ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2004, том 44, № 5, с. 627-633
УДК 550.388.2
ЭФФЕКТЫ СОЛНЕЧНЫХ ВСПЫШЕК В КНЧ/ОНЧ-ИЗЛУЧЕНИЯХ
И РЕГУЛЯРНЫХ ОНЧ-ШУМАХ
© 2004 г. В. А. Муллаяров
Институт космофизических исследований и аэрономии СО РАН, Якутск e-mail: mullayarov@ikfia.ysn.ru Поступила в редакцию 04.05.2001 г.
После доработки 20.05.2004 г.
По наблюдениям на ст. Якутск рассмотрены различия в проявлении эффектов вспышек солнечного рентгеновского излучения в магнитосферных КНЧ/ОНЧ-излучениях (шипения и хоры) и в регулярных ОНЧ-шумах грозовой природы. В то время как ослабление интенсивности регулярных шумов на частотах 8—10 кГц во время вспышек повторяет вариации потока рентгеновского излучения и может достигать ~20 дБ, в магнитосферных КНЧ/ОНЧ-излучениях эффект во многих случаях существенно слабее по интенсивности и короче по длительности (не более 10-15 мин). В части событий вспышки проявляются в полном затухании КНЧ/ОНЧ-излучения. Характеристики эффектов в магнитосферных КНЧ/ОНЧ-излучениях позволяют предполагать, что повышенная ионизация в нижней ионосфере от вспышки рентгена приводит, с одной стороны, к ослаблению амплитуды излучения, принимаемого на земной поверхности, а с другой стороны, может компенсировать эти потери за счет возрастания коэффициента отражения от ионосферы в магнитосферу, приводящему к усилению магнитосферного источника. Соответственно, величина ослабления и длительность эффекта в значительной степени могут определяться режимом генерации КНЧ/ОНЧ-излучения (мощностью источника).
1. ВВЕДЕНИЕ
Солнечные вспышки вызывают возрастание электронной концентрации в нижней ионосфере (на освещенной полусфере). Этот эффект получил название "внезапное ионосферное возмущение" (SID) [Митра, 1977]. Появление дополнительной ионизации в профиле электронной концентрации проявляется во внезапных фазовых и амплитудных аномалиях радиосигналов, распространяющихся в приземном волноводе (см. монографию [Митра, 1977] и цитированную в ней литературу). При этом для регулярных ОНЧ-излучений грозовой природы - атмосфериков, обнаружено как внезапное усиление (SEA), так и ослабление (SDA) амплитуды. КНЧ/ОНЧ-волны, проходящие через ионосферу в приземный волновод, во время вспышек также испытывают дополнительное затухание [Аксенов и др., 1975]. При этом для проявления эффекта в обоих случаях поток рентгеновского излучения должен превысить определенное пороговое значение lgAc > 5.2 [Митра, 1977; Аксенов и др., 1975; Муллаяров и др., 1995; Кузьмин и др., 1998]. В КНЧ/ОНЧ-излучениях магнитосферного происхождения, условием возбуждения которых является неоднократное переотражение электромагнитных волн от ионосферы и земной поверхности, эффект солнечных вспышек также проявляется в виде ослабления интенсивности ОНЧ-излучений. Однако при этом временные проявления эффектов вспышек в магнитосфер-
ных КНЧ/ОНЧ-излучениях и регулярных ОНЧ-шумах могут различаться между собой. В данной работе приводятся некоторые особенности таких событий. Одновременные эффекты в регулярных ОНЧ-шумах грозовой природы рассматриваются в качестве "эталонных".
2. ДАННЫЕ
Для анализа эффектов солнечных вспышек в КНЧ/ОНЧ-излучении использованы аналоговые записи, полученные на ст. Якутск с помощью многоканального ОНЧ-регистратора в диапазоне частот 0.47-9.7 кГц. На записях всплески КНЧ/ОНЧ-излучений магнитосферного происхождения (шипения, хоры) накладываются на регулярную шумовую составляющую, имеющую максимум в суточном ходе в околополуночные часы ЬТ. Показано [Дружин, Шапаев, 1988], что основным источником регулярных ОНЧ-шумов, принимаемых на ст. Якутск рамочной антенной в плоскости запад-восток, является грозовая активность в Африканском мировом центре. Максимум в спектре ОНЧ-шумов приходится на частоты 8-10 кГц, в то время как максимальная вероятность наблюдения всплесков шипений и хоров - 2-3 кГц. Для удобства ОНЧ-излучение грозовой природы (регулярную шумовую составляющую) определим термином "шумы", а магни-тосферные всплески шипений и хоров - терми-
627
4*
18 3
-6
-7 и
10
11
12 ИТ
40 "Г"
09
10 ИТ
А, дБ 3.5
123456789 10
кГц
А, дБ 16 14 12 10 8 6 4 2
0
123456789 10
кГц
Рис. 1. а - поток рентгеновского излучения в солнечной вспышке 10.04.1980 г.; б - ее проявление в ОНЧ-излучении (/ = 4 кГц) и ОНЧ-шумах ([ = 5.6 кГц) на ст. Якутск; в - общий спектр ОНЧ-излучения и шумов до вспышки, „ - спектр ослабления ОНЧ-излучения и шумов в максимуме эффекта.
а
9
0
ном "излучения". При этом под "ОНЧ-излучени-ем" будем понимать излучение в любой части спектра частот, перекрываемых ОНЧ-регистра-тором (0.47-9.7 кГц), хотя, как известно, диапазоне ниже 3 кГц определен как КНЧ-диапазон.
3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Начнем рассмотрение эффектов солнечных вспышек в ОНЧ-излучении с события 10.04.1980 г. Данная солнечная вспышка относится к классу 1 в. Максимальный поток рентгеновского излучения в диапазоне 0.1-0.8 нм составил ~3 х 106 Вт/м2.
Рост потока рентгеновского излучения начался в ~09.15 ИТ, а максимальные значения достигнуты в ~09.30 ИТ (рис. 1а). На рис. 16 показан эффект этой вспышки в ОНЧ-шипениях на частоте 4.0 кГц и в регулярных ОНЧ-шумах - на частоте 5.6 кГц. По характеру записи ОНЧ-излучения и шумов до вспышки в рабочем диапазоне частот ОНЧ-реги-стратора (13 каналов) можно заключить, что в канале 5.6 кГц превалируют шумы (отсутствует всплеск) и, следовательно, верхняя граничная частота всплеска ОНЧ-излучения ниже 5.6 кГц. Общее спектральное распределение величины ослабления интенсивности ОНЧ-излучения (до 4.0 кГц)
и ОНЧ-шумов (с 5.6 кГц и выше) приведено на рис. 1г. Возрастание величины эффекта в регулярных ОНЧ-шумах по мере уменьшения частоты (ниже 10 кГц) является типичным, как это следует из результатов работ [Мурзаева, 1977; Мурзаева и Флигель, 1980]. При этом максимум поглощения ОНЧ-шумов в момент вспышки обычно приходится на 4-6 кГц, что имеет место и в рассматриваемом случае. Частотное распределение поглощения во всплеске ОНЧ-излучения (ниже 5.6 кГц) такое же, как и для шумов. Исключение составляют самые нижние каналы (0.47-1.1 кГц), в которых эффект вспышки может проявляться, наоборот, в усилении шумов [Мурзаева, 1977; Мурзаева, Флигель, 1980]. Это означает, что на нижних каналах эффект поглощения всплеска превалирует над усилением регулярных шумов. Хотя на нижних каналах ошибка измерения интенсивности не менее 1 дБ, можно отметить, что поглощение ОНЧ-излучения на / < 1.1 кГц даже выше, чем на частотах 1.1-1.6 кГц.
По рис. 16 хорошо видно различие эффектов солнечной вспышки во всплеске ОНЧ-излучения и в регулярных ОНЧ-шумах, заключающее в том, что в излучении длительность эффекта существенно короче. Причем это относится как к фазе развития (8-10 мин для шумов и ~2.5 мин для всплеска), так и к фазе восстановления (~30 мин против ~5 с). Разная продолжительность фазы развития, естественно, проявляется в том, что моменты максимума эффекта в шумах и во всплеске не совпадают. Как следует из рис. 1, продолжительность эффекта в ОНЧ-шумах в целом соответствует рентгеновской вспышке (рис. 1а). Эффект же в ОНЧ-излучении оказывается значительно короче. Важно отметить, что длительность фронта бухты поглощения в ОНЧ-излучении меньше длительности фронта рентгеновской вспышки. Можно, следовательно, полагать, что реакция ОНЧ-излучения на вспышку выражается в более сложном процессе, чем просто поглощение при прохождении излучения через ионосферу. Многочисленные события ослабления интенсивности ОНЧ-излучения на частоте 4.0 кГц после свистящих атмосфериков (импульсы на записи) указывают, что генерация ОНЧ-излучения происходит в режиме слабой питч-угловой диффузии частиц в конус потерь (слабый источник) [Муллаяров, 1984].
Интересная последовательность событий проявления солнечных вспышек в ОНЧ-излучении наблюдалась в течение двух дней 26-27 апреля 1981 г. В первый день зарегистрировано несколько рентгеновских вспышек. На рис. 2 приведен эффект вспышки класса 2в, особенностью которой являлось то, что она была короткой (почти импульсной) и пришлась на фазу спада предшествующей более гладкой вспышки с меньшей интенсивностью потока рентгена (рис. 2а). Вслед за
проявлением вспышки в ОНЧ-излучении зарегистрирован эффект внезапного начала магнитной бури 5СОНЧ в 08.13 ИТ (на рис. 2 момент БС отмечен стрелкой). Амплитуда магнитного импульса БС (нижняя кривая на рис. 26) превышала 50 нТл. В каналах 0.47-1.6 кГц БС проявилось в виде относительно короткого (менее 5 мин) всплеска ОНЧ-излучения, в то время как на более высоких частотах продолжительность всплеска с резким началом составила более 20 мин (рис. 26).
Начало ослабления интенсивности регулярных ОНЧ-шумов в каналах 5.6-9.7 кГц зарегистрировано в ~07.17 ИТ. На промежуточных частотах 3.1-4.0 кГц уровень ОНЧ-шумов был минимальный (ниже собственных шумов ОНЧ-регистратора) и, соответственно, эффект вспышки не зарегистрирован. ОНЧ-излучение магнитосферного происхождения наблюдалось в диапазоне частот 0.472.2 кГц. В данном событии его амплитуда была невелика, а на частотах 1.6-2.2 кГц при этом регистрировались значительные вариации (излучение хорового типа). На рис. 2 видно, что усиление потоков солнечного рентгена привело к ослаблению интенсивности ОНЧ-излучения в диапазоне 0.73-2.2 кГц (~6-8 дБ), в то время как на более низких частотах наблюдалось, наоборот, небольшое усиление излучения (~3-4 дБ). Установить точную продолжительность ослабления затруднительно из-за отмеченных вариаций интенсивности. Длительность основного эффекта снова, как и в рассмотренном выше случае 10.04.1980 г., небольшая - составляет около 4-5 мин, в то время как всплеск рентгеновского излучения длился более часа. Как уже отмечалось, одновременно с ослаблением ОНЧ-шумов в области спектрального максимума в момент солнечной вспышки на частотах менее 1 кГц может наблюдаться их усиление. Однако, исходя из характеристик эффекта БС, проявившегося на нижних каналах в коротком всплеске с последующим падением амплитуды ниже исходного уровня, можно заключить, что ОНЧ-излучение на этих частотах имело существенный вклад и от магнитосферного источника. В ч
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.