Наблюдения спектров атмосфериковв условиях высоких широт во время Форбуш-эффекта Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 537.874.37:537.86.029

А. А. Галахов, О. И. Ахметов

НАБЛЮДЕНИЯ СПЕКТРОВ АТМОСФЕРИКОВ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ ШИРОТ ВО ВРЕМЯ ФОРБУШ-ЭФФЕКТА

Аннотация

По данным, полученным на аппаратуре высокоширотной обсерватории Баренцбург, построены амплитудно-частотные характеристики атмосфериков во время Форбуш-эффекта 21 декабря 2014 г. Показано, что при Форбуш-эффекте наблюдаются изменения спектров атмосфериков, выходящие за пределы естественной девиации.

Ключевые слова:

атмосферик, ионосфера, Форбуш-эффект.

A. A. Galakhov, O. I. Akhmetov

OBSERVATIONS OF THE ATMOSPHERICS SPECTRUM DURING FORBUSH DECREASE IN THE HIGH LATITUDES

Abstract

Based on the data obtained by the instruments of the Barentsburg high latitude observatory, the amplitude frequency characteristics of atmospherics during the Forbush decrease of December 21, 2014 have been defined. It has been shown that significant changes (beyond the limits of natural deviation) in the spectra of atmospherics were observed during the eclipse.

Keywords:

atmospheric, ionosphere, Forbush decrease. Введение

В настоящее время известно, что регистрируемые спектры атмосфериков несут информацию о работе молниевых источников, а также о трассе распространения сигнала [1, 2]. При этом на амплитудно-частотные характеристики атмосфериков основное влияние оказывают стенки волновода, главным образом D-слой ионосферы [3], который характеризуются своей изменчивостью в зависимости от гелиогеофизических факторов, таких как интенсивность рентгеновского и ультрафиолетового излучения Солнца [4]. Галактические космические лучи (ГКЛ), равно как солнечный ультрафиолет и радиоактивные газы, являются основными источниками ионизации, действующими в атмосфере Земли [5]. Согласно работе [6], наблюдается прямая зависимость между значениями геомагнитного порога и интенсивностью образования ионных пар. Это, в свою очередь, приводит к тому, что в области полярных широт влияние галактических космических лучей вследствие близкого к нормальному к поверхности направлению геомагнитного поля может простираться вплоть до самой Земли [7]. В связи с вышеизложенными фактами вызывает научный интерес поведение амплитудно-частотных спектров атмосфериков в полярных областях в периоды значительных вариаций ГКЛ, в частности, во время Форбуш-эффекта.

В данной работе приведены спектры атмосфериков, зарегистрированных на обсерватории Баренцбург (78,08^ 14,22Е) Полярного геофизического института. Техническое описание, используемое в данном проекте анализатора спектров атмосфериков (АСА), приведено в работах [8-10].

Экспериментальные данные и обсуждение

Нейтронный монитор регистрирует в основном вторичные потоки частиц, вызванные столкновениями космических лучей с атмосферными газами, и его данные дают представление только об относительной вариации интенсивности космических лучей [11, 12]. Поэтому на графике (рис. 1) вариации космических лучей представлены отклонением в процентах от средней скорости счета монитора.

17 13 13

Время [ЧЧ1

Рис. 1. Вариации космических лучей, представленные отклонением в процентах от средней скорости счета нейтронного монитора

По экспериментальным данным, полученными при помощи АСА, были построены спектры атмосфериков. На рис. 2 представлен частотный спектр атмосфериков, зарегистрированный на обсерватории Баренцбург в 21:00 иТ во время Форбуш-эффекта 21 декабря 2014 г. и усредненный за несколько смежных дней со стандартным отклонением.

На рис. 3. представлены временные вариации амплитуды атмосфериков в выделенных частотных полосах с центральными частотами 2091, 3601 и 4641 Гц для данных усредненных за несколько дней смежных с 21 декабря и для времени Форбуш-понижения.

По спектрам, представленным на рис. 2, видно, что в диапазоне частот 1400-5200 Гц амплитуды атмосфериков во время Форбуш-эффекта превышают как сами усредненные за смежные дни значения, так и стандартное отклонение для них. Это говорит о том, что показанное на рисунке отклонение значительно превышает обычную девиацию амплитуд, характерную для невозмущенных условий. Рис. 3., представляющий временные вариации амплитуд в трех частотных полосах из рассматриваемого диапазона, совместно с рис. 1 ясно показывают, что амплитудный эффект от Форбуш-понижения, представленный на рис. 2, не является следствием случайного всплеска неизвестной природы, а эволюционирует во времени совместно с развитием Форбуш-понижения.

Рис. 2. Спектр атмосфериков, зарегистрированный на обсерватории Баренцбург в 21:00 UT во время Форбуш-эффекта 21 декабря 2014 г. и усредненный за несколько смежных дней спектр со стандартным отклонением

Рис. 3. Временные вариации амплитуды атмосфериков в выделенных частотных полосах с центральными частотами 2091, 3601 и 4641 Гц для данных, усредненных за несколько дней, смежных с 21 декабря, и для времени Форбуш-понижения

Заключение

По экспериментальным данным показана реакция амплитуды

атмосфериков в диапазоне 1400-5200 Гц на Форбуш-эффект 21 декабря 2014 г.

Работа выполнена при поддержке Программы Президиума РАН

«Фундаментальные проблемы электродинамики и волновой диагностики

атмосферы».

Литература

1. Смирнов В. В. Ионизация в тропосфере. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 312 с.

2. Ermakov V. I. Ion balance equation in the atmosphere / V. I. Ermakov ^t al.] // J. Geophis. Res. 1997. V. 102. P. 23413-23419.

3. Ратклифф Дж. А. Введение в физику ионосферы и магнитосферы. М.: Мир, 1975.296 с.

4. Ahluwalia H. S., Dorman L. I. Transverse cosmic ray gradients in the heliosphere and solar diurnal anisotropy // J. Geophis. Res. 1997. V. 102. P. 17433-17443.

5. Alanko K. Heliospheric modulation strength: effective neutron monitor energy / K. Alanko [tf; al.] // Adv. Space Res. 2003. V. 32, No. 4. P. 615-620.

6. Cummer S. A., Inan U. S., Bell T. F. Ionospheric D region remote sensing using VLF radio atmospherics // Radio Science. 1998. No. 33. P. 1781.

7. Ахметов О. И. Влияние космических лучей на ионизацию в тропосфере высоких широт в течение года // Геомагнетизм и аэрономия. 2009. Т. 49, № 5. С.695-699.

8. Галахов А. А., Ахметов О. И. Комплекс аппаратуры для регистрации импульсной компоненты электромагнитного поля очень низкой частоты // Приборы и техника эксперимента. 2011. № 3. C. 136-142.

9. Галахов А. А., Ахметов О. И., Кириллов В. И. Регистрация ортогональных магнитных компонент импульсной составляющей электромагнитного поля ИНЧ-ОНЧ-диапазона на архипелаге Шпицберген // Приборы и техника эксперимента. 2013. № 6. С. 69-73.

10. 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.

11. Александров М. С. Флуктуации электромагнитного поля Земли в диапазоне СНЧ: монография / М. С. Александров [и др.]. М.:Наука, 1972. 196 с.

12. Альперт Я. Л. Распространение электромагнитных волн и ионосфера. М.: Наука, 1972. 563 с.

Сведения об авторах

Галахов Алексей Александрович

ведущий электроник, Полярный геофизический институт, г. Апатиты E-mail: galex@pgia.ru

Ахметов Олег Иршатович

к. ф.-м. н., научный сотрудник, Полярный геофизический институт, г. Апатиты E-mail: akhmetov@pgia.ru