Базовые организации - НИЦ Курчатовский институт и Институт астрономии РАН

Заведующий кафедрой — академик Е.П. Велихов

Е.П. Велихов

Основная цель работы кафедры – подготовка физиков, способных принимать участие в решении актуальных задач астрофизики и астрономии, решать широкий спектр фундаментальных и прикладных задач естествознания. С декабря 2011 года кафедра "Прикладной теоретической физики" переименована в "Нелинейные и динамические процессы в астрофизике и геофизике".

Студенты, пришедшие на кафедру, смогут участвовать в исследованиях широкого спектра проблем – от наноструктур и нанооптики до спирально-вихревых структур в дисках галактик и крупномасштабной турбулентности в аккреционных дисках двойных звёзд, от механизмов активности ядер галактик до сейсмодинамики и механизмов защиты от землетрясений.

Для научной работы по этим и другим направлениям студенты, специализирующиеся на кафедре, начиная с 3-го курса слушают курсы лекций (и проходят практические занятия) по своей специальности – так называемые спец. курсы. Среди них такие важные дисциплины, как: компьютерное моделирование в теоретической физике, качественные методы в гидродинамике и кинетике, квантовая теория излучения и квантовая оптика, задачи и методы современной астрофизики, физика плазмы, гидродинамические и кинетические механизмы образования структур в астрофизических дисках, современная космология, и другие.

Уже с 4-го курса студенты активно участвуют в творческой научно-исследовательской работе под руководством преподавателей кафедры и ведущих учёных базового института кафедры – Института астрономии РАН (ИНАСАН).

В связи с утверждением в 2009 г. Института астрономии в качестве базовой организации кафедры, перечень научных направлений, которые смогут выбрать себе приходящие на кафедру студенты, существенно расширяется, и будет определяться направлениями исследований в ИНАСАН.

ИНАСАН

Перечислим некоторые из направлений.

Коллективные процессы в астрофизических дисках

Одно из важных направлений исследований - астрофизические диски: галактические, аккреционные и протопланетные диски, а также кольца планет. На основе построенной под руководством А.М. Фридмана теории коллективных процессов в астрофизических дисках в настоящее время исследуются механизмы развития неустойчивостей и образования крупномасштабных структур в этих системах.

Исследования включают в себя как разработку теоретических моделей, так и численное моделирование.

Для работы астрофизиков очень важна связь с наблюдениями. Поэтому мы сотрудничаем с ведущими обсерваториями мира, а на крупнейшем в Европе 6-м телескопе в САО РАН уже много лет имеем собственную программу исследований. Благодаря тесному сотрудничеству с астрономами-наблюдателями изучение полей скоростей спиральных галактик позволило обнаружить в них гигантские антициклонические и циклонические вихри.

В настоящее время активно ведётся изучение сравнительно новой в гидродинамике неустойчивости сверхотражения (НСО). Именно развитие этой неустойчивости в аккреционных дисках тесных двойных звёздных систем позволяет объяснить возбуждение крупномасштабных спирально-вихревых структур, в свою очередь, порождающих необычайно высокую турбулентность, способную поддерживать наблюдаемый в этих дисках темп аккреции и регистрируемое от них мощное рентгеновское излучение.

Образование таких структур подтверждается наблюдательными данными - период вращения однорукавной волны плотности совпадает с временным масштабом изменения блеска в двойных звездах, содержащих аккреционный диск.

Двойные звезды

В ИНАСАН совместно с ИПМ РАН разработана самосогласованная газодинамическая модель переноса вещества в двойных звездах. Трехмерное численное моделирование, проведенное сотрудниками ИНАСАН, существенно изменило представления о протекающих в двойных звездах процессах и позволило уточнить физическую модель взаимодействующих двойных. В частности, обнаружено сильное влияние разреженного газа межкомпонентной оболочки двойной системы на структуру течения в полуразделенных двойных системах. Это приводит к безударному взаимодействию между потоком и внешней границей аккреционного диска, и, следовательно, к отсутствию в диске "горячего пятна". В то же время, взаимодействие газа оболочки двойной системы с потоком приводит к формированию протяженной ударной волны, образующейся вдоль границы потока - "горячей линии". Адекватность этой модели подтверждена сравнением синтетических кривых блеска с наблюдаемыми [Boyarchuk et al. 2002, Mass Transfer in Close Binary Stars, Taylor & Francis, London].

В рамках этих исследований были открыты волны нового "прецессионного" типа. "Прецессионные" спиральные волны возникают в областях диска, где газодинамические возмущения малы и существенную роль играют гравитационные возмущения вызываемые звездой-донором. Под их действием большие полуоси эллиптических линий тока в холодном диске начинают прецессировать, т.е. смещаться в направлении, противоположном направлению движения вещества. При этом большие полуоси линий тока выстраиваются под некоторым углом относительно друг друга и их апоастры (точки, максимально удаленные от аккретора) образуют спиральную волну плотности. Эта волна вызывает значительное увеличение общего темпа аккреции.

Рождение звезд

Один из основных процессов во Вселенной – превращение газа в звезды. Наблюдения убедительно свидетельствуют, что звезды образуются в межзвездных молекуляных облаках. Однако, несмотря на значительные усилия теоретиков и наблюдателей, детали этого процесса до сих пор остаются загадкой. Наименее изучены ранние стадии образования звезд. До сих пор нет общепринятого представления о том, как происходит переход от разреженного атомарного межзвездного газа к молекулярным облакам и дозвездным сгусткам. К настоящему времени сотрудниками института получены многочисленные результаты, проясняющие эволюцию дозвездных ядер, протозвездных объектов и протопланетных дисков.

Эволюционная последовательность формирования планетной системы, подобной Солнечной системе.

Начиная с 2005 г. в ИНАСАН проводится разработка согласованного подхода к решению проблемы астероидно-кометной опасности в России. В феврале 2007 г. при Совете РАН по космосу создана "Экспертная рабочая группа по проблеме астероидно-кометной опасности". В нее вошли представители РАН, Роскосмоса, МЧС, Росатома, других заинтересованных ведомств и организаций.

Институт астрономии является головным по ряду реализуемых и планируемых космических проектов:

ВСЕМИРНАЯ КОСМИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ – УЛЬТРАФИОЛЕТ.

Всемирная Космическая Обсерватория - Ультрафиолет (ВКО-УФ) представляет собой проект крупной космической обсерватории для работы в недоступном для наблюдений с Земли ультрафиолетовом (УФ) участке спектра. Основной инструмент обсерватории - космический телескоп с диаметром главного зеркала 1.7 м - будет оснащен спектрографами высокого и низкого разрешения и камерами для построения высококачественных изображений в УФ и оптическом диапазоне. Такой набор научных приборов позволяет обеспечить решение широкого класса наблюдательных задач. Среди основных направлений исследований, предлагаемых российским астрономическим сообществом для включения в базовую и российскую национальную программы проекта, следует особо отметить следующие: а) физику ранней Вселенной; б) звездообразование, химическая эволюция галактик; в) аккреционные процессы в астрофизике; г) межзвездная среда; д) физика звездных атмосфер, потеря массы, хромосферная активность; е) физика и химия планетных атмосфер и комет.

По возможностям проект ВКО-УФ аналогичен, а по некоторым характеристикам превосходит американский Космический Телескоп им. Хаббла (КТХ).

Проект «Озирис»

В течение многих столетий точность измерений в астрометрии ограничивалась возможностями глаза (минуты дуги). Изобретение телескопа повысило ее до предела, налагаемого неоднородностями атмосферы (секунды дуги). Выход за пределы атмосферы и применение принципов интерферометрии отодвинули достижимый предел точности в миллион раз (до микросекунд дуги), вплоть до предела, определяемого неоднородностями гравитационных полей Вселенной. Космический интерферометр-дугомер ОЗИРИС нацелен на достижение микросекундного предела.

Актуальность и значимость научных исследований, проводимых в Институте астрономии, позволяют сотрудникам (а также аспирантам и наиболее активным студентам) участвовать в программах приоритетных исследований, которые поддерживаются различными грантами и программами.

У выпускников кафедры есть возможность поступить в аспирантуру – как МФТИ, так и Академии наук РАН. Все молодые специалисты, заканчивающие аспирантуру под руководством преподавателей кафедры, успешно защищают кандидатскую (а некоторые уже и докторскую) диссертацию, после чего имеют возможность остаться работать научными сотрудниками ИНАСАН.

Высокий научный уровень учёных Института астрономии и преподавателей кафедры, широкое и успешное сотрудничество и кооперация ИНАСАН со многими зарубежными и российскими научными центрами, – всё это открывает широкие возможности для молодых специалистов, в число которых в перспективе смогут попасть приходящие на кафедру студенты.