Кафедра Космической физики и экологии

Сотрудники кафедры КФиЭ
Кафедра космической физики и экологии (кафедра №7) радиофизического факультета ТГУ ведет подготовку:
по направлению 03.03.03 – радиофизика (степень – бакалавр), срок обучения – 4 года;
по направлению 03.04.03 – радиофизика (степень – магистр), срок обучения – 2 года.

Кафедра космической физики и экологии (Web-сайт кафедры) является самой молодой на радиофизическом факультете Томского государственного университета. Приказ о её образовании был подписан 8 мая 1996 года ректором ТГУ профессором Г.В. Майером. Она выделилась из кафедры радиофизики радиофизического факультета ТГУ, организатором кафедры является профессор Колесник Анатолий Григорьевич.
Основными научными направлениями работы кафедры являются физика солнечно-земных связей, радиофизические и оптические методы дистанционного зондирования окружающей среды, физические процессы в верхней атмосфере и ионосфере, процессы переноса удерживаемого ионосферной плазмой электромагнитного излучения в окружающей среде, процессы генерации и распространения электромагнитных волн в околоземном пространстве, атмосферный инфразвук и проблемы акустической экологии, физические и биофизические аспекты низкочастотной электромагнитной экологии. В основе этих направлений лежат три составных части – радиофизика, геофизика, биофизика.

Развитие радиофизики в Томске восходит к деятельности профессора ТГУ Ф.Я. Капустина, использовавшего методы пассивной радиолокации для исследования влияния солнечного затмения на грозовую активность. Далее, в 20-е годы XX века,  в университете была открыта кафедра электромагнитных колебаний, в 1928 году основан Сибирский физико-технический институт (СФТИ), а в начале 50-х годов -радиофизический факультет и кафедра радиофизики.
Становление и развитие геофизических исследований верхней атмосферы и околоземного космического пространства тесно связано с именем профессора В.Н. Кессениха. Под его руководством разработана и создана (в 1936 г.) первая на территории России и стран СНГ регулярно действующая ионосферная станция. Исследования верхней атмосферы и ионосферы перешли от этапа единичных и весьма разнородных экспериментов к планомерному накоплению экспериментальных данных, их обработке и обобщению. Им же была сформулирована программа исследований околоземного космического пространства: верхней атмосферы и ионосферы на десятилетия вперед. С течением времени тематика ионосферных исследований становилась более масштабной – вначале рассматривались вопросы морфологии ионосферы, затем на первый план вышли вопросы математического моделирования процессов в верхней атмосфере и ионосфере. Постановка и решение проблемы самосогласованного математического описания околоземной плазмы принадлежат организатору кафедры профессору А.Г. Колеснику. Это направление, активно развивавшееся в СФТИ при ТГУ и на кафедре радиофизики, в настоящее время продолжает развиваться на кафедре космической физики и экологии.
Осознание роли электромагнитного поля КНЧ-диапазона как одного из физических полей, окружающих Землю, в развитии и поддержании жизни на планете привело к формированию научного направления «Электромагнитная экология». Идея постановки работ по проблеме «Электромагнитная экология» и их развитие на кафедре космической физики и экологии принадлежат профессору А.Г. Колеснику. Данное направление базируется, в том числе, на результатах многолетних исследований закономерностей биологического действия низкочастотных электрических и магнитных полей действующей с 1967 г. в СФТИ лаборатории бионики, возглавляемой Геннадием Федоровичем Плехановым. На основе многолетних данных синхронного мониторинга и созданной математической модели сотрудниками кафедры установлены закономерности пространственно-временного распределения характеристик электромагнитного поля в окружающей среде в зависимости от гелиогеофизической обстановки. Эти результаты используются в решении проблемы поиска механизмов солнечно-земных связей и влияния электромагнитного поля как одного из физических полей околоземного пространства на окружающую среду и биологические объекты.

При подготовке специалистов - радиофизиков-экологов - на первом этапе (подготовка бакалавров) в учебном плане, при выборе специальных дисциплин, основной акцент сделан на специальные курсы, где главным является  развитие целостной картины окружающего мира, овладение методами и средствами диагностики и контроля состояния окружающей среды. Учебные планы на втором (подготовка магистров) уровне предусматривают три основных блока специальных курсов для углубленного фундаментального образования: специальные вопросы экологии, включая вопросы электромагнитной экологии; методы дистанционной диагностики состояния окружающей среды по следующей схеме: методы измерений – диагностика – экологическая экспертиза; математическое моделирование и методы прогнозирования катастроф. Наряду с традиционными факторами загрязнения окружающей среды, в специальные курсы включены вопросы, посвященные воздействию излучений различной природы на окружающую среду, а также загрязнению окружающей среды электромагнитными волнами. Спецкурсы сопровождаются практическими и семинарскими занятиями и циклами лабораторных работ с использованием самых современных научно-технических комплексов, в том числе уникальных экспериментальных установок. Кафедра обеспечивает чтение потоковых курсов радиофизического факультета ТГУ «Астрофизика» и «Экология». Для подготовки специалистов и магистров по специализации кафедры читаются следующие спецкурсы: «Волны в околоземной плазме», «Статистические методы в экологии», «Биофизика», «Электромагнитная экология (физические основы)», «Солнечно-земная физика», «Радиофизические измерения в экологии», «Оптическая диагностика окружающей среды», «Радиофизическая диагностика окружающей среды», «Акустические методы в экологии», «Ионизирующее излучение в экологии», «Электромагнитная экология (биофизические основы)». На кафедре ведется подготовка аспирантов по научному направлению 03.06.01 – «Физика и астрономия».

Материальной базой кафедры являются научно-технические комплексы с соответствующим методическим обеспечением научно-исследовательских, лабораторных и практических работ. В их числе станция вертикального импульсного зондирования ионосферы (работает в режиме мониторинга с 1936 года, включена в «Перечень уникальных экспериментальных установок национальной значимости»); уникальный аппаратно-измерительный комплекс мониторинговых измерений характеристик электромагнитных излучений окружающей среды (включает установку измерения спектральных характеристик в КНЧ диапазоне (от 0.01 до 40 Гц); установка измерения спектральных характеристик в диапазоне гармоник промышленной частоты (от 5 Гц до 1 кГц); установка измерения уровня электромагнитного фона в НЧ, СЧ, ВЧ и УВЧ диапазонах (от 30 кГц до 60 МГц); установка измерения спектральных характеристик КНЧ-модуляции в ВЧ сигналах, проходящих через ионосферный канал связи); трехкомпонентная  магнитовариационная станция по регистрации вертикальной, восточной и северной компонент геомагнитного поля в диапазоне частот от 0.01 до 20 Гц); измерительно-вычислительный комплекс инфразвукового фона (в диапазоне частот от 0.01 до 40Гц); уникальный аппаратно-измерительный комплекс психофизиологического состояния организма человека (содержит мониторы суточной регистрации электрокардиограммы, артериального давления, электрической активности мозга человека); автоматизированная метеорологическая станция; мобильный измерительно-вычислительный комплекс для регистрации акустических и электромагнитных полей городской среды; измерительная лаборатория для проведения экспериментальных работ по воздействию слабых акустических шумов на организм человека, оснащенная средствами генерации и регистрации акустических полей. Вся регистрируемая в режиме круглосуточного, круглогодичного мониторинга первичная информация оцифровывается, записывается и хранится в тематических базах данных, текущая зарегистрированная информация после первичной обработки отображается в сети Internet в Системе комплексного мониторинга. Помимо этого, в учебном процессе используется научная и производственная база Института оптики атмосферы СО РАН, Комитета по защите окружающей среды и природным ресурсам Томской области, малого инновационного предприятия «ТОМИОН», в том числе с возможностью прохождения учебной практики студентами кафедры.

Малое инновационное предприятие ООО «ТОМИОН», одно из ведущих отечественных предприятий в области разработки, производства и поставки современных автоматизированных сетевых цифровых ионозондов, образовано в 2012 году по инициативе заведующего кафедрой космической физики и экологии Сергея Анатольевича Колесника. В настоящее время ионозонд «ТОМИОН» является единственной в мире полностью цифровой системой радиозондирования ионосферы. Ионозонды «ТОМИОН» внесены в Государственный реестр средств измерений (с присвоением знака качества), неоднократно награждались на отечественных и международных выставках (Диплом 1 степени с вручением золотой медали на Международной выставке изобретений «INVENTIONS GENEVA», Швейцария, Женева, 2015; Дипломы с присвоением золотой и платиновой медали форума и выставки «Точные измерения – основа качества и безопасности», Россия, Москва, 2017 и 2019 гг., и т.д.).

По результатам проводимых исследований сотрудниками кафедры сделано большое количество докладов на международных конференциях, опубликовано большое количество статей. Характерной чертой многих публикаций является активное участие в них студентов, магистрантов и аспирантов. Студенты, аспиранты и молодые ученые кафедры неоднократно побеждали в конкурсах научно-исследовательских работ, становились победителями конкурса на назначение стипендии губернатора Томской области, стипендии Президента Российской Федерации, становились лауреатами премии Томской области в сфере образования, науки, здравоохранения и культуры, побеждали в программе поддержки талантливой молодёжи УМНИК, выигрывали гранты Российского фонда фундаментальных исследований на реализацию научных проектов.

Кроме того, студенты имеют возможность развивать собственные инициативные проекты с использованием материально-технической базы кафедры. Так, например, студент-радиофизик Андрей Косторной под руководством доцента Сергея Владимировича Побаченко создают прибор для стимуляции фантомных прикосновений, ударов и ощущений. Проект был поддержан программой «УМНИК» Фонда содействия инновациям. Подробнее...

Аспиранты Марина Апряткина и Дмитрий Тужилкин, студент Максим Соколов совместно с коллегами из Горно-Алтайского государственного университета участвовали в экспедиционном исследовании в Горном Алтае с целью исследования влияния неоднородностей магнитного поля зон активных геологических разломов на динамику функционального состояния организма человека. Проект был поддержан грантами Российского фонда фундаментальных исследований. В дальнейшем Максим Соколов в рамках обучения в магистратуре продолжил эти исследования на территории Крымского полуострова.
 
Знания, полученные студентами на кафедре космической физики и экологии, способствуют быстрой адаптации выпускников в различных областях науки и техники, связанных с радиофизикой. Выпускники кафедры работают в областях, связанных с электроникой, приборостроением, связью, измерительной и вычислительной техникой – в научно-исследовательских организациях, на промышленных предприятиях, IT-компаниях, образовательных учреждениях, в частности – АО «Национальный центр космических исследований и технологий» (г. Нур-Султан), ООО «НТЦ Амплитуда» (г. Зеленоград), ОАО «УПКБ Деталь» (г. Каменск-Уральский), ФГУП «Госкорпорация по ОрВД» (г. Кемерово), Объединенный институт ядерных исследований (г. Дубна), Институт оптики атмосферы СО РАН, АО «НИИПП», НПФ «Микран», АО «НПЦ «Полюс», ПАО «Ростелеком» и других.

В 2020 году кафедра совместно с Институтом оптики атмосферы СО РАН проводит очередную, XIV Международную Школу молодых ученых «Физика окружающей среды» им. А.Г. Колесника. Традиционно Школа собирает вместе молодых ученых и представителей ведущих научных школ.

В сложившемся формате Школы молодые ученые представляют доклады по современным направлениям физики окружающей среды, обмениваются опытом, слушают лекции ведущих ученых по фундаментальным и прикладным проблемам физики, технологии и инновационного развития, участвуют в работе дискуссионных круглых столов. В работе Школы активное участие принимает профессор-консультант кафедры космической физики и экологии, лётчик-космонавт СССР, дважды Герой Советского Союза Владимир Александрович Джанибеков.