Результаты работы в 2010 году и их новизна

Результаты работы в 2010 году и их новизна

1.К проводимым исследованиям подключен ряд специалистов: Владимирского государственного университета; Главной геофизической обсерватории ГГО, Санкт-Петербург; Института физики атмосферы им. РАН ; ГАИШ МГУ, г. Москва; Института физики Земли, г. Москва; Казанского государственного университета; Ульяновского государственного университета. Это уже сложившийся коллектив специалистов, совместные усилия которых направлены на решение теоретических и экспериментальных задач проводимых исследований.

2.Система многоканального синхронного мониторинга электрического и геомагнитного полей на разнесенных в пространстве станциях: физический экспериментальный полигон ВлГУ; станция на оз. Байкал Института солнечно-земной физики СО РАН; станция в п. Паратунка(Камчатка), Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН; станция в г. Обнинск на базе научно - производственного объединения «Тайфун»; ИЗМИРАН позволяет исследовать приливные вариации электрического и геомагнитного поля, оказывающие глобальное воздействие на весь Земной шар. Сформированы базы экспериментальных данных электрического и геомагнитного поля  по разнесенным в пространстве станциям, которые являются основным экспериментальным материалом проводимых исследований.

3.На данном этапе исследований разрабатывается  модель взаимосвязи геомагнитного поля с лунно-солнечными приливами. Осуществлен расчет возмущений геомагнитного поля, вызванного приливами.

4.На основе приобретенного опыта и разработанного программного обеспечения осуществляется обработка экспериментальных данных феррозондового магнитометра физического полигон ВлГУ, геомагнитных данных ИЗМИРАН, а также данных японских геомагнитных станций  Какиока (1913-2006гг.) и Мемамбецу(1950-1999гг) с целью анализа характера спектров геомагнитного поля вблизи частот лунно-солнечных приливов, оценки амплитуды геомагнитного поля и отношения сигнал/шум на частотах приливов. Анализ результатов по обработке экспериментальных данных геомагнитного поля по разнесенным в пространстве станциям должен подтвердить адекватность разработанной модели взаимосвязи геомагнитного поля с лунно-солнечными приливными воздействиями.

5. На базе разработанного программно - аналитического комплекса для исследования структуры сигналов в спектральной и временной областях, вызванных геофизическими процессами, ставится задача достоверного обнаружения воздействия лунных приливов в электрическом и геомагнитном  поле пограничного слоя атмосферы. Анализ собственных векторов ковариационных матриц временных рядов показал, что все исследованные временные ряды имеют негармонические некоррелированные составляющие. Это обстоятельство  делает использование собственных векторов эффективным инструментом выявления энергетически не доминирующих периодических составляющих во временных рядах.

6.Метод собственных векторов  продемонстрировал высокую эффективность на всех исследованных временных рядах электрического поля в приземном слое атмосферы. Новизна  разработанного метода состоит в том, что спектральному анализу подвергается не сам исходный временной ряд, а его собственные вектора, на которые он раскладывается, что позволяет применить спектральный анализ к отдельным некоррелированным составляющим временного ряда, связанным с определенными физическими процессами.

7.Продемонстрированная эффективность метода позволяет ставить задачу его распространения  на выявление энергетически не доминирующих компонент естественного и техногенного происхождения в сложно периодических полях - в задачах многоканального акустического, гидроакустического, электромагнитного, сейсмического и медико-биологического мониторинга. Полученные результаты достаточны для решения задачи построения универсального виртуального прибора, реализующего метод. Разработка такого виртуального прибора имеет большое народнохозяйственное значение.

8.Рассмотрен ряд перспективных направлений исследований. В частности, модель взаимосвязи гравитационных полей астрофизических объектов и электродинамической системы Земли. Важным элементом в этих исследованиях могут стать прогнозы, связанные с переоценкой коэффициентов преобразования энергии гравитационного излучения в энергию крайне-низкочастотных вариаций электромагнитного поля в приземном слое атмосферы на основе результатов обработки экспериментальных данных.

9.Одной из важнейших задач экологического мониторинга является прогнозирование сейсмических событий, обнаружение лесных пожаров и скрытых возгораний торфяников. При анализе и прогнозировании  природных явлений, исследовании параметров природных сред необходимо располагать сведениями о зависимости этих параметров от  электрофизических свойств поверхностного слоя атмосферы, самой поверхности и подповерхностных слоев Земли. Для разработки компьютерных моделей электромагнитного поля в природных средах Земли используются методы математического и физического моделирования.

10.Создана и в 2010 году продолжена работа системы многоканального синхронного мониторинга электрического и геомагнитного полей на разнесенных в пространстве станциях: физический экспериментальный полигон ВлГУ; станция на оз. Байкал Института солнечно-земной физики СО РАН; станция в п. Паратунка (Камчатка), Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН; станция в г. Обнинск на базе научно - производственного объединения «Тайфун». Формируются базы экспериментальных данных по разнесенным в пространстве станциям. Создание многопунктной системы синхронных регистраций электрического поля пограничного слоя атмосферы с разнесением в пространстве на десятки и сотни километров систем регистрации позволяет исследовать приливные вариации электрического поля, оказывающие глобальное воздействие на весь Земной шар. Также, при совместной спектрально-корреляционной обработке экспериментальных данных по разнесенным в пространстве станциям можно добиться снижения воздействия местных помех и усилить эффект от влияния глобальных приливных процессов на электрическое и геомагнитное поле пограничного слоя атмосферы. Основной экспериментальной базой проводимых исследований является физический экспериментальный полигон ВлГУ, расположенный в 40 км от г. Владимира на территории 4 га и служащий для непрерывных синхронных регистраций электрического и магнитного полей в диапазоне (0.00001-100 Гц). Комплекс приемных антенн включает в себя антенны наземного типа, подземного и подводного типа, магнитные антенны (феррозондовые магнитометры), флюксметры для измерения

Структура станций мониторинга Ez, разнесённых в пространстве

Электростатический флюксметр	Система регистрации данных
Метеостанция на твердотельных датчиках	Пункт расположения системы регистрации Феррозондовый магнитометр

Система мониторинга физического экспериментального полигона ВлГУ

Система разнесенного в пространстве мониторинга Ez

Система удаленного мониторинга “Мегаполис” с дистанционной передачей данных

11.Представлен обзор современного состояния экспериментальных исследований, нацеленных на регистрацию аксионов, гипотетических слабо взаимодействующих частиц, которые рассматриваются в контексте изучения структуры темной материи. Предложена программа расширения вакуумной минимальной аксионной электродинамики Вильчека-Вайнберга до аксионной электродинамики неоднородно и неравномерно движущихся сред. В отчете за первый этап выполнения программы речь идет о построении адекватных моделей гео-аксионной электродинамики и создании каталога моделей, включающего минимальную и неминимальную теорию аксион - фотонных взаимодействий, гео-аксионный аналог динамооптических моделей, гео-аксионный аналог модели Власова для бесстолкновительной плазмы с коллективным полем. Впервые систематически излагаются математические основы аксионной электродинамики релятивистских сплошных сред в рамках феноменологической теории, с одной стороны, и на основе Лагранжева формализма - с другой. В обоих подходах были получены эволюционные уравнения для аксионов и фотонов, а также для гравитационного поля и бесстолкновительной плазмы. Ключевым элементом исследования считается построение адекватного тензора линейного отклика среды, на основе которого вычисляются тензор диэлектрической проницаемости, тензор магнитной проницаемости и тензор магнитоэлектрических коэффициентов аксионо-активной среды. Отличие от нуля последнего из указанных тензоров свидетельствует о проявлении оптической активности, индуцированной в системе за счет аксион - фотонных взаимодействий. Анизотропия тензоров диэлектрической и магнитной проницаемости, индуцированная градиентом аксионного поля, прогнозирует наличие эффекта двойного лучепреломления в аксион - фотонной среде. Каталогизированы частные модели, в которых тензор линейного отклика содержит псевдоскалярное (аксионное) поле и его градиент, с одной стороны, а также макроскопическую скорость движения среды и её ковариантную производную - с другой стороны. В 2010 году обеспечено действовие системы многоканального синхронного мониторинга электрического и геомагнитного полей на разнесенных в пространстве станциях: физический экспериментальный полигон ВлГУ; станция на оз. Байкал Института солнечно-земной физики СО РАН; станция в п. Паратунка (Камчатка), Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН; станция в г. Обнинск на базе научно - производственного объединения «Тайфун». Основной экспериментальной базой проводимых исследований является физический экспериментальный полигон ВлГУ. Созданы базы экспериментальных данных по разнесенным в пространстве станциям. Анализ полученных результатов по обработке экспериментальных данных геомагнитного поля по разнесенным в пространстве станциям подтверждает адекватность разработанной модели взаимосвязи геомагнитного поля с лунно-солнечными приливными воздействиями. Выдвинута и подтверждена гипотеза о преимуществе спектрального анализа собственных векторов ковариационной матрицы временного ряда перед непосредственным спектральным анализом временного ряда при выявлении периодичных составляющих временных рядов.

1. Создание теоретических основ новой фундаментальной науки аксионо-фотоники.

2. Проверка гипотезы о существовании аксионного сектора в Темной Материи.

3. Приложения к современной космологии и астрофизике, в частности к исследованиям спиральных галактик, их скоплений и сверхскоплений.

4. Прогнозирование и раннее оповещение о природных катастрофах (землетрясения, цунами...).

5. Мониторинг состояния электродинамической подсистемы Земной атмосферы.

6.Постановка регулярных измерений атмосферно-электрических параметров и данных магнитометрии в сети разнесенных в пространстве станций с целью наземной диагностики полей различной природы и анализа их взаимосвязей.

Иновационная составляющая программы:

Задача исследования гео-аксионной электродинамики весьма актуальна и имеет ряд потенциальных инновационных перспектив, в частности, в приложении к проблемам раннего предупреждения о возможности землетрясений и цунами, к проблемам мониторинга окружающей среды и связи со спутниковыми системами.