Моделирование магнитных полей космических объектов

Магнитные поля в космосе играют важную роль в эволюции астрофизических объектов. Так, они могут объяснять движение заряженных частиц в окрестности данных объектов, влиять на характер турбулентных движений. В настоящий момент исследование магнитных полей проводится с помощью механизма динамо, описывающего переход энергии турбулентных движений в энергию магнитного поля. Созданы хорошие модели, которые описывают магнетизм таких объектов, как Солнце, Млечный путь, ряд других галактик. Вместе с тем, было бы удобно распространить развитые подходы и на другие небесные тела, обладающие схожей геометрией, такие как аккреционные диски. Кроме того, интересно изучить не только абстрактные модели, но и конкретные примеры объектов.

Основная проблема, решаемая в проекте
В настоящий момент нет последовательных представлений о том, как именно устроены магнитные поля аккреционных дисков. Основная цель проекта – создание модели магнитного поля подобных небесных тел с опорой на исследования, связанные с магнетизмом галактик и Солнца.
Задачи проекта
  • Изучение параметров небесных тел, которые влияют на действие динамо
  • Формулировка математической модели процесса генерации магнитного поля
  • Получение структуры магнитного поля для выбранных объектов
Результаты проекта

Модель магнитного поля для ряда объектов, представление работы на нескольких конференциях, публикация результатов

Учащиеся – участники проекта
9, 10 класс

Профили "прикладная математика", "физика", "программирование"

Вафаев Данил
Очиров Аралтан 
Панина Елизавета
Пахилина Дарья
Суворова Галина
Тугов Евгений
Анна Комлева (создание приложения для Моделирования магнитных полей)
Вафаев Даниил
Место в проекте:
Программист
Цель:
Написать приложение для построения зависимости магнитного поля от времени и расстояния до центра
Очиров Аралтан
Место в проекте:
Аналитик
Цель:
Выявление особенностей в полученных из приложения данных
Панина Елизавета
Место в проекте:
Исследователь
Цель:
Поиск актуальной информации, интересных фотографий по теме исследования

Пахилина Дарья
Место в проекте:
Аналитик
Цель:
Выявление особенностей в полученных из приложения данных
Суворова Галина
Место в команде:
Исследователь, теоретик
Цель:
Поиск актуальной информации об эволюции магнитных полей космических объектов на основе механизма динамо.
Тугов Евгений
Место в проекте:
Аналитик + программист
Цель:
Разработать методы и модели для изучения эволюции магнитных полей, построить численную схему для моделей

Руководители проекта
Михайлов Евгений Александрович
Физический факультет МГУ, ассистент, к.ф.-м.н.
Шибалова Антонина Сергеевна

Институт земного магнетизма и распространения радиоволн имени Н.В.Пушкова РАН, младший научный сотрудник / аспирант физического факультета МГУ

Пашенцева Мария Владимировна
Физический факультет МГУ, студент
План-график проекта
Основы программирования в одной из сред разработки
Освоение основных навыков, необходимых для написания компьютерных программ в одной из распространенных сред разработки
Основы численного моделирования в физике. Простейшие задачи. Схема Эйлера
Формирование у школьников представления о том, что круг «нерешаемых» задач намного уже, чем кажется на первый взгляд, освоение базовых подходов численного моделирования
Применение численных методов в механике, электромагнетизме, молекулярной физике
Ознакомление с базовыми примерами, демонстрирующими преимущества численных методов
Основы математического анализа для физики. Простейшие дифференциальные уравнения и численные методы их решения
Формирование у учеников основных представлений о тех разделах матанализа, которые необходимы для решения физических задач
Введение в астрофизику. Представления о космических объектах и их магнитных полях
Формирование представлений об основных космических объектах
Теория динамо. Основные физические принципы
Ознакомление с простейшими подходами теории, которая используется при моделировании космических магнитных полей
Модели генерации магнитных полей основных астрофизических объектов
Ознакомление с основными примерами космических объектов, у которых предполагается наличие магнитных полей
Представления о наблюдениях магнитных полей и анализе наблюдательных данных
Формирование представлений о том, как наблюдаются магнитные поля
Изучение данных наблюдений, выбор объектов для изучения магнитных полей
Обучение гимназистов основным методам работы с базами данных, такими как Astrophysics Data System (ADS), уточнение предмета исследования
Построение физической модели для изучения магнитного поля конкретного объекта
Получение навыков отбора главных и второстепенных факторов при изучении явления
Построение компьютерной модели магнитного поля выбранных объектов, отладка компьютерной программы
Обучение самостоятельному составлению математических моделей и методов решения возникающих задач на компьютере
Получение результатов, сравнение их с наблюдательными данными, рефлексия результатов
Отработка навыков компьютерного моделирования. Обучение критическому взгляду на собственные результаты
Подготовка текста работы и презентации
Получение навыков представления собственной работы
Отработка выступления
Получение навыков публичных выступлений
Как мы работаем
Во время работы мы изучаем основы программирования в C#, элементы численных методов. Безусловно, также необходимо изучать космический магнетизм и ключевые достижения наших предшественников.
В основном занятия проводятся в Университетской гимназии, также одно из занятий прошло на физическом факультете МГУ.
В ходе работы над проектом мы посетили важные отечественные научные центры. Так, мы побывали в ГКНПЦ имени М.В.Хруничева (там создаются РН "Протон-М", на которых выводятся большинство научных космических аппаратов) и в ГАИШ МГУ.
Летом мы побывали в Пущинской Радиоастрономической Обсерватории АКЦ ФИАН и в Пулковской Обсерватории.
Конкурсы и конференции
Где мы представляем наши результаты:
Партнёры
Физический факультет МГУ
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имени Н.В.Пушкова РАН