CC BY
30
УДК 550.388.2.:551.594.21
В. И. Кириллов, А. А. Галахов, В. В. Пчелкин
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОЛНЕЧНОГО ЗАТМЕНИЯ НА ЧАСТОТНЫЕ СПЕКТРЫ АТМОСФЕРИКОВ
Аннотация
По данным, полученным на аппаратуре высокоширотной обсерватории Ловозеро, построены амплитудно-частотные характеристики атмосфериков во время солнечного затмения 20 марта 2015 г. Показано, что во время затмения не наблюдается изменений спектров атмосфериков, выходящих за пределы естественной девиации.
Ключевые слова:
атмосферик, солнечное затмение, ионосфера.
V. I. Kirillov, A. A. Galakhov, V. V. Pchelkin
OBSERVATIONS OF VLF ATMOSPHERICS SPECTRA DURING THE SOLAR ECLIPSE
Abstract
Based on the data obtained by the instruments of the Lovozero high latitude observatory, the amplitude frequency characteristics of atmospherics during the solar eclipse of March 20, 2015 have been defined. It has been shown that no significant changes (beyond the limits of natural deviation) in the spectra of atmospherics were observed during the eclipse.
Keywords:
atmospheric, solar eclipse, ionosphere.
Введение
Д-слой ионосферы (высоты менее 90 км) характеризуется как непостоянством самого существования, так и сильной изменчивостью свойств в зависимости от многих факторов, прежде всего от интенсивности рентгеновского и ультрафиолетового излучений Солнца [1-3]. Солнечное затмение - яркий пример масштабного явления, нарушающего регулярную суточную вариацию потока ионизирующего излучения, и, соответственно, резко меняющего параметры ионосферы [4]. В работе [5] были показаны статистически значимые изменения суточной вариации фазы СДВ-сигналов во время затмения 29 марта 2006 г. и показано, что изменения амплитуд регистрируемых сигналов находились в рамках среднесуточных отклонений.
Не лишенным оснований представляется предположение о том, что затмения, приводящие к существенным изменениям условий освещенности на трассах, идущих от мировых центров гроз к высокоширотным пунктам расположения приемников излучений, могут сложным образом менять и регистрируемые спектры атмосфериков. В этой связи нами было выполнено экспериментальное исследование вариаций спектральных кривых атмосфериков во время солнечного затмения 20 марта 2015 г.
Материал и методика исследований
Экспериментальные данные, использованные в работе, были получены с помощью регистрирующей аппаратуры, установленной в высокоширотной
78
обс. Ловозеро (центральная часть Кольского полуострова). В комплект аппаратуры входили:
- антенна, выполненная в виде магнитной рамки и ориентированная в направлении запад-восток;
- приемник ОНЧ-диапазона;
- анализатор спектра, в котором сканирование по спектру происходит за счет последовательного во времени изменения параметров анализирующего фильтра (резонансная частота, добротность) и детектора (постоянная времени).
Данные записываются в бинарные файлы, содержащие время прихода импульсного сигнала, его амплитуду и номер частотного канала (всего 26 частот). Более подробно функциональная схема установки и её составные части описаны в работах [6, 7].
Результаты и обсуждение
Затмение 20 марта 2015 г. длилось с 7:40 UT по 11:50 UT. Максимальная фаза затмения наблюдалась в 09.45 UT. В обс. Ловозеро (центральная часть Кольского полуострова) максимальная фаза составила 0.87 в 10:18 UT. Напомним, что в 9-10 UT наблюдается максимум активности азиатского грозового центра (АзГЦ).
Трасса распространения сигналов от АзГЦ до Кольского полуострова (~ 10 000 км), которая в обычных условиях в это время полностью освещена, оказалась частично затемненной, что и могло, в первую очередь, повлиять на форму спектральной кривой регистрируемых атмосфериков. В обсуждении следует отметить, что затмение происходило на третий день после солнечной вспышки, сопровождавшейся сильной магнитной бурей (LKp = 48) и Форбуш-понижением.
На рис.1а, б, в представлены спектры атмосфериков, полученные по данным регистрации во время затмения за три последовательных 20-минутных интервала времени (штриховая линия). Кроме того, на графиках для сравнения показаны средние спектры (усреднение проводилось за месяц за вычетом дней с геомагнитными возмущениями) с отмеченными среднеквадратичными отклонениями (вертикальные столбики), характеризующими естественную флуктуацию. Из рисунков видно, что во время солнечного затмения в спектрах сфериков не наблюдается существенных изменений, выходящих за пределы естественной девиации.
Отметим, что точный численный расчет ожидаемого эффекта выполнить затруднительно. Такой расчёт, кроме методической части, должен был бы включать в себя как конкретную экспериментальную информацию о распределении грозовой активности в глобальном масштабе с географической привязкой, так и информацию об условиях распространения (поглощении) вдоль трасс прохождения сигналов от мировых центров гроз на момент затмения.
На качественном уровне можно предположить, что инерционность механизмов ионизации не позволила проявиться изменениям условий освещенности в ходе затмения на трассе, существенная часть (~ 60%) которой во время затмения все же оставалась освещенной.
Следует отметить, что в конечной фазе затмения (с 11:00 до 11:20 UT) в диапазоне частот 5.5-7.0 кГц отмечается некоторое систематическое понижение полученной спектральной кривой по сравнению с усредненным
79
спектром. Зафиксированное экспериментально отклонение в этой части спектральной кривой также находится в пределах суточной флуктуации, однако систематичность понижения требует осторожности в суждении о случайности и дальнейшего изучения вопроса.
Рис.1. Средний спектр атмосфериков за три временных интервала: а - 10:20-10:40 UT; б - 10:40-11:00 UT; в - 11:00-11:20 UT. Сплошная линия -спектр сфериков, усредненный за месяц до затмения (вертикальные отрезки -разброс значений от среднего); штриховая линия - спектр атмосфериков
в день затмения
Выводы
Экспериментальные наблюдения спектров атмосфериков, проведенные в условиях Кольского полуострова во время солнечного затмения 20 марта 2015 г. в диапазоне частот 0.6-7.5 кГц, не выявили изменений, которые выходили бы
80
за пределы естественной девиации. Возможным объяснением этому факту может быть инерционность механизмов ионизации, не позволившая проявиться изменениям условий освещенности на трассе, существенная часть (~ 60 %) которой во время затмения оставалась освещенной.
Работа выполнена при поддержке Программы Отделения физических наук РАН «Фундаментальные проблемы электродинамики и волновой диагностики атмосферы».
Литература
1. Альперт Я. Л. Распространение электромагнитных волн и ионосфера. М.: Наука, 1972. 564 с.
2. Харгривс Дж. К. Верхняя атмосфера и солнечно-земные связи. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 290 с.
3. Cummer S. A. Ionospheric D region remote sensing using VLF radio atmospherics // Radio Science. 1998. Vol. 33, Iss 6. P. 1781-1792.
4. Комплексное экспериментальное исследование реакции ионосферы на солнечное затмение 9 марта 1997 г. / Б. Б. Борисов, Д. А. Егоров, Р. Е. Егоров и др. // Геомагнетизм и аэрономия. 2000. Т. 40, № 3. С. 94-103.
5. Каримов Р. Р., Козлов В. И., Муллаяров В. А. Особенности вариации характеристик ОНЧ-сигналов при прохождении лунной тени по трассе в период солнечного затмения 29 марта 2006 г. // Геомагнетизм и аэрономия.
2008. Т. 48, № 2. С. 250-254.
6. Галахов А. А., Ахметов О. И., Кириллов В. И. Аналоговый анализатор спектра атмосфериков КНЧ-ОНЧ-диапазонов на программируемых интегральных схемах // Приборы и техника эксперимента. 2015. № 1. С. 146-150.
7. Галахов А. А., Ахметов О. И. Комплекс аппаратуры для регистрации импульсной компоненты электромагнитного поля диапазона очень низкой частоты // Приборы и техника эксперимента. 2011. № 3. С. 136-142.
Сведения об авторах
Кириллов Вячеслав Игоревич,
младший научный сотрудник, Полярный геофизический институт, г. Апатиты, kirillov_v@pgia. ru
Пчелкин Владимир Викторович,
к.физ.-мат.н., научный сотрудник, Полярный геофизический институт, г. Апатиты, pchelkin@pgia.ru
Галахов Алексей Александрович,
ведущий электроник, Полярный геофизический институт, г. Апатиты, galex@pgia.ru
81
