микроколичества ве- designation of a field gas chromatograph to ществ, разработан метод стерильного отбора analyze volcanic gases in situ, development проб, сконструирован полевой газовый хро- of the method to simulate impact-induced evap- матограф для анализа вулканических газов oration using a high-power laser. All these have на месте, разработан метод моделирования become the basis for the instruments of direct «Сигма-А» — первый Sigma-A, the first national ударно-испарительных процессов с исполь- chemical analysis of the atmosphere and cloud отечественный chromatograph to хроматограф для examine small components зованием мощного лазера. Всё это легло composition of Venus, planetary soils on the de- исследования малых of the atmosphere of Venus в основу приборов для прямого химического scending modules (Venera‑series, Vega project составляющих атмосферы (Venera 11 and 12) анализа состава атмосферы и облаков Вене- and others), and interplanetary dust. Венеры («Венера-11 и -12») ры, грунта планет на спускаемых аппаратах The present primary methodical profile (серия «Венера», проект ВЕГА и др.), меж- of the laboratory is the thermal analysis to- планетной пыли. gether with the gas chromatography and mass Сегодня главная методическая специ- spectrometry. The experimental simulation ализация лаборатории — термический ана- of impact-induced evaporation continues, pref- Газовый хроматограф лиз в сочетании с газовой хроматографией erably, to investigate organic matter synthesis. ХМС-1Ф (1) и терми- и масс-спектрометрией. Продолжается экс- When a large or a small celestial body impacts ческий анализатор the planetary surface at a high velocity, the soils ТДА (2), составившие периментальное моделирование ударно-ис- вместе с прибором парительных процессов, в первую очередь, get heated and complex chemical processes take МАЛ-1Ф (ГЕОХИ РАН) для изучения синтеза органического веще- place. Probably, these were the processes that газоаналитический комплекс, и прибор ства. Когда на поверхность планеты с боль- were important for the origin of life. ДИАМОНД/DIAMOND (3) шой скоростью падает крупное или мелкое для изучения потоков пыли на КА «Фобос- небесное тело, грунт разогревается и проис- Грунт» (запуск 2011 г.) 1 ходят сложные химические процессы. Воз- The gas chromatograph можно, именно они имели значение для за- KhMS-1F (1) and the ther- mal analyzer TDA (2) which рождения жизни. together with the mass- spectrometer MAL-1F Основные направления исследований Research Areas (GEOKHI RAS) put together the Gas Analytic Package (GAP), and the instrument • Химический состав атмосфер и твёрдого • Chemical composition of the atmospheres DIAMOND (3), aimed at investigation of dust flows, вещества планет и спутников прямыми and solid matter of planets and satellites us- were built for the Phobos методами в космических миссиях на по- ing the direct methods during the space mis- Sample Return mission садочных аппаратах и аэростатных зон- sions on the descending modules and balloon (launched in 2011) дах; probes; • динамика пыли на планетах и спутниках, • dust dynamics on the planets and satellites 2 в том числе разработка методов измере- including the development of the measure- 3 ний её параметров и создание приборов ment methods of dust parameters and design для космических миссий; of instruments for space missions; • развитие методов измерений и создание • development of the measurement meth- приборов для химического анализа в кос- ods and design of instruments for chemical мических миссиях, включая анализ орга- analysis during the space missions including нического вещества; the analysis of the organic matter; • экспериментальное моделирование хи- • experimental simulation of the chemical мических преобразований в ходе высо- transformations in hypervelocity impact- коскоростных ударно-испарительных induced evaporation processes induced процессов при кратерообразовании на by shockwaves during crater formation планетных телах; on the celestial bodies; • происхождение и эволюция органическо- • origin and evolution of the organic matter го вещества в Солнечной системе; in the Solar system; • тонкий химический анализ органических • fine chemical analysis of the organic contam- загрязнений в технологических целях при inations for technological purposes during подготовке космических миссий. preparations for space missions.

139 ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 50 ЛЕТ / SPACE RESEARCH INSTITUTE 50 YEARS

Приборы, проекты, результаты Instruments, Projects, Results

Прибор ПмЛ (Пылевой мониторинг PmL (Monitoring of the lunar dust activity, Луны, КА «Луна-25» и «Луна‑27») Luna‑25 and Luna‑27) Приборы ГХ-Л, ТА-Л и сопровождение GKh-L, TA-L instruments and support швейцарского прибора НГМС (NGMS), of the Swiss NGMS included into the gas analy- входящих в газоаналитический комплекс sis instrument suite of the ALPOL experiment эксперимента АЛПОЛ (КА «Луна-27»). (Analysis of Polar Lunar Volatiles, Luna‑27). Прибор ГХ-М и сопровождение британ- GKh‑M, TAM instruments and support ского прибора НГМС, входящих в газоана- of the Swiss NGMS included into the gas analy- литический комплекс МГАК (проект ЭК- sis instrument suite of the MGAK (Martian Gas ЗОМАРС, посадочная платформа, 2018 г.). Analysis Package, ExoMars landing platform, Приборы ПК (пылевой комплекс) для ESA/Roscosmos, 2018). изучения динамики пыли и механизмов PK (Dust Kit) instruments to study dust dy- возникновения пылевых бурь и тайфунов, namics and the mechanisms of dust storms and связанных с электрическими полями в ат- typhoons genesis related to the electrical fields мосфере Марса (проект «ЭкзоМарс», поса- in the atmosphere of Mars (ExoMars landing дочная платформа, 2018 г.). platform, ESA/Roscosmos, 2018).

Лаборатория малых аппаратов Laboratory of Small Vehicles for Planetary ПмЛ — эксперимент PmL — the experiment for для исследований планет (533) Exploration (533) по прямому измерению direct measurement of moving потоков пылевых частиц dust particles in the near- Основное научное направление — мете- The primary line of research is meteoro- в приповерхностной surface exosphere of the moon. экзосфере Луны. Прибор The instrument is able to record орологические исследования, климат пла- logical research, planetary climate, and climatic способен зафиксиро- dust motion near the lunar нет и климатические явления. Лаборатория phenomena. The laboratory develops various вать перемещение пыли surface with electric induction у лунной поверхности and contact detectors разрабатывает различные датчики, прибо- sensors, devices as well as integrated complex электроиндукционными of sensitivity by the dust ры, а также интегрированные комплексные scientific systems and small probes for the re- и контактными датчика- particle momentum up to ми с чувствительностью 10…14 kg·m/s научные системы и малые зонды для ис- search of planets and small bodies in the Solar по импульсу пылевых следования планет и малых тел Солнечной system. частиц до 10…14 кг·м/с системы.

Южный полюс атмосферы The south pole Венеры. Видны полярный of the atmosphere of Venus. диполь и «холодный ворот- The polar dipole and the “cold ник». Изображение полу- collar ” can be seen. The image чено с помощью советско- was obtained from the Fourier немецкого эксперимента spectrometer Russian-German «Фурье-спектрометр» на experiment on the Venera 15, аппаратах «Венера-15, -16» and 16

Точки входа спускаемых Entry points of the descending аппаратов проекта ВЕГА modules of the Vega project на карте Венеры on the map of Venus 140 СОТРУДНИКИ / IKIPEOPLE / 1965–2015

Характеристики атмосферы и их изме- The atmospheric parameters and their evo- нение во времени и в пространстве опреде- lution in time and space determine the climate ляют климат и многие климатические явле- and many climatic phenomena: global atmo- ния: глобальную циркуляцию атмосферы, sphere circulation, thermal balance, the interac- тепловой баланс, её взаимодействие с по- tion of atmosphere with the planet’s surface and верхностью планеты и космическим про- space. In 1970-80’s the laboratory was develop- странством. В 1970–1980 гг. в лаборатории ing the meteorological instruments to explore создавались метеокомплексы для исследо- Mars and Venus. In Venus projects the chemi- вания Марса и Венеры. В ходе венерианских cal composition of the atmosphere was mea- проектов впервые были напрямую измерены sured directly, the composition of the sulfur химический состав атмосферы, определён compounds and water was defined; high preci- состав сернистых соединений и воды, по- sion temperature and pressure profiles were ob- лучены высокоточные профили температу- tained for the first time. These data have pro- ры и давления. Эти данные легли в основу vided the basis for the Venus atmosphere model модели венерианской атмосферы, которая (VIRA — Venus International Reference Atmo- остаётся актуальной и сегодня. sphere), which is relevant up to now. Параллельно будущие космические Concurrently, the future space experiments эксперименты отрабатывались на Зем- were tested on the Earth using the aerostats ле, с помощью аэростатов или плавающих or floating balloons over the ocean with me- баллонов сверхдавления над океаном, с ме- teorological instruments. For the Vega project теорологическими приборами. В проекте the group has developed meteorological suites ВЕГА («Венера-Галлей») группа разработа- for the descending module and balloon probes. ла метеокомплексы для спускаемого аппа- In the course of the project it was the first and, рата и аэростатных зондов. В ходе проекта up to now, the only experiment of launching two впервые и пока единственный раз был про- research balloons into the atmosphere of anoth- ведён эксперимент по запуску в атмосфе- er planet. The laboratory was responsible for all Испытания марсохода Mars rover tests in California, ру другой планеты двух исследовательских payload of the probes, for which, together with в Калифорнии, США USA аэростатов. Лаборатория отвечала за всю the French experts, it developed a set of instru- полезную нагрузку зондов, для которой со- ments. The balloons have been drifting through вместно с французскими специалистами the atmosphere of the south and north hemi- создала комплекс приборов. Аэростаты spheres of Venus for 48 hours transmitting in- дрейфовали в атмосфере южного и север- formation of the thermal structure, turbulence ного полушария Венеры в течение 48 ч, and atmosphere dynamics of Venus at altitudes передавая прямо на Землю информацию of 52…55 km directly to the Earth. It was prov- о термической структуре, турбулентности en by the experiments that the planetary atmo- и динамике атмосферы Венеры на высотах sphere is transparent for observations within 52…55 км. Экспериментально подтверди- the spectral window at the wavelength band лось, что атмосфера планеты прозрачна для about 1 µm. наблюдений в спектральном «окне» на дли- For the Phobos project, the project of a long- не волны около 1 мкм. duration autonomous station on the satellite’s Для проекта Фобос был предложен surface was built, the station was supposed to проект долгоживущей автономной станции perform a soft landing on the satellite and an- на поверхности спутника, которая должна chor itself. Unfortunately, the spacecraft togeth- была осуществить мягкую посадку на спут- er with the autonomous station was lost at an Малая автономная A small autonomous station ник и заякориться. К сожалению, орбиталь- early stage of operation in orbit of Mars. станция для проекта for Mars‑94/96 mission ный аппарат вместе с автономной станцией For Mars‑94/96 mission the laboratory has “Марс-94/96” на борту был потерян на ранней стадии ра- proposed several experiments: Mars rover and боты на орбите Марса. small autonomous stations for the research Для проекта Марс-94/96 лаборатория of the atmosphere, soil and internal struc- предложила несколько экспериментов: мар- ture of Mars. The Mars rover was developed соход и малые автономные станции для из- in collaboration with All-Russian Scientific учения атмосферы, грунта и внутренней and Research Transport Engineering Institute структуры Марса. Марсоход создавался (­VNIItransmash), but as the project was de- в сотрудничестве с ВНИИтрансмаш, одна- veloping the rover was excluded. For a spell ко по ходу развития проекта марсоход был the work on the Mars rover was continued to- исключён из него. Некоторое время работы gether with the US Planetary Society. In the fol- над марсоходом продолжались на инициа- lowing the laboratory concentrated on the devel- тивной основе совместно с Планетным об- opment of Mars‑96 small autonomous stations. ществом США (Planetary Society). Все уси- лия лаборатория сосредоточила на создании малых автономных станций.

Концепция проекта The concept of the project «Солнечный парус» Solar Sail 141 ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 50 ЛЕТ / SPACE RESEARCH INSTITUTE 50 YEARS

Приборы, проекты, результаты Instruments, Projects, Results

Проект «Солнечный парус» был пред- Solar Sail was proposed together with ложен совместно с Планетным обществом the Planetary Society and Lavochkin Associa- США и НПО им. С. А. Лавочкина. В 2000– tion. In 2000–2005 the spacecraft was manu- 2005 гг. был создан космический аппарат; на factured. At a 1000-km orbit it was supposed орбите высотой 1000 км он должен был рас- to swing open the solar sail of 600 sq. m Area. крыть солнечный парус площадью 600 м2. The effect of the solar light on the sail was to Под действием солнечного света на парус raise the orbit height and eventually to de- аппарат должен был повысить орбиту и уйти liver the spacecraft to a heliocentric trajectory. Карта составлена по дан- The map is built by на гелиоцентрическую траекторию. Под ру- The laboratory headed the design and develop- ным прибора РЧА (радио- the RChA (radio frequency частотный анализатор) analyzer) data onboard ководством лаборатории была разработана ment of the complete spacecraft hardware in- на борту академического the Chibis‑M academic и отработана вся аппаратура космического cluding the payload. This was one of the first микроспутника «Чибис-М». micro-satellite. The points аппарата, включая полезную нагрузку. Это experiments for the use of the solar sail in space Точками отмечены сраба- indicate the device тывания прибора на радио- response to radio emission был один из первых экспериментов по ис- flights, but unfortunately the spacecraft was излучение от характерных from distinctive short пользованию солнечного паруса для косми- never released inserted due to failure of the first коротких грозовых разрядов thunderstorm discharges в диапазоне 26…48 МГц. Вы- within 26…48 MHz ческих полётов, но, к сожалению, аппарат stage of the Kosmos‑3M launcher делены районы с наиболь- range. The regions with не был выведен на орбиту из-за отказа пер- The Lengout project is the development of an шим числом срабатываний, the maximum number которые хорошо совпадают of responses are identified, вой ступени носителя «Космос-3М». automated docking system for submarine ve- с известными регионами matching the known regions Проект Ленгоут — создание авто- hicles within which the laboratory’s staff mem- с высокой грозовой активно- of high thunderstorm матической системы посадки подводных bers were developing the artificial vision system. стью, прежде всего, в эква- activity, primarily ториальных широтах in the equatorial latitudes аппаратов, в рамках которого сотрудники The test campaign (including the field tests) лаборатории разрабатывали систему техни- confirmed the functionality of the device allow- ческого зрения. Цикл испытаний (включая ing to estimate the range and the relative posi- натурные) подтвердил работоспособность tion of the object within the accuracy of 1 mm. прибора, который обеспечивал определение RChA (radio frequency analyzer) for the Chi- дальности и пространственное положение bis‑M project is the radio emission detector объекта по конфигурации объектов с точно- recording the 26…48 MHz lightning discharg- стью 1 мм. es from orbit. The instrument was operating Прибор РЧА для проекта «Чибис-М» — in space from 2012 through 2014 and became детектор радиоизлучения, который регистри- the leading instrument of the science payload ровал с орбиты молниевые разряды в диапа- of the satellite. зоне 26…48 МГц. Прибор работал в космосе Distribution of Martian mini-magneto- в 2012–2014 гг. и стал ведущим в комплексе spheres generated by various magnetic anoma- всех научных инструментов спутника. lies from the data of Mars Global Surveyor Распределение минимагнитосфер Мар- (NASA, MAGER magnetometer) and Mars Od- са, созданных разными магнитными ано- yssey (NASA, radio occultations). As it turned Магнитные аномалии Magnetic anomalies on Mars малиями, по данным Mars Global Surveyour out, though Mars does not have its own mag- на Марсе (оригинальный (original picture on top) are рисунок вверху) генериру- generating a large-scale (NASA, магнитометр MAGER) и Mars Odys- netic field, the magnetic anomalies are generat- ют крупномасштабное effective dipole magnetic sey (NASA, радиозатмения): как оказалось, ing a large-scale effective dipole magnetic field. эффективное дипольное field (middle picture: магнитное поле (средний bottom — simulated dipole хотя у Марса нет собственного внутреннего The conditions of the Martian atmosphere also рисунок — рассчитан- field, top — estimated магнитного поля, магнитные аномалии ге- depend on the distribution of magnetic anoma- ное распределение углов angular distribution towards с направлением на зенит the zenith of the measured нерируют крупномасштабное эффективное lies: if the mini-magnetosphere is strong enough измеренного поля; внизу — field) дипольное магнитное поле. От распределе- it does not allow the solar wind penetrate модельное поле диполя) ния магнитных аномалий также зависит со- the lower layers and heat them up. стояние атмосферы Марса: если минимаг- Today the laboratory leads the following нитосфера достаточно сильная, она не даёт projects: солнечному ветру проникнуть в нижние TV-camera-spectrometer for investigation слои и «нагреть» их. of the soil mineral composition (Luna‑26 proj- Сейчас лаборатория участвует в проектах: ect). «ТВ-камера-спектрометр» для исследова- Hardware for the Plazma-E experiment de- ния минералогического состава грунта (про- signed for the examination of the surrounding ект «Луна-26») plasma effects on the ISS. Аппаратура для эксперимента «Плаз­ Meteorological suite for the Martian lander, ма-Э», предназначенного для исследования examination of the surface electrical activity влияния окружающей плазмы на МКС. (ExoMars lander, Roscosmos/ESA, 2018). Метеокомплекс для посадочного марси- Meteorological suites for the lander and анского аппарата, исследование электри- the balloon probe (Venera-D project) ческой активности на поверхности (проект «ЭкзоМарс», посадочный аппарат, 2018 г.). Метеокомплексы для посадочно- го аппарата и аэростатного зонда (проект «Венера-Д).

142 СОТРУДНИКИ / IKIPEOPLE / 1965–2015

Лаборатория межпланетной среды (534) Laboratory of Interplanetary Environment (534). Владислав Измоденов (руководитель — д-р физ.-мат. наук Head — Dr. Vladislav Izmodenov Vladislav Izmodenov Владислав Измоденов) All planets in the Solar system are in the he- Все планеты Солнечной системы нахо- liosphere — the region of the space occu- дятся в гелиосфере — области космического pied with the extra-solar matter or the solar пространства, занятой веществом Солнца wind, which blows out from the solar corona или солнечным ветром, который истекает из at the average velocity of 400 km/s. The pro- солнечной короны в среднем со скоростью cesses in the solar wind are diverse and com- 400 км/с. Процессы в солнечном ветре мно- plex. It interacts with the magnetospheres and гообразны и сложны. Он взаимодействует atmospheres of the planets, creating shock с магнитосферами и атмосферами планет, waves, the photons are scattered by the solar создавая ударные волны; частицы солнеч- wind particles; and, finally, it comes into con- ного ветра рассеивают фотоны; наконец, tact with the interstellar matter at the boundary на границах гелиосферы он сталкивается of the heliosphere and generates new accelerated с межзвёздным веществом и рождает новые particles. ускоренные частицы. A general model of the solar wind interac- Общая модель взаимодействия солнеч- tion with the interstellar medium, or the helio- ного ветра и межзвёздной среды, или гелио- spheric interface, was developed in the 1960’s сферного интерфейса, была теоретически with involvement of the Soviet scientists. In 1970 разработана в 1960‑х гг., в том числе с уча- the article by V. B. Baranov, K. V. Krasno- стием советских учёных. В 1970 г. опубли- baev, and A. G. Kulikovsky was published (in кована статья В. Б. Баранова, К. В. Крас- 1971 in the English language) which proposed нобаева и А. Г. Куликовского (в 1971 г. на the model predicting the existence of the helio- английском языке), в которой была предло- pause at the distance of about 150 AU. Today a b жена модель, предсказывающая существо- this model is undergoing experimental valida- вание гелиопаузы на расстоянии приблизи- tion by means of direct measurements onboard тельно 150 а. е. Сейчас эта модель проходит the Voyager spacecraft (NASA) and remote «экспериментальную» проверку с помощью observations. The laboratory’s staff mem- Создана модель возникно- The model of the origin вения «пальцеобразных» of finger-type gas прямых измерений на космических аппа- bers are developing numerical and qualitative газовых конденсаций condensations ратах Voyager (NASA) и дистанционных на- models of the processes taking place in the he- в околозвёздных оболоч- in the circumstellar envelopes ках и теоретически объ- was developed and a multiple блюдений. Сотрудники лаборатории созда- liosphere and on the Sun and are analyzing яснён «множественный champagne effect when ют численные и качественные модели тех the experimental data from the spacecraft. эффект шампанского» the HII region boundary breaks процессов, что происходят в гелиосфере Those include Voyager 1 and 2 (NASA), that при разрушении границы up — the ionized hydrogen области HII — области region which is the region и на Солнце, и анализируют эксперимен- crossed the boundary of the solar system, as ионизованного водорода, of active star formation at тальные данные космических аппаратов. well as IBEX (NASA), SOHO (NASA), Ulysses которая одновременно the same time — was derived. является районом актив- The cold matter (“fingers”, В их числе Voyager 1 и 2 (NASA), достигшие (NASA/ESA), Cassini (NASA). Astrophysical ного звёздообразования. “pillars”) contain young дальних рубежей Солнечной системы, а так- observations of other stars which, as our sun, in- Холодное вещество stellar objects and penetrate («пальцы», «столбики») the bubble filled with gas же IBEX (NASA), SOHO (NASA), Ulysses teract with the interstellar medium give us new содержит молодые heated by a star. (a) Data (NASA/ЕКА), Cassini (NASA). Новый взгляд insights in the same problem. The special as- звёздные объекты и про- from W5-E observations на ту же проблему дают астрофизические pects of these processes are well seen on the out- никает внутрь «пузыря», (Deharveng L. et al. Interstellar заполненного нагретым matter and star formation in наблюдения за другими звёздами, которые side — on the images in various ray wavelengths звездой газом: a — дан- W5-E. A Herschel view // A&A. так же, как и наше Солнце, взаимодейству- obtained by the orbital observatories. ные наблюдений W5-E (De- 2012. V. 546. id. A74. 41 p.); harveng L. et al. Interstellar (b) Numerical modeling ют с межзвёздной средой. Особенности этих matter and star formation процессов хорошо видны «со стороны» — на in W5-E // A&A. 2012. V. 546. No. A74; b — численное изображениях в разных диапазонах света, моделирование полученных орбитальными обсерваториями.

Результаты расчётов Основные объекты исследования Research Objects гелиосферного ударного слоя в рамках трёхмерной кинетико-МГД-модели. • Глобальная структура гелиосферы и взаи- • Global structure of the heliosphere and Цветом показана плот- модействие солнечного ветра с межзвёзд- the solar wind interaction with the interstellar ность плазмы, стрелочка- ной средой; medium; ми — линии тока плазмы, белыми линиями — по- • межпланетная среда; • interplanetary medium; верхности разрывов (ге- • рассеянное солнечное Лайман-альфа-из- • scattered solar Lyman-alpha radiation; лиосферная ударная волна и гелиопауза). За счёт лучение; • the data from Voyager, IBEX, SOHO, внешнего магнитного • данные с космических аппаратов Voyager, ­Ulysses, Cassini and others; поля пропадает головная ударная волна в звёзд- IBEX, SOHO, Ulysses, Cassini и др.; • cold interstellar clouds surrounded with hot ной среде, а структура • холодные межзвёздные облака, окружён- plasma; гелиосферы становится ные горячей плазмой; • astrospheres; асимметричной • астросферы; • coronal magnetic loops in the solar atmo- The results of the heliospheric shock layer calculations in the 3D kinetic MHD model. The color illustrates the plasma density, • корональные магнитные петли в солнеч- sphere; arrows illustrate the plasma flow lines, white lines illustrate ной атмосфере; the shock surfaces (heliospheric shock wave and heliopause). Through the external magnetic field the bow shock wave in the interstellar medium is lost and the heliospheric structure becomes asymmetrical 143 ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 50 ЛЕТ / SPACE RESEARCH INSTITUTE 50 YEARS

На расстоянии примерно • формирование областей HII и развитие 122 а. е. (или в 122 раза • formation of HII regions and development дальше, чем расстояние неустойчивости ионизационно-ударных от Земли до Солнца) фронтов; of shock and ionization front instabilities; солнечный ветер стал- • эволюция самогравитирующих уплотнений; • evolution of the self-gravitational condensa- кивается с веществом tions; межзвёздной среды • распространение нелинейных волн в га- • non-linear waves propagation in the gas and At the distance of ca. 122 AU зопылевых излучающих средах. (or 122 times farther than Предложена и совершенствуется совре- dust emission media. the distance from the Earth A modern numerical model of the solar wind to the Sun) the solar wind менная численная модель взаимодействия is coming into contact with солнечного ветра с межзвёздной средой. Те- interaction with the interstellar medium was the interstellar medium (ISM) proposed and developed. The theoretical con- matter оретические выводы сопоставляются с дан- ными космических аппаратов Voyager 1, 2; clusions are compared with the data from Voy- Потоки захваченных Космический телескоп им. Хаббла; SOHO, ager 1 and 2; Hubble Space Telescope; SOHO, протонов на 1 а. е. в за- Ulysses, Pioneer, IBEX (NASA). висимости от энергии, Ulysses, Pioneer, IBEX (NASA). полученные в рамках модели с учётом неравно- весного характера плаз- мы межзвёздной среды. Красная кривая показы- вает суммарные потоки, чёрные точки — потоки из области внутреннего ударного слоя, синие тре- угольники — потоки из Лаборатория планетной астрономии (535) Laboratory of Planetary Astronomy (535). внешнего ударного слоя. (руководитель — д-р технич. наук Head — Dr. Alexandr Tavrov На больших энергиях вид- Александр Тавров) но отличное совпадение результатов модели Historically the laboratory activity was related и экспериментальных Исторически работы лаборатории были to exploration of other planets using the meth- данных с различных аппа- ратов (зелёные точки) связаны с изучением других планет метода- ods of radiometry and photometry by means The fluxes of the trapped protons at 1 AU depending on the en- ми радиометрии и фотометрии с помощью of ground and space instruments. The labo- ergy derived within the model taking into account the non- наземных и космических средств. Первый ratory head was Dr. Leonid V. Ksanfomality. equilibrium plasma nature in the interstellar media. The red curve illustrates the total fluxes, the black dots illustrate the fluxes from руководитель лаборатории — д-р физ.-мат. The instruments constructed in this laboratory the regions of the internal shockwave layer, the blue triangles наук Леонид Васильевич Ксанфомалити. were installed onboard Mars‑2 to Mars‑5, Ven- illustrate the fluxes from the outer shockwave layer. At high ener- Приборы, созданные здесь, стояли на авто- era‑9 to Venera-14, Vega‑1 and 2, Phobos‑1 and gies perfect correspondence of the model results with the experi- mental data from various spacecraft (green dots) can be seen матических межпланетных станциях (АМС) 2, Mars‑94/96. «Марс-2…-5», «Венера-9…-14», «Вега‑1, -2», Observations in the optical range (as well «Фобос-1, -2, «Марс‑96». as in the infrared and the ultraviolet spec- Александр Тавров Наблюдения в оптическом диапазоне tral bands) are one of the oldest methods Alexandr Tavrov (а также инфракрасных и ультрафиолето- of the planetary science which still bring new re- вых областях спектра) — один из старейших sults. But new problems for the researchers are методов планетной науки, который и сегод- lying outside of the Solar system. The laborato- ня даёт новые результаты. Новые же задачи ry, one of the first in Russia, started investigating для исследователей лежат уже за пределами exoplanets using ground telescopes and is work- Солнечной системы. Лаборатория, одна из ing at the instruments to be used for research первых в России, занялась исследованиями of these objects from space. экзопланет с помощью наземных телеско- пов и работает над инструментами, которые будут исследовать эти объекты из космоса.

Основные направления Research Areas

• Звёздная коронография для получения • Stellar coronagraphy to obtain direct images непосредственных изображений экзо­ of the exoplanets; планет; • investigation of the phase curves of exoplan- • исследование фазовых кривых экзопла- ets using the stellar coronagraphs; нет с помощью звёздных коронографов; • spectroscopic research of exoplanet emis- • спектральные исследования излучения sions; экзопланет; • photometric research of the known transient • фотометрические исследования извест- objects; ных транзитных объектов; • development of small- and middle-class • разработка космических обсерваторий space observatories to observe the planets малого и среднего классов для наблюде- in the solar system and exoplanets; ния планет Солнечной системы и экзо- • investigation of features of the precision планет; adaptive optic systems in the space tele- • исследование характеристик систем пре- scopes; цизионной адаптивной оптики в косми- • experimental (observational) and theoretical ческих телескопах; investigations of the exoplanets; • экспериментальные (наблюдательные) и теоретические исследования экзопланет;

144 СОТРУДНИКИ / IKIPEOPLE / 1965–2015

• обработка и каталогизация архивных • processing and indexing of archived materi- материалов телевизионных исследова- als of TV-explorations of the surface of Venus ний поверхности Венеры, выполненных performed during the Venera‑9, 10 (1975) в миссиях «Венера-9, -10» (1975) и «Вене- and Venera‑13, 14 (1982) missions; ра-13, -14» (1982); • investigation of the characteristics of electro- • исследования характеристик рассеяния magnetic emission scattering using the par- электромагнитного излучения на части- ticles (dust, regolith, aerosol) in the at- цах (пыль, реголит, аэрозоль и т. п.) в ат- mosphere and on the surface of planetary Коронографы CP-AIC мосфере и на поверхности небесных тел, bodies, particularly Mars and Venus. и CP‑ARC в частности, Венеры и Марса. CP-AIC and CP-ARC

Приборы, проекты, результаты Instruments, Projects, Results

Разработаны схемы звёздных интерфе- The layouts of CP-AIC and CP-ARC inter- ренционных коронографов CP-AIC и CP- stellar interference coronagraphs designed for Модель изображения, полу- чаемого коронографом: ARC, которые предназначены для искус- artificial occultation of the star disc which en- светлый (слева) и тёмный ственного «затмения» диска звезды, что ables to see the nearby planet were developed. (справа) выходы позволяет «разглядеть» находящуюся рядом The laboratory models which demonstrated An image model obtained планету. Изготовлены лабораторные маке- the functionality and proper performance were from a coronagraph: light (left) and dark (right) yields ты, которые продемонстрировали работо- constructed. способность и хорошие рабочие характери- The possibility of using the adaptive optics стики. in space experiments in exoplanet observation Исследуется возможность применения and their phase curves by means of the stellar Эксперимент по гашению адаптивной оптики в космических экспе- coronagraph is being investigated. коронографом лазерного риментах по наблюдению экзопланет и их Small- and middle-class space observatories луча фазовых кривых с помощью звёздного коро- are being developed for observation of the plan- An experiment for beam нографа. ets of the solar system and exoplanets. The fol- blanking by a coronagraph Разрабатываются космические обсер- lowing space experiments were proposed: ватории малого и среднего классов для Planetary Monitoring (in the design and ex- наблюдения планет Солнечной системы perimental stage) is a 60-cm telescope to be in- и экзопланет. Предложены космические stalled onboard the International Space Station эксперименты «Планетный мониторинг» and onboard the micro-satellite (2018+) and (в стадии опытно-конструкторских работ) — Star Patrol (scientific and research activities) is 60-сантиметровый телескоп для установки a ~1.5-m telescope aboard a spacecraft. The lat- на Международной космической станции ter is scheduled for launch after 2022. и на микроспутнике (2018+) и «Звёздный патруль» (научно-исследовательские рабо- ты) — ~1,5-метровый телескоп на космиче- ском аппарате. Запуск последнего возможен после 2022 г.

Рельеф Меркурия в секторе 210– 290° W (слева), не охваченный съёмкой с аппарата Mariner‑10 (NASA). Восстановлен по данным синтезированного изображения (справа), полученного методом коротких экспозиций на на- земных телескопах (Ksanfomal- ity L. V. The surface of Mercury in the 210–350° W longitude range // Icarus. 2008) The terrain of Mercury in the 210– 290° W range (left), not covered by the photography from Mariner‑10 (NASA). Reconstructed by the data of the synthetic imaging (right) obtained using the method of short exposures on the ground telescopes (Ksanfomality L. V. The surface of Mer- Экзопланета Глизе 581g Gliese 581g exoplanet cury in the 210–350° W longitude на диаграмме «масса-ра- on the mass-radius diagram range // Icarus. 2008) диус» для моделей земного for models of the earth состава и для 100 % воды composition and for 100 % (Ксанфомалити Л. В. Пла- water (Ksanfomality L. V. нетаны — океанические Planetans — the Ocean Planets планеты // Астрономиче- // Astronomicheskii Vestnik. ский вестник. 2014. № 1. 2014. No. 1. P. 81–91 С. 81–91)

145 ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 50 ЛЕТ / SPACE RESEARCH INSTITUTE 50 YEARS

Предложена гипотеза о том, как опреде- The hypothesis how to define planetans — лять планетаны — экзопланеты с глобаль- exoplanets with the global ocean of aquatic na- ным океаном водной природы. Свойства- ture was proposed. GI 581g might have the plan- ми планетана может обладать Gl 581g (если etan properties (in case its Bond albedo reaches её сферическое альбедо достигает 0,86), 0.86) and Kepler-22 and GJ 1412b cannot be а вот Kepler-22 и GJ 1214b не могут быть planetans. планетанами. By means of the multispectral VMC cam- С помощью многоспектральной камеры era aboard Venus Express (ESA) the size and VMC на аппарате «Венера-Экспресс» (ЕКА) the coefficient of particles refraction in the up- оценены размеры и показатель преломле- per cloud layer of Venus as well as their variation Изображение глории на верхнем облачном слое ния частиц в верхнем слое облаков Венеры, in time and space were estimated. In some cases, Венеры на одном из УФ- а также их вариации во времени и простран- the coefficient of particle refraction was higher снимков камеры VMC/Venus Express (слева), и фазовые стве. В ряде случаев показатель преломле- than that of the sulphuric acid particles which функции яркости в 3 длинах ния частиц оказался выше, чем у частиц сер- constitute the major portion of the clouds. Prob- волн, полученные из серии ной кислоты, которая составляет основную ably, this is an indication that some up-to-now изображений (справа) часть облаков. Возможно, это указание на unidentified substance absorbing the UV ra- Image of the glory on the upper cloud layer of Venus on one of the UV-images made by the VMC/Venus Express camera; то, что не отождествлённое до сих пор веще- diation in the upper cloud layer is contained and brightness phase functions in 3 wavelengths obtained ство, поглощающее УФ-излучение в верх- in the cloud drops. from the series of images нем облачном слое, может находиться в ка- The shadow method was developed which плях облаков. enabled to assess the optical depth of the Mar- Разработан метод теней (shadow method), tian atmosphere and albedo in some regions us- который позволил оценить оптическую тол- ing the high-resolution images; the comparison щину атмосферы Марса и альбедо поверх- with the results of virtually concurrent measure- ности в ряде районов с помощью снимков ments of the optical depth made in these regions высокого разрешения; сравнение с резуль- by the Opportunity rover (NASA) showed a good татами практически одновременных изме- matching. Method’s opportunities and restric- рений оптической толщины, выполненны- tions were examined. ми в этом районе марсоходом Opportunity To observe other bodies of the solar system (NASA), показало хорошее согласие. Иссле- it is important to have an idea of the influence дованы возможности и ограничения метода. small particles on the surfaces and in the gas en- Для наблюдений других тел Солнечной velopes have on the observations. The laboratory системы важно представлять, какое влияние developed an approximate method of coherent Один из снимков северного One of the images на наблюдения оказывают мелкие частицы backscattering (CBS) calculation which enables вала кратера Виктория, of the northern edge of Victoria на поверхности и в газовых оболочках. Раз- to calculate the characteristics of the light re- полученных камерой HiRISE crater from the HiRISE camera орбитального аппарата of the MRO orbiter, the regions работанный в лаборатории приближённый flected by the discrete media containing ran- MRO, с отмеченными of investigation are marked метод учёта КОР позволяет вычислять ха- domly oriented clusters of particles depending для анализа районами (Petrova E. V. et al. Optical depth (Petrova E. V. et al. Optical of the Martian atmosphere рактеристики света, отражённого от дис- on their packing density. This method was tested depth of the Martian and surface albedo from кретной среды, состоящей из хаотически on several types of clusters and a series of mod- atmosphere and surface high-resolution orbiter images расположенных частиц в зависимости els agree with the polarization phase curve mea- albedo from high-resolution // Planetary and Space Science. orbiter images // Planetary 2012. V. 60. P. 287–296) от плотности их упаковки. Метод был опро- sured in the laboratory. and Space Science. 2012. бован на нескольких типах кластеров и было V. 60. P. 287–296) получено хорошее согласие ряда моделей Проявление когерентного с фазовой кривой поляризации, измеренной обратного рассеяния (КОР) в оппозиционном пике в лаборатории. яркости и отрицатель- ной ветви поляризации с узким минимумом у спут- ника Юпитера Европа (Tishkovets V. P., Petrova E. V. Coherent backscattering by discrete random media com- Лаборатория экспериментальной Laboratory of Experimental Spectroscopy (536). posed of clusters of spherical particles // JQRST. 2013. спектроскопии (536) (руководитель — Head — Dr. Anna Fedorova V. 127. P. 192–206) канд. физ.-мат. наук Анна Фёдорова) Appearance of the coherent The laboratory’s profile, which until 2005 was backscattering (CBS) in the op- Специализация лаборатории, которая called Laboratory of Upper Atmosphere Optical position peak brightness and a negative leg of polarization до 2005 г. носила название «Лаборатория Spectrometry, is the optical spectroscopy from with the narrow minimum оптической спектрометрии верхних атмос- the ultraviolet to middle infrared range where value at Europa, the Jupi- ter’s moon (Tishkovets V. P., фер», — оптическая спектроскопия атмос- the absorption and emission bands of the main Petrova E. V. Coherent backscat- фер планет от ультрафиолетового до средне- components of the planetary atmospheres tering by discrete random media composed of clusters го инфракрасного диапазона. Основателем are located. Dr. Vladimir Krasnopolsky was of spherical particles // JQRST. и первым заведующим лабораторией с 1988 the founder and the first head of the laboratory 2013. V. 127. P. 192–206) по 1991 г. был д-р физ.-мат. наук Владимир from 1988 through 1991. In subsequent years Анатольевич Краснопольский. В последу- the laboratory was headed by Dr. Oleg Korablev ющие годы ей руководили д-р физ.-мат. (1992–2005) and Dr. Imant Vinogradov (2005– наук Олег Игоревич Кораблёв (1992–2005) 2014). Анна Фёдорова и канд. физ.-мат. наук Имант Имантович Anna Fedorova Виноградов (2005–2014). 146 СОТРУДНИКИ / IKIPEOPLE / 1965–2015

Изначально лаборатория занималась In the beginning the laboratory was deal- фотохимией и спектроскопией верхних ат- ing with upper atmosphere photochemistry мосфер, и первым её экспериментом был and spectroscopy. One of early experiments совместный российско-французский ком- was the joint Russian-French spectrometer плекс спектрометров «Огюст» на КА «Фо- Auguste onboard Phobos 2 spacecraft (1986). бос-2» (1986). В этом эксперименте впер- In the course of the experiment it was for вые у другой планеты был реализован метод the first time when a method of solar occultation солнечного просвечивания атмосферы. Не- sounding of the atmosphere was applied near смотря на то, что миссия проработала всего another planet. Despite the fact that mission пару месяцев, были получены уникальные lasted for a couple of months only, unique data Вертикальные профили Н2О, озона и атмосферной данные по вертикальным распределениям of vertical distribution of ozone, water vapor, and пыли по данным экспери- озона, водяного пара и аэрозоля в атмосфере aerosol in the Martian atmosphere were obtained. мента с солнечным про- свечиванием на аппарате Марса. Успех этого эксперимента дал им- The success of this experiment provided a new «Фобос-2» (Краснополь- АМС «Фобос-2» пульс дальнейшему развитию метода и созда- impetus to the further method development and ский, Кораблев, Крысько, AIS Fobos 2 нию спектрометра СПИКАМ для следующей construction of the ­SPICAM spectrometer for Родин и др.) H2O, ozone and atmo- экспедиции к Марсу — «Марс‑96». the following Martian mission (Mars‑96). spheric dust vertical profiles После трагической гибели «Марса-96» After the tragic loss of Mars‑96 the devel- by the data of the solar oc- ключевым направлением лаборатории ста- opment of a new type of spectrometers based cultation sounding experiment from Phobos 2 (Krasnopolsky, ла разработка нового типа спектрометров on the acousto-optic light filtration became Krysko, Rodin et al.) на основе акустооптической фильтрации the key profile of the laboratory. The first света. Первые АОПФ-спектрометры для AOTF-spectrometers for other planets were in- других планет вошли в состав спектрометра cluded into the set of the SPICAM spectrometer SPICAM на АМС ЕКА «Марс-Экспресс» (за- onboard ESA’s Mars Express (launched in 2003) пуск 2003 г.) и комплекса SPICAV/SOIR на and SPICAV/SOIR acousto-optic light filtration АМС ЕКА «Венера-Экспресс» (2006–2014). suite onboard ESA’s Venus Express (2006–2014). Благодаря гибкой работе спектрометров Due to flexible operation of the spectrometers с орбиты планеты было получено много уни- a lot of unique data about the years-long varia- кальной информации о многолетних вариа- tions of gas and aerosol components in the Mar- циях газовых и аэрозольных составляющих tian and Venusian atmospheres from the surface атмосфер Марса и Венеры от поверхности up to the upper mesosphere were obtained from до верхней мезосферы. Эти результаты уже the planetary orbit. These results have already стали основой для физических исследований become the background for physical research и численного моделирования циркуляции and numerical simulation of atmospheric circu- и фотохимии атмосфер наших ближайших lation and photochemistry of our closest neigh- соседей. АОПФ-спектрометр на КА «Марс- bors. The AOTF-spectrometer onboard Mars Экспресс» работает до сих пор, он — один из Express is still operating, it is one of a few survi- немногих долгожителей на борту аппарата. vors onboard the orbiter. Прибор СПИКАМ для Приборы, проверенные в космосе, мож- Instruments built for deep space can be used «Марс-96» но использовать для дистанционного зон- for the Earth remote sensing, for instance, for SPICAM for Mars‑96 дирования Земли, например, для изучения examination of small components of the Earth’s малых составляющих земной атмосферы, atmosphere which include such most impor- к которым относятся и такие важнейшие tant greenhouse gases as methane and carbon парниковые газы как метан и углекислый dioxide. To understand how these gases influ- газ. Чтобы понять, какое влияние они ока- ence the climate, precise information is re- зывают на изменения климата, нужна точ- quired about where and how much of those ная информация об источниках и стоках get into the atmosphere and where they leave этих газов в атмосфере. Их глобальные и не- it. The global and continuous measurements прерывные измерения возможны только of these parameters are possible from orbit only. с орбиты. Первый эксперимент, под назва- The first experiment namedRusalka (Manual нием РУСАЛКА, по изучению парниковых spectral analyzer of the atmosphere constitu- газов с борта Международной космической ents) to study the greenhouse gases from on- станции проводился в 2009–2013 гг. board the International Space Station was held Развивается теоретическое направление in 2009-2013. моделирования глобальной циркуляции ат- The theoretical line of simulation of the glob- мосфер планет. В конце 2000‑х гг. в лабора- al atmospheric circulation of the planets is now тории появилось ещё одно эксперименталь- being in development. In the end of the 2000’s Эшелле-спектрометр The Echelle spectrometer ное направление — лазерная спектроскопия, the laboratory started one more series of ex- ближнего инфракрасного of the near infrared band и под руководством И. И. Виноградова на- periments, the laser spectroscopy, and headed диапазона (АЦС-НИР), (ACS‑NIR), the Echelle эшелле-спектрометр spectrometer of the middle чали создаваться приборы на основе диод- by I. I. Vinogradov started development of in- среднего инфракрасного infrared band (ACS-MIR) ных лазеров с перестраиваемой частотой struments based on the tunable diode lasers диапазона (АЦС-МИР) for the ACS suite (Atmospheric (TDLAS). Участвовала лаборатории и в (­TDLAS). The laboratory was also partaking спектрометрического Chemistry Suite) for ExoMars комплекса для исследо- Trace Gas Orbiter (Roscosmos/ создании приборов для КА «Фобос-Грунт» in construction of the instruments for Phobos вания атмосферы Марса ESA, 2016) (2011): спектрометр высокого разрешения Sample Return mission (2011): the high-resolu- АЦС для орбитального аппарата Trace Gas Orbiter ТИММ, микроскоп МикроОМЕГА и диод- tion spectrometer (TIMM), MicroOMEGA mi- проекта ЭкзоМарс (ESA/ но-лазерный спектрометр TDLAS. croscope, and TDLAS diode-laser spectrometer. Роскосмос, запуск 2016 г.)

147 ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 50 ЛЕТ / SPACE RESEARCH INSTITUTE 50 YEARS

Инфракрасные спектроме- Основные направления исследований Research Fields тры ИСЕМ (ISEM, Infrared Spectrometer for ExoMars) для марсохода Pasteur про- Научное направление Research Areas екта ЭкзоМарс (запуск 2018 г.) и ЛИС для проекта Луна-Глоб • Состав и структура атмосфер планет • Composition and structure of planetary at- Infrared spectrometers ISEM методами оптической спектроскопии mospheres using the methods of optical spec- (Infrared Spectrometer for от УФ- до среднего ИК-диапазона; troscopy from the ultraviolet to middle infra- ExoMars) for the ExoMars rover Pasteur payload (Roscosmos/ • численное моделирование атмосфер red band; ESA, 2018) and LIS (Lunar Марса и Венеры; • numerical simulation of the Martian and Ve- Infrared Spectrometer) for Luna-Glob • водяной, пылевой и озоновый циклы на nusian atmospheres; Марсе; • water, dust and ozone cycles on Mars; • химия атмосферы Венеры; • chemistry of the Venusian atmosphere; • минеральный состав, гидраты и ледяные • mineral composition, hydrates and ice de- отложения на поверхности Марса. posits on the Martian surface.

Экспериментальное направление Experimental Areas Спектрометр «Озонометр-ТМ» • Создание спектрометров на основе аку- • Construction of spectrometers based on Ozonometr-TM spectrometer стооптической фильтрации для исследо- the acousto-optic filtration for examination вания состава грунта Луны и Марса; of the soil composition of the Moon and Mars; • создание эшелле-спектрометров для мо- • construction of echelle spectrometers for ниторинга и исследования атмосфер Зем- monitoring and research of the atmospheres ли и планет; of the Earth and planets; • создание УФ-спектрометров для монито- • construction of UV-spectrometers to monitor ринга озона в атмосфере Земли; ozone in the Earth’s atmosphere; • диодно-лазерная спектроскопия (ДЛС) • diode-laser spectroscopy (DLS) for planetary для планетных исследований. explorations.

Приборы, проекты, результаты Instruments, Projects, Results

Создаются приборы для мониторин- Instruments for monitoring of the green- га парниковых газов и озона в атмосфе- house gases and ozone in the Earth’s atmo- Широтное распределение Latitudinal distribution ре Земли: «Дриада» на борту Междуна- sphere: Driada onboard the International Space влаги в атмосфере Марса of moisture in the Martian родной космической станции и приборы Station and Ozonometr-Z and Ozonometr-TM в течение года по данным atmosphere over one year прибора СПИКАМ («Марс- period from the SPICAM data «Озонометр-З» и «Озонометр-ТМ» в составе instruments a part of Ionozond project payload. Экспресс», ЕКА) (Mars Express, ESA) аппаратуры проекта «Ионозонд». Martian multichannel diode-laser spectrom- Также в лаборатории создаётся марси- eter M-DLS in the set of the scientific hardware анский многоканальный диодно-лазерный on the ExoMars landing platform (Roscosmos/ спектрометр М-ДЛС в составе научной ESA, 2018). Participating in development and аппаратуры посадочной платформы про- construction of the MSASI camera and PHE- екта ЭКЗОМАРС (2018). Сотрудники уча- BUS UV-spectrometer for BepiColombo mission ствуют в разработке и создании камеры (ESA). MSASI и УФ-спектрометра PHEBUS для КА Long-term explorations of Mars and Venus BepiColombo (ЕКА). including more than 10-year exploration from Многолетние исследования Марса и Ве- the same spacecraft provided fascinating sci- неры, в том числе более 10 лет — с борта од- entific results on how the climatic parameters ного и того же космического аппарата, дали of these planets change over time. интереснейшие научные результаты о том, During a long-term monitoring of the water как меняются со временем параметры кли- cycle on Mars, supersaturated water vapor was мата этих планет. discovered in the Martian atmosphere, in oth- Бимодальное распреде- Bimodal distribution of aerosol ление аэрозоля на Марсе. on Mars. Data from the SPICAM В ходе многолетнего мониторинга водя- er words, the northern hemisphere contained Данные прибора СПИКАМ camera (Mars Express, ESA) ного цикла на Марсе в его атмосфере был more water vapor than it was expected under («Марс-Экспресс», ЕКА) обнаружен водяной пар в перенасыщенном those temperatures. Probably, it is attributed to состоянии — иначе говоря, водяного пара a small amount of aerosol. Long-term measure- в северном полушарии оказалось больше, ments of the aerosol vertical structure resulted Вертикальное чем ожидалось при данной температуре. in the discovery of the bimodal aerosol distri- распределение SO2 и SO Это, возможно, связано с малым количе- bution in the Martian atmosphere: separation в мезосфере Венеры. Данные спектрометров ством аэрозоля. Многолетние измерения of the aerosol into two conspicuous fractions ­СПИКАВ УФ и СУАР вертикальной структуры аэрозоля привели (particle size of about one micron and tens and («Венера-Экспресс», ЕКА) к открытию бимодального распределения thousands of one micron). During the observa- Vertical distribution of SO2 and SO in the mesosphere аэрозоля в атмосфере Марса: «разделению» tions the cycle of the ozone and oxygen night- of Venus. Data from the SPICAV аэрозоля на две хорошо различимые фрак- glow on Mars was investigated. Water ice con- UV and SOIR spectrometers ции (с размерами частиц около микрона tent in the upper layer of the Martian ground (Venera‑Express, ESA) и десятых и сотых долей микрона). По на- was measured at the periphery of the sublimat- блюдениям был исследован цикл озона ing polar cap.

148 СОТРУДНИКИ / IKIPEOPLE / 1965–2015

и ночного свечения кислорода на Марсе. For several years in a row Venus Express Было измерено содержание водяного льда (ESA) have been used to measure the sul- в верхнем слое марсианского грунта на пе- phur oxides (SO2, SO) based on the SPICAV/ риферии сублимирующей полярной шапки. SOIR spectrometers data and the water vapor С помощью аппарата «Венера-Экспресс» in the lower atmosphere of Venus. A non-hydro- (ЕКА) несколько лет подряд измерялось со- static model of the general atmospheric circula- держание оксидов серы (SO2, SO) на базе tion of Venus was created. данных спектрометров СПИКАВ/СУАР, а также водяного пара в её нижней и сред- ней атмосфере. Создана негидростатиче- ская модель общей циркуляции атмосферы Венеры.

Лаборатория физических исследований Laboratory of Planetary Surface Physical Studies Даниил Родионов поверхности планет (537) (руководитель — (537). Head — Dr. Daniel Rodionov Daniel Rodionov канд. физ.-мат. наук Даниил Родионов) Instruments and experiments created Инструменты и эксперименты, которые in the laboratory since its foundation are first создавались в лаборатории с момента её по- of all related to the study of the mineral compo- явления, связаны в первую очередь с изуче- sition of the celestial bodies. PUMA (dust mass нием минерального состава небесных тел. spectrometer) onboard the Vega 1 and Vega 2 in- Пылеударный масс-анализатор ПУМА на terplanetary stations was the first in the world to борту автоматических межпланетных стан- obtain information of the element and mineral ций «Вега-1» и «Вега-2» во время пролёта composition of the comet dust particles while it вблизи комета Галлея (1986) впервые в мире was passing nearby comet Halley (1986). In par- получил сведения об элементном и мине- ticular, they contained organic component. ралогическом составе кометных пылинок. The peaks for hydrogen, carbon, nitrogen, oxy- В частности, в их составе была обнаружена gen, sodium, magnesium, aluminum, silicon, органическая составляющая. Были опреде- sulphur, chlorine, calcium, iron as well as cer- лены пики элементов водорода, углерода, tain isotopes were defined, the statistical analysis азота, кислорода, натрия, магния, алюми- of the mineral composition of dust particles was ния, кремния, серы, хлора, кальция, железа, conducted. These data remained unique for two а также отдельных изотопов, проведён ста- decades until the comet dust particles were de- тистический анализ минералогического со- livered to the earth with the Stardust spacecraft става пылинок. Эти данные оставались уни- (NASA) in 2006. кальными на протяжении двух десятилетий, The analysis of the mineral composition вплоть до доставки кометных пылинок на of the Martian surface was performed by two Землю космическим аппаратом Stardust MIMOS II Mössbauer spectrometers onboard («звёздная пыль») (NASA) в 2006 г. Spirit and Opportunity Mars rovers (Mars Explo- Анализ минералогического состава по- ration Rovers, NASA). The method of Mössbau- верхности Марса проводили два мёссбау- er spectroscopy requires the examined sample to эровских спектрометра MIMOS II на мар- undergo gamma ray irradiation so the spectros- соходах Spirit и Opportunity (проект MER, copy may be conducted in situ only. NASA). Метод мёссбауэровской спектро- MIMOS Mössbauer spectrometers were in- скопии требует, чтобы изучаемый образец stalled on the Phobos Sample Return manipula- облучался гамма-квантами, поэтому её мож- tor for mineral analysis of the iron-containing но проводить только непосредственно на phases of the Phobos surface, but because месте исследований. of the failure the project did not provide any sci- Мёссбауэровский спектрометр MIMOS entific results. Мёссбауэровский спектро- был установлен на манипуляторе космиче- метр MIMOS на манипуля- торе КА «Фобос-Грунт» ского аппарата «Фобос-Грунт» для минера- A MIMOS Mössbauer spec- логического анализа железосодержащих фаз trometer onboard the Phobos поверхности Фобоса, но из-за аварии про- Sample Return manipulator ект не дал научных результатов. Мёссбауэровский спектрометр MIMOS II Приборы, проекты, результаты Instruments, Projects, Results MIMOS II Mössbauer spectrometer Газоразрядный анемометр разработан для A gas discharge anemometer to research исследования динамики газовых потоков the dynamics of gaseous flows in the experimen- в экспериментальной и космической мете- tal and space metrology and, in particular, to орологии и в частности, для проведения из- measure pressure, module, and vector direction мерений давления, модуля и направления of the gas flow velocity in the boundary layer Прототип датчика ветра вектора скорости потоков газа в погранич- of the Martian atmosphere. для проекта ЭкзоМарс Prototype of the ExoMars wind ном слое атмосферы Марса. speed sensor

149 ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 50 ЛЕТ / SPACE RESEARCH INSTITUTE 50 YEARS

Приборы MIMOS II (MER, MIMOS II (Mars Exploration NASA) впервые измерили Rovers, NASA) instruments относительные were first to measure распространённости the relative fractional iron железа по отношению abundance towards its к его состоянию oxidation state and iron окисления, и к фазе content phase. The set of these содержания железа. phases identified using Совокупность фаз, the Mössbauer spectroscopy отождествлённых при indicates that on both помощи мёссбауэровской of the Mars rovers landing спектроскопии, sites the planetary surface указывает, что changes were caused by water в местах посадки обоих марсоходов поверхность планеты менялась под воздействием воды

Георгий Манагадзе Лаборатория активной диагностики Laboratory for Active Diagnostics Georgy Managadze и масс-спектрометрии (538) (руководитель — and Mass Spectrometry (538). Head — д-р физ.-мат. наук, профессор Prof. Dr. Georgy Managadze Георгий Манагадзе) The laboratory is concentrating on conduct- В основе лаборатории лежит идея о про- ing physical and, first of all, plasma, experi- ведении в космическом пространстве фи- ments in space. In course of these experiments зических, и прежде всего плазменных the medium undergoes artificial activation. экспериментов, в ходе которых на среду The reaction of the medium to the influence искусственно воздействуют с борта кос- helps to estimate the physical processes tak- мических аппаратов или с поверхности ing place in space. One of the very first experi- Земли. По тому, как среда реагирует на ments of this kind was conducted in the near- воздействие, можно судить о физических earth space and the influence was exercised with процессах, происходящих в космосе. Одни heating stands on the ground or instruments из первых экспериментов такого рода про- onboard the geophysical rockets. In the fol- водились в околоземном пространстве, lowing the active experiment was attempted а воздействие оказывали нагревные стенды in deep space: in LIMA-D experiment on- на Земле или приборы на геофизических board the Phobos spacecraft (1986), the Phobos ракетах. Затем были попытки провести ак- regolith was planned to be analyzed activated тивные эксперименты в космосе: в экспери- by a laser beam. But due to technical hitches менте ЛИМА-Д на космических аппаратах the project did not reach its main goals and «Фобос» (1986) планировалось воздейство- the experiment didn’t take place. вать на реголит Фобоса пучком лазера. The laboratory have invented a time-of-flight Однако из-за технических неполадок про- (TOF) mass spectrometer to measure the ele- ект не достиг главной цели и эксперимент ment and isotopic composition of heavy metals не состоялся. in the solar wind of ~50…60 keV energy range. В лаборатории был изобретён масс- This instrument was patented in several coun- спектрометр TOF MS для измерения эле- tries and included into the payload of the in- ментного и изотопного состава тяжёлых ternational projects: SOHO, WIND, and ACE 150 СОТРУДНИКИ / IKIPEOPLE / 1965–2015

металлов в солнечном ветре с энергией (NASA). Isotopic composition of elements from ~50…60 кэВ. Он был запатентован в ряде magnesium to iron was measured by means ведущих зарубежных космических держав of these instruments for the first time. и включён в состав научной бортовой аппа- Concurrent laboratory experiments of la- ратуры в международных проектах SOHO, ser effect on solid targets gave results, which WIND и ACE (NASA). С их помощью впер- have become the basis for an original concept вые был измерен изотопный состав элемен- of the origin of life in course of shockwave тов от магния до железа. events. Short series of nanosecond laser puls- В параллельных наземных экспериментах es on a solid-state target form a plasma flare по воздействию лазера на твёрдую мишень simulating meteorite impacts, during which были получены результаты, которые стали new chemical compounds may form including основой оригинальной концепции возмож- the organic ones. Long-term studies showed that ности зарождения жизни в ходе ударных the interaction of electric and magnetic fields событий. Под действием коротких, длитель- in the plasma flare with plasma emission gener- ностью несколько наносекунд, лазерных ates local true chiral fields and results in the mir- импульсов на твёрдотельную мишень обра- ror-symmetry breaking of enantiomers, in other зуется плазменный факел, очень похожий words, the organic compounds formed during на факел ударного воздействия, например, this process turn out to be more left-handed при ударе комет, и могут синтезироваться than right-handed ones. If the same process новые химические соединения, в том чис- is taking place in the plasma flare of the im- ле органические. Длительные исследования pact nature then this can be directly relevant to показали, что взаимодействие электриче- the origin of elementary forms of the living mat- ских и магнитных полей в плазменном фа- ter, which on the Earth, as it is well known, is келе с излучением плазмы могут обеспечить based on the left-handed amino acids. Схема эксперимента генерацию истинных локальных хиральных ЛИМА-Д на аппаратах полей и привести к нарушению зеркальной «Фобос» LIMA-D experiment layout симметрии энантиомеров — иными слова- onboard the Phobos spacecraft ми, органические вещества, которые обра- зовывались при этом, оказываются в боль- шей степени «левыми», чем «правыми». Если то же происходит в плазменном фа- Планировалось, что при- келе ударной природы, то это может иметь боры Лима-Д (TOF‑MS) непосредственное отношение к возникно- и Дион, установленные на космическом аппарате вению простейших форм живой материи, «Фобос», при пролёте которая, как известно, на Земле строится на на высоте 50…80 м над основе «левых» аминокислот. поверхностью Фобоса в результате активного воздействия на реголит Основные направления Research Areas определят элементный и минералогический состав поверхности • Экспериментальные исследования хими- • Experimental research of the chemical and Фобоса. В приборе Лима-Д воздействие на реголит ческого и минералогического состава ве- mineral composition of cosmic bodies; осуществлялось пучком щества космических тел; • laboratory simulation of organic molecu- лазера, в приборе Дион • лабораторное моделирование синтеза lar structures synthesis and mechanisms вторичная ионная эмиссия возбуждалась потоком органических молекулярных структур of mirror-symmetry breaking of enantiomers ионов солнечного ветра и механизмов нарушения зеркальной in the local chiral physical fields of the mete- и космических лучей симметрии энантиомеров в локальных orite impact plasma plume which supposedly LIMA-D (TOF MS) and DION active experiments aboard хиральных физических полях плазмен- could enable the formation of the elementary Phobos spacecraft were ного факела метеоритного удара, которые forms of the living matter; supposed to investigate elemental and mineral предположительно могли обеспечить воз- • development of extraterrestrial life signs composition of the Phobos’s никновение условий для формирования identification methods by means of the on- regolith during their fly-by over простейших форм живой материи; board time-of-flight mass spectrometers the surface at the altitude of 50–80 m. In LIMA-D experiment • разработка методов отождествления при- (TOF MS) using the soft or matrix-assisted the surface was affected with знаков жизни внеземного происхожде- sample ionization technique and the ad- laser beam. In DION experiment secondary ion emission was ния, с помощью бортовых времяпролет- vanced pyrolysis instrumentation; exited by solar wind ions and ных масс-спектрометрических приборов • development of geological formations age de- cosmic rays (TOF MS) методами ионизация вещества termination methods based on the measure- с помощью матрицы и лазерного излуче- ment of lead-isotope ratio using TOF MS ния и пиролитическими инструментами equipped with a chemical reactor. This tech- нового поколения; nique is usable from the board of the de- • разработка методов определения возрас- scending module on the surface of cosmic та геологических пород космических тел bodies. с борта спускаемого аппарата по изме- рению соотношений изотопов свинца на базе TOF MS, оснащённого химическим реактором.

151 ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 50 ЛЕТ / SPACE RESEARCH INSTITUTE 50 YEARS

Прибор ЛАЗМА для КА Приборы, проекты, результаты Instruments, Projects, Results «Луна-25» и «Луна-27» — лазерный компактный времяпролётный Обнаружены и исследованы новые свой- New properties of the plasma flare formed масс-рефлектрон для исследования лунного ства плазменного факела, возникающего under the influence of laser radiation on the tar- реголита в полярных под воздействием лазерного излучения на get which includes elements typical for областях, а также паров мишень, которая включает элементы, вхо- the organic compounds and those inducing воды и льда. Совместно с университетом Берна дящие в состав органических соединений the synthesis of simple and complex organic LASMA instrument for Luna и обеспечивающие синтез простых и слож- compounds in the course of plasma plume ex- 25 and Luna 27 spacecraft — ных органических соединений в процессе pansion were discovered and studied. the laser compact time-of-flight mass reflectron to examine разлёта плазменного факела. Protein amino acids synthesized in the plas- lunar regolith in the polar Обнаружены аминокислоты белков, ma plume due to the influence of an impac- regions as well as water vapors and ice. In collaboration with синтезированных в плазменном факеле tor moving at 7 km/s speed as well as moderate the University of Bern от воздействия ударника, движущегося со symmetry breaking of enantiomers with surplus скоростью 7 км/с, а также умеренное нару- of L-amino acids, the same as the bioorganic шение симметрии энантиомеров с избытком one were discovered. Прибор АБИМАС — мо- дификация прибора L-аминокислот, совпадающее с биооргани- A highly efficient method of water synthesis ЛАЗМА для проекта ческим. in space was proposed. The experiments have ЭкзоМарс (Роскосмос/ Предложен высокоэффективный способ shown that H O molecules can form as the hy- ЕКА) для отождествле- 2 ния биомассы по масс- синтеза воды в космическом пространстве. drogen ions of the solar wind interact with at- спектрометрическому Опытным путём было показано, что моле- mosphere-less bodies, if their surface material анализу матричных и био- маркерных элементов, кулы H2O могут появляться при взаимо- contains oxygen. после подготовки образца действии ионов водорода звёздных ветров с помощью специальной системы экстракции, с безатмосферными космическими телами, также разработанной поверхности которых содержат кислород. в лаборатории ABIMAS instrument is a modi- fication of LASMA instrument for ExoMars (Roscosmos/ESA) to identify the biomass by the mass spectroscopic analysis of matrix and biomarker ele- ments after sample preparation using liquid extraction system constructed in the laboratory as well

Аракел Петросян Сектор динамики атмосфер и климата Sector of Atmosphere Dynamics and Climate Arakel Petrosyan (53.9) (руководитель — д-р физ.-мат. наук, (53.9). Head — Dr. Arakel Petrosyan профессор Аракел Петросян) The division of Atmosphere Dynam- Сектор динамики атмосфер и климата ics and Climate was established as a theo- создан как теоретическое подразделение для retical subdivision for scientific support of ex- научной поддержки экспериментов по из- periments in planetary atmospheres. Its tasks учению планетных атмосфер. В его задачи include numerical simulation and development входит численное моделирование и разра- of the mathematical tools to be used for pre- ботка математического аппарата, который sentation of processes in the atmospheres and используется для представления процессов, magnetic envelopes of planets. On the one hand, происходящих в атмосферах и магнитных we have experimental information, on the other оболочках планет. С одной стороны, мы hand, theoretical insights enable, first, to under- имеем экспериментальную информацию; stand what can be expected from these data and, с другой стороны, теоретические работы second, what kind of experiments to conduct позволяют, во-первых, понять, чего мож- in the future to confirm or disprove the current но ожидать от этих данных, и во-вторых, ideas. какого рода эксперименты надо проводить в будущем, чтобы подтвердить или опровер- гнуть существующие представления.

Основные направления исследований Research Areas

• Нелинейные волновые процессы в пла- • Non-linear wave processes in the planetary нетных атмосферах; atmospheres; • турбулентность в планетных атмосферах; • turbulence in the planetary atmospheres; • новые параметризации пограничного • new parameterizations of the boundary layer слоя в крупномасштабных моделях атмо- in large-scale models of the Martian atmo- сферы Марса; sphere; • многочастичные процессы в планетных • multi-particle processes in the planetary at- атмосферах, содержащих аэрозоли; mospheres containing aerosols; 152 СОТРУДНИКИ / IKIPEOPLE / 1965–2015

• магнитогидродинамическая турбулент- • magnetoturbulence of the space plasma; ность космической плазмы; • kinetic processes in the dissipative interval • кинетические процессы в диссипативном of the space plasma; интервале космической плазмы; • computer technologies in the geophysical flu- • вычислительные технологии в геофизи- id dynamics of the planets and the Earth and ческой гидродинамике планет и Земли in the space plasma. и в космической плазме.

Результаты Results 1

Разработана модель пограничного слоя A model of the Martian boundary layer was Марса, описывающая перенос аэрозолей developed which describes aerosol transfer в областях с горами и кратерами. in the regions with mountains and craters. Найдены точные решения уравнений Exact solutions of shallow-water equations мелкой воды нейтральной жидкости над на- for the neutral fluid above the inclined plane клонной плоскостью. were proposed. Развита теория гидродинамической тур- The theory of hydrodynamic turbulence булентности, подверженной вращению, subject to rotation was developed and a pos- 2 и показана возможность генерации крупно- sibility of large-scale disturbances generation масштабных возмущений в планетных ат- in the planetary atmosphere was shown. мосферах. The theory of hydrodynamic turbulence Развита теория гидродинамической in the planetary atmospheres containing solid турбулентности в планетных атмосферах, aerosols and gas bubbles was developed, a possi- содержащих твёрдые аэрозоли и пузырь- bility of large-scale vortexes genesis in such sys- ки газа, показана возможность зарожде- tems was shown. ния крупномасштабных вихрей в таких Updated shallow-water equations taking into системах. account the horizontal momentum transfer due Предложены модернизированные урав- to vertical flow nonuniformity were proposed нения мелкой воды, учитывающие гори- and their exact solutions were obtained. зонтальный перенос импульса вследствие Turbulence in the local interstellar gas was вертикальной неоднородности течений examined, a possibility of a weakly compressible и получены их точные решения. mode of turbulence was shown and current data 3 Исследована турбулентность в локальном of the density fluctuation spectra in a local inter- Динамика движения облака примеси над межзвёздном газе, показана возможность stellar medium were explained. кратером (1). Динамика движения пылевого облака возникновения слабосжимаемого режима The research method of scale-invariant над горами (2). Зарождение турбулентности и объяснены имеющиеся properties of the space plasma turbulence based завихренности над обрывом (3). Цифрами данные о спектрах флуктуации плотности on the direct and subgrid scale modeling was de- обозначены: 1 — поток примеси; 2 — ландшафт; в локальной межзвёздной среде. veloped. 3 — направление движения Разработан метод исследования масштаб- A finite volume numerical method for ex- воздушного потока; 4 — области завихрения но-инвариантных свойств турбулентности amination of space plasma fluxes ensuring high Dynamics of the cloud космической плазмы на основе прямого precision both for discontinuous and continuous of impurities over the crater (1). Dynamics of the dust cloud over и подсеточного моделирования. solutions was developed. the mountains (2). Vorticity genesis over the precipice (3). Разработан конечно-объёмный числен- Figures indicate: 1 — impurity ный метод для исследования течений кос- flow; 2 — landscape; 3 — air flow moving direction; 4 — мической плазмы, обеспечивающий высо- vortex regions кую точность как в области разрывных, так и непрерывных решений.