-
физика солнечно-земных связей, космическая погода, плазменные процессы в системе солнечный ветер – магнитосфера – ионосфера. Развивается теория взаимодействия возмущений солнечного ветра с головной ударной волной и МГД разрывами различных типов. Большое внимание уделяется морфологии и физике магнитосферной суббури, в частности, моделированию кинетических процессов, происходящих в тонком токовом слое хвоста магнитосферы при переходе к взрывной фазе суббури, в ходе которой высвобождается гигантское количество энергии, поступающей в ионосферу вместе с высыпающимися частицами и электромагнитными волнами (см. мультфильм). Новым направлением является исследование самоорганизации и турбулентности в магнитосферно-ионосферной системе с использованием спутниковых измерений электрических и магнитных полей, а также оптических данных, полученных на обсерваториях ПГИ
-
экспериментальные и теоретические исследования полярных сияний, которые являются результатом взаимодействия магнитосферных заряженных частиц с атмосферными составляющими. Полярные сияния содержат информацию о процессах, происходящих как в далёком космическом пространстве, откуда приходят энергичные электроны и протоны (энергии от единиц до сотен кэВ), так и в атмосфере Земли, где развиваются авроральные явления.
ПГИ проводит авроральные наблюдения CCD и EMCCD камерами, ТВ камерами всего неба и другими высокочувствительными приборами (в том числе, интерферометром Фабри-Перро), которые позволяют успешно регистрировать сияние не только в тёмное время суток, но и в сумерки. Интерферометр Фабри-Перро позволяет регистрировать слабые свечения, генерируемые во время нагревных экспериментов установками Сура, EISACT, SPEAR.
-
мониторинг и теория космических лучей – высокоэнергичных протонов и ядер лёгких элементов галактического и солнечного происхождения (энергии ~ ГэВ). Используя данные нейтронных мониторов на обсерваториях ПГИ, методом решения обратной задачи определяются характеристики (в частности, энергетические спектры) первичных солнечных космических лучей (СКЛ) и моделируются распространение СКЛ в межпланетной среде, а также проникновение в магнитосферу релятивистских СКЛ. Наибольший интерес представляют события СКЛ во время солнечных вспышек и магнитных бурь. Изучается влияние космических лучей на атмосферные и климатические изменения.
-
восстановление 2-мерных распределений электронной концентрации в ионосфере методом спутниковой радиотомографии в области от субавроральной ионосферы (Карелия) до полярной шапки (арх. Шпицберген). Протяженность цепочки радиотомографических станций ~ 1700 км. Методами спутникового радиопросвечивания исследуются мелкомасштабные неоднородности в Fобласти ионосферы на широтах полярной шапки. Для интерпретации поперечной анизотропии мелкомасштабных неоднородностей спутниковые данные сопоставляются с одновременными измерениями ионосферной конвекции сетью радаров SuperDARN. Высокоширотная часть томографической цепочки может быть использована для изучения эффектов искусственной модификации ионосферы нагревным стендом SPEAR.
-
исследование геомагнитных пульсаций в частотном диапазоне 0.1-20 Гц. Разработанные и изготовленные в ПГИ две идентичные установки с точной привязкой по времени установлены в обсерваториях Баренцбург (арх. Шпицберген) и Ловозеро (Кольский п-ов). Это позволяет, в частности, исследовать распространение возмущений в ионосферном волноводе в меридиональном направлении, что важно для определения положения источника естественных пульсаций в магнитосфере. Благодаря высокой чувствительности, магнитометры регистрируют также слабые сигналы, возбуждаемые в шумановском и ионосферном альвеновском резонаторах. Индукционный магнитометр в Баренцбурге может быть использован в активных экспериментах на стенде SPEAR для регистрации возможных эффектов модуляции нагревной волны низкочастотными (герцовыми) колебаниями.
-
физические процессы в нижней ионосфере, включая распределения электронной плотности, состав и фотохимию на высотах D области ионосферы (50-90 км), скорость ветра и напряженность электрического поля в полярной Е области, акустические и гравитационные волны и их предполагаемая связь с землетрясениями и падениями метеоритов. Данные метода частичных отражений используются для исследования ионосферных эффектов на высоких широтах во время космических всплесков гамма-излучений, солнечных затмений, вспышек рентгеновского и корпускулярного излучений Солнца, вторжений высокоэнергичных частиц из магнитосферы. Результаты измерений используются для исследования уникальных физических явлений, таких как серебристые облака и полярное мезосферное эхо, а также волновых возмущений в частично ионизованной мезосферной пылевой плазме.
-
физические и фотохимические явления в атмосферах Земли и планет. Особое внимание уделяется исследованию атмосферы Арктики, которое включает наблюдения и интерпретацию пространственно-временных вариаций параметров тропосферы, влияния антропогенных и космических факторов на динамику малых составляющих атмосферы, динамики атмосферного озона и атмосферного электричества. Новым направлением является моделирование физических процессов в атмосферах планет земной группы на ранней стадии их эволюции.
ПГИ является организатором ежегодного международного семинара «Физика авроральных явлений», который пользуется большой популярностью среди научного сообщества России и зарубежных стран. Семинар проводится в Апатитах в феврале-марте. Программа семинара включает секции по магнитным бурям и суббурям, полярным сияниям, космическим лучам, солнечно-земным связям и т.д. Участие в семинаре можно приятно сочетать с горнолыжным спортом в горах Хибины.