CC BY
11PHYSICS AND MATHEMATICS
НАБЛЮДЕНИЯ ТВИК-АТМОСФЕРИКОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ ОТ УДАЛЕННЫХ ГРОЗОВЫХ
ОЧАГОВ
Горишняя Ю.В.
Научный сотрудник
Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАН Украины, Харьков,
OBSERVATIONS OF THE TWEEK-ATMOSPHERICS FROM REMOTE THUNDERSTORMS
Gorishnya Yu.
Researcher O.Ya. Usikov Institute for Radiophysics and Electronics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov,
АННОТАЦИЯ
Твик-атмосферики (твики), наряду с радиопросвечиванием волнами ОНЧ-радиостанций, используются для изучения нижней ионосферы. Однопозиционный метод локации молний и оценки высот отражения СНЧ-волн в нижней ионосфере по сигналам твиков был введен в вычислительный алгоритм. Он применялся для картографирования очагов гроз и оценки суточного хода эффективной высоты отражения. Использовались экспериментальные записи большого числа твиков, сделанные в 2019 г. на антарктической станции «Академик Вернадский». Показано значительное различие спектров твиков от удаленных очагов для восточного и северного азимутов прихода, процент твиков с 2-й гармоникой составлял 45.. .85% для твиков из Южной Африки и 0.10% для трасс из экваториальной области Атлантического океана. Сделано предположение, что эффект невзаимности распространения СНЧ-ОНЧ волн в направлениях восток - запад и запад - восток проявляется в таком различии.
ABSTRACT
Tweek-atmospherics (tweeks), along with radio transmission by VLF radio stations, are used to study the lower ionosphere. The single position method for lightning location and estimation of the ELF waves reflection heights in the lower ionosphere by tweeks has been implemented into the computational algorithm. It has been applied to map the foci of thunderstorms and evaluate the diurnal variation of the effective reflection height. The large ensemble of experimental records of tweeks, obtained in 2019 at antarctic "Academic Vernadsky" station, is made use of. A significant difference in the spectra of tweaks from remote foci for the eastern and northern azimuths has been shown, the percentage of tweaks with the 2nd harmonic is obtained 45...85% for tweaks from South Africa and 0...10% for paths from the equatorial region of the Atlantic Ocean. It has been suggested that the effect of east-west and west-east propagation non-reciprocity of ELF-VLF waves is manifested in such differences.
Ключевые слова: диагностика нижней ионосферы, СНЧ - ОНЧ радиоволны, твик-атмосферики, локация молний.
Keywords: lower ionosphere diagnostic, ELF - VLF radiowaves, tweek-atmospherics, lightning location.
Электромагнитное импульсное излучение, возбуждаемое грозовыми разрядами, имеет максимум спектральной плотности в диапазонах сверхнизких частот (СНЧ, 3.3000 Гц) и очень низких частот (ОНЧ, 3.30 кГц). Полость Земля-ионосфера служит волноводом для электромагнитных волн в данных частотных диапазонах. В ночное время часто наблюдаются так называемые твик-ат-мосферики, или твики. Для них характерна большая длительность, чем у дневных атмосфериков, достигающая 10.100 мс. На спектрограмме твика начальная часть представляет собой линейно поляризованный широкополосный сигнал, затем наблюдается ряд отдельных гармоник, мгновенные частоты которых спадают, асимптотически приближаясь к примерно кратным частотам отсечки волновода. Наряду с радиопросвечиванием волнами ОНЧ-радиостанций, использование этих природных сигналов позволяет изучать область ионосферы на высотах 60.90 км с низкой концентрацией электронов (106.109 м -3).
Усовершенствованная модификация однопо-зиционного (т.н. «харьковского») метода для локации молний и оценки высоты нижней ионосферы при помощи твик-атмосфериков описана детально в работах [1, с. 53], [2, с. 40]. Этапами модифицированной методики являются - вычисление динамических спектров (сонограмм) сигнала по его реализациям переменной длины, определяемой по предварительным оценкам параметров трассы данного твика; вычленение гармоник сигнала в сонограмме и автоматический подбор параметров твика, дающих удовлетворительные аппроксимации наблюдаемых гармоник твика для одной из трех компонент сигнала. Алгоритм [1, с. 53], [2, с. 40] был протестирован на модельных сигналах твик-атмосфериков, показано, что вплоть до дальностей до источника 8 Мм он дает хорошее соответствие модельных и вычисленных параметров трассы твика [2, с. 40], [3, с. 289]. Оценки высот отражения в ионосфере для первой (фундаментальной) и высших гармоник, оценки параметров поляризации сигнала твика про-
изводились данным методом в ряде работ на массиве экспериментальных записей твиков [4, с. 20], полученных в тропических районах в ходе плавания исследовательского судна «Академик Вернадский» в 1991 г. Однако источники твиков (молнии) определялись не далее 4,5 Мм на материале этого массива. На антарктической станции «Академик Вернадский» весной 2019 г. накоплена [5, с. 182] база экспериментальных записей твик-атмосфери-ков с дальностями до источников более 3 Мм. Твики наблюдаются в течение времени, когда на станции приема локальная ночь.
В пределах частот 1,6...20 кГц у экспериментальных записей твик-атмосфериков выявляются до 9 гармоник. На экспериментальном материале ранее показано, что при расстояниях до источника более 1,5 Мм твики имеют в составе спектра 2.4 гармоники [4, с. 20]. Соотношения параметров отражения и затухания в нижней ионосфере, а также уровня фонового шума приводят к тому, что для расстояний от источника до приемника порядка 10 Мм гармоники твика, кроме фундаментальной, как правило, не наблюдаются.
В цель настоящей работы входит морфологический анализ результатов работы метода [1, с. 53] для дальностей свыше 7,5.8 Мм, и изучение выявленных особенностей спектрального состава СНЧ-ОНЧ излучения в пределах групп твиков.
1. Данные и методы обработки. Получив динамический спектр (сонограмму) твик-атмосфе-рика для частот <25 кГц по реализациям переменной длины, в ходе дальнейшей работы вычислительный алгоритм (с вероятностью, меньшей 1) обнаруживает в нем первую (фундаментальную) гармонику и гармоники более высокого порядка, в том случае, если они присутствуют в сигнале. Для каждого твик-атмосферика вычисляется пара значений [к, Б], определенная по всем доступным для обработки гармоникам, где к - средняя эффективная высота отражающего слоя в нижней ионосфере вдоль трассы твика, и Б - дальность до источника твика. Также вычисляются по отдельности эффективные высоты и дальности до источника, попарно определяемые по частотной дисперсионной зависимости каждой гармоники твика.
Трехкомпонентные записи поля твиков получены как набор реализаций длиной 40 мс. Интенсивность работы грозовых очагов зачастую приводит к наложению сигналов, после грозового разряда, импульсное излучение от которого превысило пороговое значение и послужило причиной начала записи. Такие наложения твик-атмосфериков оказываются помеховым сигналом друг другу, и препятствуют получению оценок параметров по данной записи.
Антарктическая станция «Академик Вернадский» расположена около полярного круга, на 65°14'44" ю. ш., 64°15'28" з. д. (Геомагнитные координаты на 2019 г. 55,7°S и 6,3°Е). Ближайшим к ней является мировой грозовой центр в тропиках Южной Америки. Также ряд трасс твиков пересекают Атлантический океан, имея источники в тропиках Африки по побережью Гвинейского залива,
либо в южных районах Африки и Мадагаскаре. Приём твиков с западными азимутами редок. Наблюдаются и нерегулярные ночные грозовые очаги над Атлантическим океаном меньшей мощности и непостоянной природы, связанные с локальными погодными явлениями.
Общее число полученных записей составляет до 30 000 за ночь. Для примера, в течение часа (время с 4 до 5 часов по универсальному времени 1 марта 2019 г.) полное число записей составляло 1355, но лишь около трети их относятся к твикам, на прочих записаны атмосферики, имеющие спектры иного характера. Для исследования выбран отрезок времени в период вблизи равноденствия, с 23 февраля по 5 марта 2019 года. Магнитные штормы в этот период отсутствовали (трехчасовой планетарный индекс Kp < 5). Днем 27.02.2019 наблюдалась слабая солнечная вспышка, которая послужила причиной возмущенной магнитосферы в ночи на 28 февраля и 1 марта (индекс Kp = 3+...4+, однократно достигал 5). Привлекая данные за эти двое суток для сравнения, укажем, что полное число наблюденных твиков за 28.02.2019 составило 452, твиков за всю ночь на 1 марта - 1775 записей. В ночи в условиях спокойной и слабовозмущенной магнитосферы число записанных твиков было от ~ 1500 (23.02.2019, 4.03.2019) до 6700 (за 25.02.2019), для 2.03.2019 - 2329, в остальных случаях порядка 3300.3700 за ночь.
2. Анализ полученных результатов. Использование записи трех компонент поля твиков (двух магнитных, Вр и В9 , и одной электрической Ez) позволяет определить истинный (в пределах 0....360°) азимут прихода твик-атмосфериков, и, после вычисления дальностей до источников твиков, картографировать их. Изучив данные за какой-либо интервал времени (например, час, несколько часов, или полную ночь), выделим группы твиков, порожденных общим грозовым очагом, близкие по дальностям и азимутам.
Для этого применяется процедура основанной на плотности пространственной кластеризации для приложений с шумами (Density-based spatial clustering of applications with noise, DBSCAN) [6, c. 226]. Алгоритм DBSCAN предложен в 1996 году как решение проблемы разбиения (изначально пространственных) данных на кластеры произвольной формы. Большинство алгоритмов, производящих плоское разбиение, создают кластеры, по форме близкие к сферическим, так как минимизируют расстояние документов до центра кластера. Авторы DBSCAN экспериментально показали, что их алгоритм способен распознать кластеры различной формы. DBSCAN требует задания двух параметров: расстояния е и минимального числа точек N (в данном случае задано N=7), которые должны образовывать плотную область в е-окрестности каждой точки кластера.
Для пункта приема в Антарктиде грозовой очаг близ бразильского побережья (где наблюдаются климатические максимумы гроз), связанный с особенностями рельефа Бразильского нагорья, оказывается полосой, вытянутой вдоль «луча зрения».
Варьируя расстояние е, используемое как критерий кластеризации, можно добиться более детального разбиения групп твиков.
Для групп из >20 экземпляров доступно вычисление средних по очагу характеристик. Мощные грозовые очаги дают возможность проследить временной ход эффективной высоты отражения СВЧ-волн от нижней ионосферы. Такая величина является интегральной по всей длине трассы твика.
На Рис. 1 приведен пример, который демонстрирует расположение на карте кластеров источников твиков (молний), выделяемых автоматически в итоге работы алгоритма, за 5 марта 2019 г. (критерий кластеризации - расстояния менее 280 км в пределах группы источников). Цифры указывают число твиков от очага, крестами указаны источники твиков. Пунктиром нанесены линии равного азимута и равной дальности от пункта приема.
Нх Твиков: 37 0 9 2019/03/05
Результаты обработки магнитной компоненты, параллельной плоскости падения излучения (основная часть алгоритма), даны на Рис. 1,а, то же для магнитной компоненты, перпендикулярной плоскости падения - на Рис. 1,б.
На более чем 3000 экземпляров записей определены твики с началом трасс от тропиков Южной Америки и экваториальной Атлантики. Локальный очаг грозы наблюдался в Атлантике. Очаги с десятками источников в кластере выделены по Гвинейскому заливу, и ~200 атмосфериков достигло точки приема в первую половину локальной ночи для станции «Академик Вернадский», происходя из Южной Африки. Источники десятков твиков спроецированы на африканскую область гроз, от побережий Индийского и Атлантического океанов, однако не были сгруппированы в кластеры.
Д ожога,
а) б)
Рис. 1. Источники твик-атмосфериков в течение ночи 5 марта 2019 г.
Суточный ход эффективной высоты отражения по наличным данным соответствует ранее известным результатам, а именно наблюдается рост высоты И в начале ночи на 3.4 км, и после локальной полуночи умеренный спад И либо примерно одинаковый уровень, в зависимости от конкретной обстановки. На Рис. 2 показаны такие данные для групп твиков от 5 марта с расстояний 6,4 Мм, 5 Мм и 8 Мм, имеющих азимуты прихода ~33°, ~67° и ~ 100° соответственно. Приведены оценки по 1 -й и 2-й гармоникам (кресты), и они же, усредненные за
15 мин (сплошная и прерывистая линии). Параметр кластеризации е был равен 140 км, 260 км и 260 км. В Южной Африке (Рис. 2,в) и в районе севернее островов Тристан-да-Кунья (Рис. 2,б) в момент около 23:30 ит за 4 марта, когда через приемную станцию прошел терминатор и возникли условия, позволяющие прием твиков, локальная ночь уже наступила. После 3:30 ит 5 марта наступает восход солнца для африканского очага, а около 6:30 ит для региона, соотнесенного с источниками твиков для Рис. 2,б.
00:00 02:24 04:48 07:12
Мировое время, ч.
а)
Мировое время, ч. Мировое время, ч.
^ в) Рис. 2 Вариации эффективных высот отражения по оценкам, полученным от твиков из очагов гроз за 5 марта 2019; координаты центров кластеров - 10 ю.ш. 36 з.д. (а), 32 ю.ш. 15 з.д. (б) и 23 ю.ш. 27 в.д. (в).
Оцененные дальности до грозовых очагов (< 8 Мм) находятся в пределах области надежного вычисления оценок дальностей и высот данным алгоритмом. Тем не менее, большие расстояния между грозовыми разрядами, источниками сигнала, и приемной станцией вносят сложности иного рода, когда источник и приемник расположены в разных часовых поясах. Процесс ионизации атмосферы на высотах отражения ночью связан с зенитным углом солнца (>90°), на величину которого солнце опускается ниже горизонта. К примеру, для ситуации Рис. 2,в, зенитный угол растет над приемником и снижается над источниками. Этот эффект был бы максимальным для трасс, пролегающих наиболее близко к параллелям, с азимутом 120.150° (восточное направление) или 210.240° (западное направление), при данном месте приема в Антарктике. С другой стороны, в сезон произведения записей, близкий к равноденствию, линия терминатора примерно соответствует меридиану. Таким образом, для случая распространения с севера оценки по твикам наиболее свободны от влияния разницы локального времени.
На Рис. 2,а обнаруживается рост эффективных высот, и с 2 ч до 7 ч локального времени снижение на ~3 км, на Рис. 2,б видно постепенное снижение на ~ 1,5.2 км с 2 ч до 5 ч. Общий ход зависимости
от времени на азимуте 100° также убывающий (Рис. 2,в), но в пределах ~ 1 км.
Можно предварительно заключить, что использование однопозиционного метода локации молний и оценки высоты нижней ионосферы по твикам, при выборе точки приема в околополярной области, позволяет в значительной мере охватить мониторингом два мировых очага (из трех) грозовой активности.
При дальностях более 8 Мм точность полученных оценок убывает, и на данном этапе исследований целесообразно ограничиться морфологическим анализом, не обращаясь к оценкам эффективных высот отражения к. Особенности работы алгоритма [1, с. 53] приводят к несколько завышенным значениям к и Б при больших дальностях. Предположив погрешность оценок дальностей ±500 км (5.6%) [3, с. 289], величину 7,5 Мм выберем как нижний предел расстояния до «далекого очага».
По СНЧ - ОНЧ записям в каждую ночь наблюдений за указанный период времени выявляются очаги гроз, оценки дальностей до которых превышают 7,5 Мм, кроме вышеупомянутого периода солнечной вспышки.
В Таблице 1 приведен список «далеких» от пункта приёма кластеров источников твиков за этот период, координаты центра кластера и диапазон
азимутов для каждого. Приведены также число тви-ков, у которых получены оценки параметров трассы по 1-й, по 2-й, и по 3-й гармоникам, и процент твиков по кластеру, у которых выявляется 2-я
гармоника. Хотя работа алгоритма не является полностью стабильной, статистическое соотношение найденных и не найденных оценок для примерно одинаковых расстояний не должно зависеть от направления прихода твика. _Таблица 1
Дата Параметр кла- Координаты центра Азимут, ° Дальность до центра очага, Мм Число твиков (1 гармоника) Число тви-ков (2 гармоника) Число тви-ков (3 гармоника) 2-я к 1-й,
стеризации, км кластера, ° %
23/02 220 9 с.ш. 21,5 з.д. 40. .45 9 67 7 - 10,4
24/02 280 7 с.ш. 25 з.д. 38. .41 8,7 39 3 - 7,7
25/02 380 22 ю.ш. 29 в.д. 100. .104 8 80 37 - 46,2
25/02 380 18 ю.ш. 42 в.д. 107. .111 8,4 25 14 - 56
25/02 220 6,5 с.ш. 28 з.д. 32. .42 8,3 154 11 - 7,1
27/02 240 23 ю.ш. 46 в.д. 115. .120 8,6 21 8 - 38,1
27/02 240 28 ю.ш. 32 в.д. 105. .110 7,6 344 293 29 85,2
27/02 340 11 с.ш. 18 з.д. 40. .48 9,3 101 0 - 0
27/02 240 7 с.ш. 32 з.д. 30. .38 8,5 20 4 - 20
2/03 360 18 с.ш. 90 з.д. 332. .335 9,4 30 0 - 0
3/03 280 9,5 с.ш. 21 з.д. 37. .50 9 131 0 - 0
3/03 280 0 с.ш. 32 з.д. 30. .38 7,6 10 0 - 0
3/03 280 19 ю.ш. 29 в.д. 97. .105 8,3 158 113 - 71,5
3/03 400 3 с.ш. 12 в.д. 75. .78 9,5 12 0 - 0
4/03 280 5 с.ш. 2 з.д. 60. .65 9,2 8 0 - 0
4/03 280 10 с.ш. 30 з.д. 35. .40 9,3 41 5 - 12,2
4/03 280 5 с.ш. 42,5 з.д. 20. .25 8,1 31 0 - 0
5/03 260 12 ю.ш. 30 в.д. 97. .100 9 11 5 - 45,4
5/03 260 23 ю.ш. 27 в.д. 97. .105 8 161 124 - 77
5/03 260 1 с.ш. 11 в.д. 75. .78 9,5 35 1 - 2,8
5/03 260 4,5 с.ш. 7 з.д. 55. .60 9 12 1 - 8,3
5/03 260 4,5 с.ш. 27 з.д. 35. .42 8,2 194 10 - 5,1
В одном случае удаленный очаг грозы наблюдался в районе полуострова Юкатан (2 марта), 4 некрупных по объемам кластера удается найти на побережье Гвинейского залива и в экваториальной Африке (3, 4 и 5 марта). Среди остальных 17 очагов гроз наблюдаются две четко обособленные группы
- из Южной Африки и района Мадагаскара (7 случаев) и области Атлантического океана севернее экватора (10 случаев). На Рис. 3 показаны значения содержания твиков со 2-й гармоникой (в %) для среднего азимута очага, круги - мощные очаги, треугольники - кластеры из 10... 40 источников.
330 0 30 w 60 90 120 150 Азимут, гр
Рис. 3. Процентное содержание твиков со 2-ой гармоникой в кластерах
Всюду от ~330° до 75° эта величина составляла 0.10%, тогда как на азимутах 100.110° как мощные, так и относительно слабые очаги содержат >40% твиков с высшими гармониками. Сравним особо интенсивные (> 60 экземпляров) очаги за 25 февраля, 27 февраля, 3 марта и 5 марта, когда каждую ночь наблюдались пары кластеров из Южной Африки и из экваториальной Атлантики. Можно видеть, что длины трасс сигнала почти
равны в 3 парах из 4, но во всех случаях спектральные составы весьма различны. Для южноафриканских очагов процент твиков в кластере, имеющих обнаруженную 2-ю гармонику, составил 46,2%, 85,2%, 71,5% и 77%, тогда как у очагов с источниками в экваториальной Атлантике эти значения были 7,1%, 0%, 0% и 5,1%.
По поперечной компоненте магнитного поля выявляется меньше твиков (например, см. Рис. 1,а,
б), картина изменений с азимутом процентного содержания твиков, имеющих обнаруженную 2-ю гармонику, аналогична.
Различия в спектральном составе могут быть вызваны влиянием подстилающей поверхности на нижней границе околоземного волновода. Для данных пар очагов гроз этот эффект можно исключить. Трассы твиков из экваториальной Атлантики идут восточнее побережья Южной Америки, трассы южноафриканских твиков также почти полностью пролегают над океаном.
Магнитное наклонение примерно одинаково на трассе к Южной Африке, составляя ~ - 60° (на эпоху 2019 г.). Магнитное склонение меняется от 15° в пункте приема, до -15° в области очагов для обеих групп мощных очагов. Угол ф между горизонтальной проекцией магнитных силовых линий и направлением распространения сигнала составлял вдоль трасс к Южной Африке [82.105°] ±15°. Для другой группы ф ~25°±15°, магнитное наклонение меняется от ~ - 15° над очагами в Атлантике к -58° над пунктом приема.
Атмосферики с западным направлением прихода наблюдались в эти же ночи (единицы процентов от полного числа записей), как правило длились ~ 3 мс и имели сплошные широкополосные спектры в диапазоне 5.25 кГц. Единичные обнаруженные твики из западного сектора (азимуты 240.300°) имели трассы длиной в 2,5.5 Мм и только 1-ю гармонику. Второе предположение, которое на данный момент представляется предпочтительным, связывает такое различие в спектрах с влиянием геомагнитного поля, проявляющимся как невзаимность распространения СНЧ-ОНЧ волн при направлениях восток - запад (EW) и запад - восток ^Е) в околоземном волноводе.
После короткой (2.3 мс) головной части твика, далее наблюдается область «смешанной поляризации», сформированная системой эллиптических левополяризованных квази-ТЕ-мод и правопо-ляризованных квази-ТМ-мод волновода. Она длится 10.15 мс для дальности от источника 3 Мм, для твиков от «далеких очагов» с расстояния 8 Мм - 30.50 мс. В области частот т, близких к критическим частотам твика тк, моды твика вернее рассматривать как Ь- и Л-моды (лево- и правокругопо-ляризованные) [7, с. 1185]. Эту часть временной формы сигнала называют хвостом твика. Для «далеких» твиков и длины записи в 40 мс она фактически не наблюдается. Коэффициенты ослабления той моды квази-ТМ-мод amчTМ(EW) > amчTМ(WE), обратно ситуации для квази-ТЕ-мод - amчTЕ(EW) < О^^Е). При (т - Юк)/тк<< 1 всюду О™ >> атчТЕ. Это приводит к близкой к левой круговой поляризации в хвосте твика. Ранее в [8, с. 27] уже было сделано наблюдение, что для твиков с трассами с востока на запад характерна повышенная доля твиков с наличием высокочастотных (4-й - 7-й) гармоник. Такое наблюдение было сделано для дальностей до источника твика > 2 Мм. Невзаимность в распространении СНЧ-волн для этих данных проявлялась в поляризации 1 -й гармоники, как повышенное содержание ТЕ-моды в начальные
5.10 мс для твиков из восточного сектора прихода, и ТМ-моды у твиков из западного. Однако максимальные дальности в массиве данных, исследованном в [8, с. 27], не превышали 4,5 Мм.
В отличие от слабой азимутальной зависимости, имеющейся близ критических частот, для твиков от «далеких очагов» (D > 7,5 Мм) значения «mqTE у твиков с источниками к востоку заметно меньше, чем на меридиональных трассах (условие (ю - Юкт)/юкт<< 1 не выполняется). Слагаемое в amqTE, отвечающее в модели за эту разность, ж ю siné • sin ф [7, с. 1185], где угол в - отклонение магнитного поля от вертикали. Видно, что оно достигает экстремума на трассах, направленных под 90° (с востока) по отношению к магнитному меридиану, и растет с номером гармоники, для равных модальных углов д (cos £m= юкт/ю). Эта разность 1.2 dB/Мм для 1-й и 2-й гармоник и примерно равна по масштабу самим amqTE. Природа EW-асимметрии в сигналах твиков подобна хорошо изученной асимметрии распространения ОНЧ-волн с частотами >10 кГц (см. о ней современный обзор [9, с. 3]).
Резко увеличенная доля твиков с наличием в спектрах высших, кроме фундаментальной, гармоник (вплоть до 3-ей гармоники), c восточным направлением прихода может быть связана с проявлением эффекта невзаимности распространения E -W и W - Е. Детальное изучение характеристик поляризации твиков необходимо для проверки этого предположения. Процентное содержание твиков от очагов гроз с расстояний 8.10 Мм, имеющих в их спектрах высшие гармоники, для северного направления прихода лежало в пределах 0.10%.
Выводы. Рассмотрены экспериментальные записи твик-атмосфериков, имеющих расстояния до источников свыше 4 Мм, и их усредненные по грозовому очагу параметры трасс. Использование од-нопозиционного метода локации молний и оценки высот нижней ионосферы по твик-атмосферикам [1, с. 53] позволяет наблюдать суточные изменения эффективных высот нижней ионосферы в течение всей ночи вдоль трасс, направленных от различных, далеко отстоящих одно от одного очагов гроз. В частности, размещение приемного пункта в Антарктиде вблизи Южной Америки позволило охватить областью наблюдений области грозовой активности в Южной Америке, а также регион Карибского моря и экваториальную Атлантику, южную часть Африки и область Гвинейского залива. Для дальностей до источников более 7,5 Мм было произведено сравнение динамических спектров твик-атмосфериков от пар мощных очагов грозы на азимутах прихода ~105° и ~40°, с приблизительно одинаковых расстояний, наблюдавшихся в течение одной и той же ночи. Показано значительное различие в процентном содержании твиков с обнаруживаемыми высшими гармониками, которое составляет 45.85% для приблизительно восточного азимута ~105°, и 0.10% для азимутов из северного сектора, при отсутствии регистрации твиков с западным направлением прихода. Эффект невзаимности распространения СНЧ-волн относительно
магнитного меридиана в направлениях восток-запад и запад-восток может наблюдаться таким образом в спектральном составе твик-атмосфериков.
Acknowledgements. Работа была выполнена при частичном финансировании ДУ «Нацюнальний антарктичний науковий центр» Министерства образования и науки Украины в рамках НИОКР (№ госрегистрации 0119U103764). Автор выражает благодарность д. ф.-м. н. с.н.с. А.В. Швецу за полезные обсуждения и рекомендации по усовершенствованию статьи.
Литература
1. Швец А.В., Горишняя Ю.В. Локация молний и оценка высоты нижней ионосферы с использованием дисперсионных характеристик твик-атмосфериков// Радиофизика и электроника, Т. 16, № 4, 2011.
2. Швец А.В., Сердюк Т.Н., Кривонос А.П., Горишняя Ю.В. Оценка параметров профиля проводимости нижней ионосферы// Радиофизика и электроника, Т. 6 (20), № 1, 2015.
3. Горишняя Ю.В., Швец А.В. Метод оценки параметров нижней ионосферы с помощью широкополосных сигналов твик-атмосфериков// Electromagnetic Methods of Environmental Studies (EMES'2012). Сб. тез. докладов. Харьков, 25-27 сент., 2012. - Харьков: РИ НАНУ, 2012.
4. Горишняя Ю.В. Оценка концентрации электронов и высоты нижней границы ионосферы по данным анализа многомодовых твик-атмосфери-ков// Радиофизика и электроника, Т. 19, № 1, 2014.
5. Shvets O.V., Nickolaenko O.P., Koloskov O.V., Yampolski Y.M., Budanov O.V., Shvets A.O. First results of observations of tweek atmospherics at Academic Vernadsky station// IX Intern. Antarctic Conf. (IX IAC 2019). Сб. тез. докладов. Kyiv, Ukraine, May 14-16, 2019. - Kyiv, 2019.
6. Ester M., Kriegel H.-P., Sander J., Xu X. A density-based algorithm for discovering clusters in large spatial databases with noise// Proceedings of the Second International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining (KDD-96) / Simoudis E., Han J., Fay-yad U. M. - AAAI Press, 1996.
7. Sukhorukov A.I., Shimakura S., Hayakawa M. On the additional dispersion of a whistler in the Earth-ionosphere waveguide// Planet. Space Sci., Vol. 40, No. 9, 1992.
8. Горишняя Ю.В. Поляризация и спектральные характеристики ночных СНЧ - ОНЧ атмосфе-риков в случае невзаимности распространения восток-запад// Sciences of Europe, Vol. 3, № 33, 2018.
9. Lynn K. VLF waveguide propagation: the ba-sics// AIP Conf. Proc., CP 1286, 2010.
О ВЗАИМОСВЯЗИ ИЗМЕНЧИВОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ОБЪЕМА ВСЕЛЕННОЙ ПРИ ЕЕ КОСМОЛОГИЧЕСКОМ РАСШИРЕНИИ
Кошман В.С.
кандидат технических наук, доцент Пермский государственный аграрно-технологический университет, г. Пермь
ON THE RELATIONSHIP BETWEEN THE VARIABILITY OF ENERGY CHARACTERISTICS AND THE VOLUME OF THE UNIVERSE DURING ITS COSMOLOGICAL EXPANSION
Koshman V.
Candidate of technical Sciences, associate Professor Perm state agrarian and technological University, Perm
АННОТАЦИЯ
Получено аналитическое выражение для термодинамической вероятности состояния барионного газа Вселенной, а также формулы для определения его энтропии. Приведены аргументы в защиту тезиса о том, что Вселенная должна возникнуть из весьма упорядоченного состояния с очень низкой энтропией.
ABSTRACT
An analytical expression is obtained for the thermodynamic probability of the state of the baryon gas of the Universe, as well as a formula for determining its entropy. Arguments are given in defense of the thesis that the universe must arise from a very ordered state with a very low entropy.
Ключевые слова: модель расширяющейся Вселенной, реликтовое излучение, планковские величины, формула Больцмана, закон Стефана - Больцмана, газ фотонов, газ барионов, энтропия, второе начало термодинамики, первичный ядерный взрыв.
Keywords: model of the expanding Universe, relic radiation, Planck quantities, Boltzmann formula, Stefan - Boltzmann law, photon gas, baryon gas, entropy, second principle of thermodynamics, the initial nuclear explosion.
