Орбитальный телескоп «ТУС» является первым инструментом, предназначенным для регистрации треков космических лучей предельно высоких энергий (КЛ ПВЭ, сверх энергичных частиц внегалактического происхождения) в атмосфере Земли с борта искусственного спутника.
Данный прибор использует для измерения всю атмосферу в качестве гигантской мишени, в которой при попадании частицы развивается каскад. Тем самым удается значительно увеличить эффективную площадь обзора (по сравнению, например, с наземными установками). Кроме того, направленный в надир телескоп «ТУС» способен фиксировать разнообразные быстрые атмосферные процессы, проявляющиеся в УФ излучении (УФ-вспышки). Среди них есть как широко известные молниевые разряды, так и мало изученные до сих пор так называемые транзиентные световые явления (спрайты, эльфы, синие джеты, гигантские джеты и пр.).
Во время первых месяцев работы прибора на орбите Земли проводились летные испытания и проверки различных режимов работы аппаратуры. Однако даже такие выборочные измерения в тестовом порядке позволили накопить достаточно большой объем полезной информации как по атмосферным явлениям, так и по работе самого прибора на борту спутника.
Неожиданным для разработчиков стал эффект регистрации низко энергичных (на 10 порядков ниже энергии КЛ ПВЭ!) космических частиц, которые, попадая в фотоприемник, производят оптических сигнал в стеклянных частях детектора (светофильтрах, входных окнах ФЭУ). Пример такого события показан на рис.1. На временной осциллограмме этот сигнал представляет собой острый пик, происходящий одновременно в нескольких ячейках фотоприемника (т.е. выявить временную динамику не удается несмотря на временное разрешение 800 нс).
Рис. 1. Трек от заряженной частицы в фотоприемнике детектора «ТУС».
Широтное распределение таких событий (рис. 2) демонстрирует увеличение числа событий с географической широтой, что подтверждает гипотезу о том, что эти импульсы связаны с частицами с энергиями до десятков ГэВ. Такие короткие вспышки регистрируются в режиме «ШАЛ» (широкий атмосферный ливень, шаг временной развертки 0,8 мкс, длительность осциллограммы 205 мкс). На сегодняшний день количество измеренных событий такого типа составило более 200.
Рис. 2. Распределение зарегистрированных коротких УФ-вспышек от заряженных частиц по географической широте.
Другой тип событий измеряется в режиме «ТАЯ» (транзиентные атмосферные явления, шаг временной развертки 0,4 мс, длительность осциллограммы 105 мс). Это мощные УФ-вспышки в атмосфере Земли, которые длятся от нескольких единиц до ста миллисекунд. Как правило, они связаны с грозовыми областями и дают одновременный сигнал во всем поле зрения прибора вследствие рассеяния излучаемого свечения в облаках. Однако целый ряд наиболее интересных событий представляют собой сложную пространственно-временную структуру, которая подлежит дальнейшему детальному исследованию. Эти явления, видимо, принадлежат к классу надоблачных, высоко атмосферных транзиентных световых явлений. Примеры таких событий приведены на рис. 3. Интересно отметить, что по данным мировой сети локации молний (WWLLN) для первого события не нашлось ни одной молнии в области его измерения.
Большая часть УФ-вспышек в режиме «ТАЯ» зарегистрированы в экваториальной области в грозовых районах (рис. 4). В ближайшее время будет произведена типологизация событий и сравнение данных с наземными сетями регистрации молний и другими экспериментами.
Рис. 3. Примеры УФ вспышек в атмосфере Земли со сложной пространственно-временной структурой (слева), их географическое положение (справа).
Рис. 4 Карта событий транзиентного УФ-свечения в атмосфере Земли по данным первых трех месяцев работы детектора «ТУС».