Влияние вспышки на Солнце на АЧХ поля атмосфериков (экспериментальные данные)

Введение

Изучение физики атмосферы остаётся актуальным и в наши дни, поскольку всегда имеется потребность в корректировке физической модели ионосферы, используя оперативно получаемые экспериментальные данные. Обычная модель ионосферы не может охватить и предсказать все факторы, влияющие на состояние плазмы, в частности, во время внезапных ионо­сферных возмущений SID (sudden ionospheric disturbance), вызванных вспышками на Солнце. Известно [1, 2], что солнечная вспышка сопровождается возрастанием ультрафиолетового и рентгеновского излучения и выбросом облака корпускулярных потоков, которое излучает возмущённая область на Солнце. Если поток направлен в сторону Земли, то он может привести к геомагнитным бурям. В связи с тем, что корпускулярный поток несёт электрический заряд, на его траекторию оказывают сильное влияние солнечные и земные магнитные поля, что затрудняет изучение данного явления, и поэтому полученные экспериментальные данные могут быть востребованы. 

Экспериментальные данные

Состав приёмно-регистрирующей аппаратуры обсерватории ПГИ Ловозеро, Мурманская обл. (67,97°N, 35,02°E): приёмник ОНЧ-диапазона (400...7500 Гц) с рамочной антенной на входе и последовательный анализатор спектра поля атмосфериков [3, 4].

В данной работе использовались архивные данные X-Ray Flux геостационарного спутника GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite) [5, 6] и магнитограммы геофизической обсерватории Соданкюля (Sodankyla, Fin), имеющей географические координаты: 67°22' N, 26°38' E [7, 9].

Для исследования была выбрана вспышка на Солнце (20.11.2020 г.), состоящая из трёх импульсов мощности класса B и C [5].

На рис. 1 представлены 3-суточная (20.11.2020...22.11.2020) синхронная запись X-Ray Flux (рис. 1 а) и реакция магнитного поля Земли [7] (рис. 1б) и поля атмосфериков (п.а.) (рис. 1в, г) на данную солнечную вспышку.

На временно́й оси АЧХ поля атмосфериков (рис. 1в, г) можно выделить два участка с эффектом внезапного усиления атмосфериков SEA_1,2 (sudden enhancement of atmospherics) [2]:

SEA₁ – (19:00/20.11.2020 ... 05:00/21.11.2020);
SEA₂ – (07:00/21.11.2020 ... 21:00/21.11.2020).

Факт совпадения периода импульсов солнечной вспышки (рис. 2) и периода вариаций амплитуды спектральных составляющих п.а. в указанных на графиках полосах частот [(0,9...3,6 кГц и [(2,4...3,6) кГц] подтверждает соответствие указанных эффектов SEA_1,2 рассматриваемой вспышке на Солнце.

Количественные оценки характеристик SEA_1,2:

а) SEA₁ :

- временнáя задержка: τ ≈ (9,5...12) час;
- частотный диапазон амплитудных вариаций: ΔF = (3600...909) Гц / (909...3600) Гц;
- крутизна частотных преобразований меняется в пределах: Δf/Δt ≈ (13...30) Гц/мин;
- коэффициент усиления спектральных составляющих п.а.: К ≈ (1,2...1,7).

б) SEA₂ :

- временнáя задержка: τ ≈ (47...48) час;
- частотный диапазон амплитудных вариаций: ΔF = (3600...1795) Гц / (1795...3600) Гц;
- крутизна частотных преобразований меняется в пределах: Δf/Δt ≈ (8...9,5) Гц/мин;
- коэффициент усиления спектральных составляющих п.а.: К ≈ (1,7...2,0).

Из анализа временно́й задержки t можно предположить, что SEA₁ вызвано рентгеновским и ультрафиолетовым излучением Солнца, а SEA₂ – потоком его корпускулярных частиц.

На рис. 3 приведена синхронная запись вариаций магнитного поля Земли и поля атмосфериков во время событий SEA_1,2, можно отметить временнýю корреляцию амплитуд указанных выше событий. 

Заключение

Представленные в статье экспериментальные результаты эффектов SEA_1,2 позволяют оценить:

а) временны́е задержки между вспышкой на Солнце и реакцией нижней ионосферы Земли;

б) частотный диапазон амплитудных вариаций спектральных составляющих п.а., который позволяет определить характерные энергии частиц, вызвавших ионизацию D-слоя ионо­сферы;

в) степень корреляция вариации магнитного поля Земли и АЧХ п.а., которая дает дополнительную информацию при изучении солнечно-земных связей;

г) возможные изменения условий радиосвязи в полосе частот ОНЧ-диапазона. 

Литература