20 ноября 2013

Учёные НИИЯФ МГУ участвуют в разработке базы данных IMPEx для исследования планет

Игорь Алексеев

Научные группы из России, которую представляет НИИЯФ МГУ, а также из Финляндии, Франции и Австрии разрабатывают в рамках Европейского проекта IMPEx интерактивную рабочую среду, включающую в себя базы данных и ряд компьютерных моделей для исследования планет Солнечной системы.

IMPEx - Integrated Medium for Planetary Exploration, в переводе с английского языка - интегрированная среда для исследования планет. Доступ к ней можно будет получить через портал IMPEx, который планируется запустить в 2015 году. Система будет выдавать пользователям данные по магнитному полю и плазме планет, измеряемые с помощью космических аппаратов, а также предсказанные компьютерными моделями. Кроме того, будут предоставляться описания этих данных, а также спутников и соответствующих численных моделей космических объектов и феноменов, на которых они получены.

Подробнее об участии в проекте IMPEx группы учёных НИИЯФ МГУ рассказал в интервью заведующий лабораторией магнитосфер планет, доктор физико-математических наук Игорь Иванович Алексеев.

- Игорь Иванович, как НИИЯФ МГУ оказался в составе IMPEx?

- Нас пригласили в IMPEx, потому что мы в течение очень длительного времени, примерно с 1971 года, занимаемся аналитическими моделями магнитосфер поля планет. Это специфичная, не очень распространённая деятельность. Ещё несколько групп в мире занимается такими моделями, потому что люди предпочитают работать с прямыми данными, то есть с данными с космических аппаратов, или с кинетическими моделями. Всего приблизительно 100-300 участников, которые занимаются непосредственно магнитным полем планет. А пригласили нас, зная, что у нас есть опыт, наши коллеги, с которыми мы, конечно же, имели научные контакты, с ними делали научные работы.

- Планируется привлечь ещё какие-то научные группы в проект IMPEx?

- Большая коллаборация вряд ли будет. Мы в этом составе можем решить задачу.

- Расскажите, пожалуйста, о вкладе каждой группы в проект IMPEx.

- Была создана команда из четырёх интернациональных групп: австрийской, французской, финской и российской. Российскую группу представляем, соответственно, мы.

Мы специализируемся в разработке аналитических моделей магнитосфер поля в окрестностях следующих планет: Земля, Меркурий, Юпитер и Сатурн. Из всех планет Солнечной системы у этих планет наблюдается значительное магнитное поле.

Финская группа занимается численным моделированием с использованием гибридных и магнито-гидродинамических (МГД) моделей. Гибридной модель называется потому, что это и не кинетическая, и не МГД модель, а нечто среднее. С помощью этой модели они описывают окружающие нас заряженные ионы и электроны.

Французская группа по поручению их академии наук – CNRS - собирает и хранит данные с космических аппаратов: европейских, американских. Сейчас в их базе содержатся данные с нескольких десятков различных космических миссий, включающие в себя 10-15 различных физических параметров, таких как, например, плотность, скорость, величина магнитного поля, величина электрического поля, потоки плазмы, потоки энергичных частиц.

Австрийская группа занимается координацией проекта и разработкой интерактивного пользовательского портала IMPEx, организует взаимодействие между нами, чтобы объединить в единое целое нашу аналитическую модель, гибридные модели финской группы и французскую базу данных.

В результате, исследователю, изучающему проблемы магнитного поля или плазмы планет, не нужно будет посылать запросы во множество точек и после собирать и анализировать полученные разрозненные ответы. Он сможет зайти на портал IMPEx и быстро, в пределах нескольких минут, получить всё, что ему нужно по своей тематике.

- Например?

Ничего не понимая ни в парабалоидной модели, ни в гибридной модели, владея лишь общим физическим пониманием на уровне поведения ионов и электронов, пользователь получает необходимую ему информацию и может с ней работать.

Например, исследователь хочет анализировать условия в магнитосфере Меркурия. На портале IMPEx он получит модель магнитного поля, узнает каково предсказание модели. Потом возьмёт экспериментальные данные магнитометра, установленного на американском космическом аппарате «Мессенджер». Сравнит с моделью, сделает свои заключения и напишет научную статью.

Или, например, исследователь обратится к Юпитеру. Сейчас проектируется миссия к спутнику этой планеты, Ганимеду. Может быть кто-то захочет по будущей траектории космического аппарата просчитать магнитное поле, измеряемое приборами на борту. В среде IMPEx подобные расчёты будут возможны с помощью наших моделей.

- Для чего ещё можно будет применить?

- Можно использовать систему не только для работы с базами данных по планетам, но и при проектировании миссий. Можно смоделировать прибор, который будет установлен на космический аппарат. Система IMPEx позволит построить компьютерную модель окружающего пространства вокруг планеты, запустить виртуальный космический аппарат, поставить в него виртуальные приборы и затем посмотреть, что получится. Можно будет ответить на вопрос: выполнит ли миссия поставленную задачу и какие специальные характеристики приборов могут для этого понадобиться.

- С каких космических аппаратов, изучающих планеты, будут представлены данные?

- «Маринер-10» - работал с 1974 года, «Галилео» - 8 лет работал у Юпитера, «Кассини» - работает по сей день у Сатурна, «Мессенджер» – аппарат у Меркурия. И ещё околоземные аппараты – «Темис», «Кластер».

- Для пользователей интернета доступ будет свободный?

- Конечно. Будет регистрация на сайте из соображений безопасности. Все данные будут открыты. Очень важный момент: при этом программы не будут открыты, то есть пользователь сможет программу запустить, но не сможет её скачать.

- Как обстоят дела в настоящее время?

- Сейчас мы разрабатываем веб-сервис для создания конечного продукта – портала IMPEx. Для того, чтобы портал заработал и обеспечил доступ к данным на различных источниках, необходимо их связать. Эта задача предполагает наличие единого стандарта, так называемой Data Model, для описания данных (компьютерных симуляций и реальных измерений) и соответствующих протоколов для передачи информации через веб-сервис.

Основная работа при обработке данных выглядит следующим образом. Берём массив данных, например, плотность и скорость. Дальше пишем программу, которая обрабатывает этот массив, например, для создания графика, чтобы пользователь мог сравнивать или вычислять какие-то параметры. После возможно сделать анализирующую программу, которая позволяет графически это представить и удобно проанализировать. Кстати, французская группа готовит методы визуализации.

Один из положительных моментов в работе – это то, что мы используем такие современные способы работы, как телеконференция. Ежемесячно она у нас проводится 2 часа.

Если работы по проекту будут успешно завершены, то через 2 года портал IMPEx будет открыт для пользователей.

Кроме того, наши разработки, в частности IMPEx Data Model, будут включены в международный протокол SPASE для работы с данными космических миссий, так как мы будем отвечать его стандартам. SPASE – большой международный консорциум, созданный для того, чтобы координировать работу с базами данных в космических исследованиях.