Физический институт Российской Академии наук является одним из мировых лидеров и безусловным лидером в России в области создания высокоточных телескопов и спектрометров для космических экспериментов по исследованию Солнца на борту искусственных спутников Земли. Всего за полувековую историю исследований аппаратура, созданная в ФИАН, работала на борту более 30-и космических аппаратов - спутников и геофизических ракет. В настоящее время космические эксперименты ФИАН осуществляются Лабораторией рентгеновской астрономии Солнца в рамках программы КОРОНАС (Комплексные Орбитальные Наблюдения Активности Солнца) Российской Академии наук. Научным руководителем и главным конструктором этих экспериментов является Сергей Вадимович Кузин.

Эксперимент на втором искусственном спутнике Земли (Спутник-2)

Второй искусственный спутник Земли. Cлева: установка контейнера с научной аппаратурой. Справа: Аппаратура для исследования излучения Солнца.

Экспериментальные и теоретические исследования рентгеновского излучения Солнца начали проводиться в ФИАН во второй половине 50-х годов прошлого века. Уже на борту второго искусственного спутника Земли, запущенного 3 ноября 1957 года, с помощью созданной в ФИАН аппаратуры был проведен первый в мировой истории спутниковый эксперимент по измерению коротковолнового солнечного излучения. Наблюдения Солнца велись в нескольких спектральных диапазонах от 1 до 120 A, выделяемых органическими и металлическими фильтрами. В ходе этого эксперимента впервые в мире были детектированы частицы радиационных поясов Земли. Впоследствии это открытие было подтверждено в ходе аналогичного эксперимента, проведенного Джеймсом Ван Алленом (James Van Allen) на первом американском искусственном спутнике Земли Explorer-I.

Первые в СССР ракетные наблюдения Солнца и станции серии "Электрон"

Искусственнные спутники серии ЭЛЕКТРОН. Вверху: Электрон-1 в двух проекциях. Внизу: Электрон-2 в двух проекциях.

В 1959-1962 годах впервые в СССР в ФИАН были осуществлены ракетные наблюдения Солнца в рентгеновском диапазоне. Излучение Солнца регистрировалось сразу в двух спектральных областях, что дало возможность определить эффективную электронную температуру плазмы в короне. С 1960 года, сначала на борту космических кораблей, а впоследствии на космических станциях Электрон-2, Электрон-4 и Венера-2, были начаты эксперименты по длительному исследованию солнечной активности на протяжении нескольких месяцев. В ходе этих непрерывных наблюдений Солнца была установлена связь долговременных вариаций потока и спектрального состава рентгеновского излучения с физическими характеристиками активных областей на диске Солнца. Удалось локализовать источники рентгеновского излучения в атмосфере Солнца и установить, что его генерация происходит преимущественно в короне над активными областями.

Первые фотографии Солнца в рентгеновском диапазоне (США, СССР)

Первая фотография Солнца в рентгеновском диапазоне. Получена 19 апреля 1960 года в Морской исследовательской лаборатории США в области спектра 20-60 Ǻ.   Первая в СССР рентгеновская фотография Солнца. Получена в ФИАН 6 июня 1963 года.

В дальнейшем были начаты систематические спутниковые исследования ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца, которые параллельно проводились в Физическом Институте Академии Наук (ФИАН) СССР под руководством С.Л. Мандельштама и в Морской Исследовательской Лаборатории (Naval Research Laboratory) США под руководством Герберта Фридмана (Herbert Friedman). Первая фотография солнечной короны была получена 19 апреля 1960 года группой Фридмана в области спектра 20-60  Ǻ. Это изображение показало, что коротковолновое излучение Солнца распределено в короне неравномерно и большая его часть приходит из компактных рентгеновски активных областей, расположенных над яркими хромосферными флоккулами, видимыми в линии K ионизованного кальция CaII. Обнаруженные источники рентгеновского излучения примерно совпали по положению с источниками дециметрового радио излучения Солнца. Использованная в эксперименте аппаратура представляла собой простую камеру-обскура с отверстием диаметром 0.125 мм, закрытым алюминированной органической пленкой, и давала разрешение порядка 0.1 диаметра Солнца. Полученные изображения из-за вращения аппаратуры были размыты по дуге на величину до 170°. Первый советский эксперимент по получению изображения Солнца в коротковолновой области спектра был проведен ФИАН 6 июня 1963 года при запуске геофизической ракеты. В эксперименте был использован контейнер с трехосной ориентацией в пространстве, благодаря чему удалось существенно уменьшить угловую скорость вращения аппаратуры и получить наиболее четкие на тот момент фотографии. Камера-обскура, использованная в первом советском эксперименте, имела апертуру 0.2 мм при длине камеры (расстояние от входного отверстия до пленки) 200 мм и, соответственно, давала пространственное разрешение примерно 3 угловых минуты. Наблюдения Солнца велись в области длин волн 170-400  Ǻ.

Первые советские спутники для исследования Солнца (Космос-166, Космос-230)

ИСЗ «Космос-166» для исследования коротковолнового излучения Солнца. 1 - отсек под электронный блок научной аппаратуры, 2 - экранно-вакуумная термоизоляция, 3 - панели солнечной батареи, 4 - датчики научной аппаратуры, 5 - солнечный датчик системы ориентации.

В 1967 и 1968 годах по инициативе и при активном участии ФИАН был произведен запуск первых советских спутников для исследования Солнца, Космос-166 и Космос-230. Специально для этого эксперимента в Лаборатории были разработаны и созданы рентгеновские гелиографы и фотометры оригинальной конструкции, позволившие получить более 1000 изображений Солнца в пяти спектральных диапазонах с угловым разрешением около 20 секунд. В ходе эксперимента были получены существенно новые данные о структуре рентгеновских вспышек, в частности впервые прослежена динамика их развития, а по заходу активной области за лимб оценена ее высота – порядка 20 тыс. км над фотосферой. В этот же период были начаты первые эксперименты по получению спектров Солнца в коротковолновой области с помощью дифракционных решеток и брэгговских кристаллов. В ходе них была получена первая в мире фотография рентгеновского спектра в области длин волн короче 9.5 А (ангстрем), а всего были зарегистрированы спектры до длины волны 1.7 А и достигнуто уникальное разрешение λ/Δλ~104. Это позволило уточнить обилия элементов в атмосфере Солнца, а также обнаружить макроскопические движения в корональных конденсациях со скоростью по лучу зрения до 100 км/сек. В спектрах вспышек были обнаружены линии ионов MgXI, FeIX, FeX и FeXVII.

Программа "Интеркосмос" и ракеты серии "Вертикаль"

ИСЗ «Интеркосмос-1» для исследования коротковолнового излучения Солнца.

В 70-х – начале 80-х годов систематические исследования Солнца в ФИАН были продолжены  на спутниках программы «Интеркосмос» и ракетах серии «Вертикаль». Аппаратура для этих экспериментов создавалась в ФИАН в рамках международного сотрудничества с ПНР и ЧССР.  В ходе экспериментов удалось зарегистрировать и отождествить ряд горячих линий, расположенных в области длин волн 1.70-1.95 А, из анализа которых были установлены физические параметры горячей компоненты плазмы солнечных вспышек. Впервые в солнечном рентгеновском спектре была отождествлена линия, соответствующая магнитно-квадрупольному переходу.

Программа КОРОНАС (1994-2008)

Искусственый спутник Земли «КОРОНАС-И» (1994 - 2001).   Искусственый спутник Земли «КОРОНАС-Ф» (2001 - 2005).   Искусственый спутник Земли «КОРОНАС-ФОТОН» (запуск запланирован на июнь 2008 года).

Начиная с 1990 года космические эксперименты ФИАН осуществляются в рамках программы КОРОНАС (Комплексные Орбитальные Наблюдения Активности Солнца) Российской Академии Наук. В рамках этой программы были выведены на орбиту две солнечных обсерватории, КОРОНАС-И (1994) и КОРОНАС-Ф (2001). На борту первой из них ФИАН проводил эксперимент ТЕРЕК по наблюдению Солнца в крайней ультрафиолетовой и рентгеновской области спектра. В ходе этого эксперимента были впервые осуществлены систематические исследования солнечной плазмы в областях длин волн 132, 175 и 304 А с пространственным разрешением в несколько угловых секунд, а также получены первые монохроматические спектрограммы Солнца в диапазонах 8.41-8.43 А и 180-209 А. На борту второго спутника, КОРОНАС-Ф, ФИАН осуществил эксперимент СПИРИТ, являющийся наиболее успешным экспериментом по исследованию Солнца в истории советской и российской науки. Всего на протяжении более четырех лет наблюдений было получено около 300 000 высокоточных изображений Солнца в девяти спектральных каналах, характеризующих пространственную структуру и динамику плазмы атмосферы Солнца  в диапазоне температур от 70 тысяч до 10 млн. градусов и в диапазоне высот от верхней хромосферы до короны на высоте более радиуса Солнца. В ходе эксперимента были обнаружены новые структуры и явления в горячей солнечной плазме, определен  вклад  плазмы  с температурой 6-10МК в тепловой энергобюджет вспышек (до 80%), получено распределение вещества (дифференциальной  меры  эмиссии) в диапазоне    температур  выше  5МК  для  различных структур и  динамика этого распределения во вспышечных процесса, получено   пространственно-временное   распределение  электронной плотности и градиента температур вспышечной плазмы, установлена  связь  между  крупномасштабной  эрупцией  и  перестройкой магнитного поля солнечной короны, выявлена связь между плотностью и скоростью солнечного ветра и интегральными потоками Солнца в линиях переходного слоя и корональных линиях, совместно с НИИЯФ МГУ впервые зафиксирована высокая (близкая к 100%) степень поляризации рентгеновского излучения во вспышке, исследована высотная структура корональных дыр и показана связь их структуры с высокоскоростными потоками солнечного ветра, исследованы периодические процессы в горячей линии MgXII Исследованы вариации плотности верхней атмосферы Земли. В настоящее время в ФИАН заканчивается создание комплекса телескопов и изображающих спектрометров ТЕСИС, который будет установлен на борту третьего космического аппарата программы КОРОНАС, спутника КОРОНАС-ФОТОН. Запуск космического аппарата и начало эксперимента ТЕСИС запланированы на июнь 2008 года. В ходе эксперимента ТЕСИС предполагается получить более миллиона изображений Солнца в линиях крайнего ультрафиолетового и рентгеновского диапазона с пространственным разрешением менее двух угловых секунд. Значительная часть результатов эксперимента впервые будет открыта для доступа в ежедневно обновляемых каталогах и галереях изображений.