научная статья по теме ИОНОСФЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ, СТИМУЛИРОВАННЫЕ ЧЕЛЯБИНСКИМ МЕТЕОРИТОМ Астрономия

Текст научной статьи на тему «ИОНОСФЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ, СТИМУЛИРОВАННЫЕ ЧЕЛЯБИНСКИМ МЕТЕОРИТОМ»

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2013, том 47, № 4, с. 304-311

УДК 551.510. 535:550.338

ИОНОСФЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ, СТИМУЛИРОВАННЫЕ ЧЕЛЯБИНСКИМ МЕТЕОРИТОМ

© 2013 г. Г. В. Гивишвили1, Л. Н. Лещенко1, В. В. Алпатов2, С. А. Григорьева3, С. В. Журавлев2, В. Д. Кузнецов1, О. А. Кусонский3, В. Б. Лапшин2, М. В. Рыбаков4

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова (ИЗМИРАН) Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт прикладной геофизики им. академика Е.К. Федорова" (ФГБУ "ИПГ") 3Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геофизики им. Ю.П. Булашевича Уральского отделения РАН, филиал "Геофизическаялаборатория-обсерватория "Арти" 4Санкт-Петербургский филиал ИЗМИРАН (ИЗМИРАН СПбФ) Поступила в редакцию 01.04.2013 г.

Впервые получены данные, позволяющие придти к заключению о высокой степени вероятности того, что крупные метеориты, подобные Челябинскому, попадая в земную атмосферу, способны вызывать возмущения во всей толще ионосферы, а не только на высотах спорадического слоя Ее, как считалось ранее.

БО1: 10.7868/80320930X13040154

ВВЕДЕНИЕ

Принято считать, что воздействие метеорных потоков на ионосферную плазму проявляется, как правило, в виде интенсивного развития спорадических слоев Es в области их вторжения в верхнюю атмосферу (Ловелл, 1950; Appleton, Nai-smith, 1947), следовательно, оно ограничивается высотами 90—120 км. Цель нижеследующего анализа состоит в том, чтобы на примере Челябинского метеорита показать, что в данном случае его влияние, по всей видимости, стимулировало аномальные возмущения ионосферной плазмы вплоть до высот слоя F2, то есть до примерно 250 км.

АНАЛИЗ ДАННЫХ НАБЛЮДЕНИИ

Челябинский метеорит 15.02.2013 г. был замечен на высоте 92 км в координатах 54.5° с.ш., 64.3° в.д. и взорвался в 03.20 иТ на высоте 23 км в координатах 54.8° с.ш., 61.1° в.д. (далее все времена указаны в иТ). Следовательно, в страто-мезосфере он двигался почти вдоль параллели с востока на запад с небольшим отклонением к северу. К анализу реакции ионосферы на вторжение метеорита привлекались данные вертикального зондирования (ВЗ) в Свердловске (56.8° с.ш., 60.6° в.д.), Москве (55.5° с.ш., 37.3° в.д.), Санкт-Петербурге (60° с.ш., 30.7° в.д.) и Ростове-на-Дону (47.2° с.ш., 39.6° в.д.). Регистрация ионосферных характеристик на этих станциях проводилась с помощью цифровых ионозондов "Парус" (Свердловск),

"Парус-А" (Москва и Ростов-на-Дону) и ионо-зонда CADI (Санкт-Петербург). Расстояние от них до места взрыва составляло ~200, ~1400, ~1700 и ~1900 км соответственно.

Гелиогеофизический фон в дни, предшествовавшие и совпавшие с падением метеорита, был невозмущен. Индекс солнечной активности F107 не превышал 105 ед., число солнечных пятен Rz — 38 ед., планетарный индекс Кр — 4 ед. Ионосфера 14 февраля была спокойна. Флуктуации критической частоты (foF2) и действующей высоты (h'F2) слоя F2 не выходили за пределы ±15%. (Регулярный мониторинг ионосферы методом ВЗ производится сеансами 4 раза в час. Поэтому ряды представленных далее результатов дискретны с 15 мин интервалом.)

Возмущения в ионосфере возникли 15 февраля и затронули практически всю область ионосферы от 100 до 250 км (слой F2). Самая быстрая реакция на вторжение болида проявилась спустя примерно час в Свердловске в виде развития плотного спорадического слоя Es, который полностью экранировал регулярный слой Е. Этот Es затем наблюдался в течение 7 часов. В Москве и Ростове-на-Дону (далее: Ростов) он возник с опозданием на 4.5 и 6 часов соответственно. (Ввиду специфики ионозонда CADI отражения от Es в Санкт-Петербурге зарегистрированы не были.)

Результаты регистрации суточного хода критической частоты foF2 за 15.02.2013 г., а также ее медианные (за февраль 2013 г.) значения на ука-

&Р2, МГц 15.°2.13

Рис. 1. Суточный ход критической частоты слоя Р2 (ГоР2) за 15.02.2013 на указанных станциях мониторинга ионосферы — сплошные линии, медианные месячные значения ГоР2 за февраль того же года — точечные кривые.

занных станциях, представлены на рис. 1. (Обработка данных в Санкт-Петербурге проводится вручную, поэтому определение медианных значений ГоР2 здесь еще не завершено.) Из него можно видеть, что характер и длительность возмущения этого параметра на всех указанных станциях был сходен. Он проявился в том, что в течение ~3.5 часов вблизи местного полудня на монотонный суточный ход ГоР2, регулируемый вариациями зенитного угла Солнца х, наложилось синусоидальное колебание с амплитудой от 1.2 до 3.9 МГц. Значение ГоР2 при этом всюду сначала резко возросло до пикового уровня, затем последовал глубокий провал, который завершился возвращением к исходной частоте.

Этот общий для всех станций период, характеризующийся апериодическим характером аномального возмущения АоР2, определим как "главную фазу" реакции слоя Р2 ионосферы на взрыв

болида. Ее скачок в Свердловске проявился не столь контрастно, как на прочих станциях, поскольку был замаскирован рябью ГоР2, возникшей вслед за взрывом, с амплитудой колебаний, нараставшей по мере приближения к полудню.

Детальный анализ вариаций критической частоты слоя Р2 в период "главной фазы" возмущения над указанными пунктами наблюдений показал следующее. За время с 08.45 до 09.30 значение АоР2 в Свердловске возросло с 6.8 до 8.2 МГц, затем упало до 6.1 МГц (10.45) и далее поднялось до 7.8 МГц к 14.45. Это было эквивалентно перепадам электронной концентрации (^е) в максимуме слоя Р2 от пикового значения, равного 8.4 х х 105 см-3, до минимального, равного 4.6 х 105 см-3. Аномальный рост АоР2 в Москве начался с 6.8 МГц (10.15) и к 11.00 критическая частота достигла значения 8.5 МГц, после чего она упала до 6.6 МГц (11.45), с тем чтобы к 13.15 вновь под-

ЮР2, МГц 11

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

ГИВИШВИЛИ и др. 15 февраля 2013 г.

Свердловск Рос (Св + 0.5 ч) Мос (Св + 1.5 ч) С-П (Св + 0.5 ч)

10 12 14 16 18 20

22 24 Час, ИТ

Рис. 2. Суточные вариации ГоР2 за 15.02.2013 на указанных станциях ВЗ ионосферы, смещенные относительно Свердловска на 0.5 часа (Ростов и Санкт-Петербург) и 1.5 часа (Москва).

0

2

4

6

8

няться к 7.9 МГц. Значение N в максимуме слоя Р2 при этом варьировало от 8.9 х 105 см-3 до 5.4 х х 105 см-3. Самая большая амплитуда колебаний ЮР2 имела место в Ростове. Здесь мощный подъем ЮР2 начался с 8.1 МГц (09.15). К 10.00 критическая частота возросла до 10 МГц, затем упала до 6.1 МГц (11.30), после чего вернулась фактически к исходному значению — 7.9 МГц (12.30). Это было равнозначно перепадам электронной концентрации от 1.24 х 106 до 4.6 х 105 см-3. Почти синхронно с Ростовом менялись значения ЮР2 в Санкт-Петербурге. Здесь резкое возрастание критической частоты началось в 09.00 с 6.2 МГц, достигло максимального значения, равного 7.9 МГц (10.15), опустилось до 6.0 МГц (10.45), а затем вновь возросло до 7.8 МГц (12.45). Соответствующий перепад электронной концентрации составил от 7.8 х 105 до 4.4 х 105 см-3. Таким образом, в период "главной фазы" возмущения плотность ионосферной плазмы на высоте максимума слояР2 в Свердловске менялась в 1.76 раз, в Москве - в 1.65, в 1.76 в Санкт-Петербурге и в Ростове - в 2.7 раз.

О том, что аномальная реакция критической частоты слоя Р2 протекала на всех обсуждаемых станциях синфазно, свидетельствует рис. 2.

Однако времена начала и максимума проявления эффекта на них различались весьма своеобразным образом, принимая во внимание, что рас-

стояния между Челябинском и Свердловском, с одной стороны, и между Челябинском и Москвой, Санкт-Петербургом и Ростовом, с другой, различаются в 7, 9.5 и 8.5 раз соответственно. Было естественным ожидать, что и начальные фазы аномального возмущения ЮР2 в данных пунктах также должны были бы каким-то образом коррелировать с этими расстояниями. Однако в действительности пик возмущенности в ЮР2 в Свердловске проявился с опозданием на примерно 5.5 часов после взрыва, в Ростове и Санкт-Петербурге на -6.0 часов, а в Москве на -7.0 часов. Столь малая разница во временах задержки реакции ЮР2 при столь большой разнице в расстояниях приводит к предположению, что движение возмущения (в горизонтальной плоскости) в слое Р2, вызванного вторжением метеорита, происходило существенно анизотропно. Скорость его распространения была наивысшей в направлении на Ростов и Санкт-Петербург, и наинизшей - в направлении на Свердловск.

Возмущения в действующих высотах слоя Р2 (ИТ2) носили хаотический характер, но проявились раньше, чем в ЮР2 (рис. 3).

Именно: спустя примерно 2.5 часа после взрыва в Свердловске (06.00) и 3.0-3.5 часа в Москве (06.30) и в Ростове (07.00). Однако и в этом случае временные задержки в возмущениях И'Р2 между станциями, расположенными на столь различных

h, км 350

"Vyy

Sssvsvvwo V

- SsSS s° Yv0#n Wvv

s Ss^s vvooo

(a)

Свердловск 15.02.13

о h'F2

о

О °o О О о о

I .о о" "О v о « 000 o^ooVoouo's

s s ooooofP «8 . .о X ° o„ О 00 °°0 0 о о s s s s

h'F v * s

VV v yws

/vSSoggSSS

H

H

H

N

300 250 200 150 100 50 0

UT 21 22 23 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 UT

h ', км (б)

Москва 15.02.13

' ^^sa^^^h'ES.....J°°°°o0

h'E .........~

j_i_i_i_i_L.

_l_I_I_I_I_l_

J_I_I_I_I_L.

300

S,S A

E SEElsJpo

S о

200

100

h'F2

h'F

A

sX°SXSSV°°

OOqO . O^cPxf ° 0°0 °° n ° J° ° • H оЧь^ o° ° o°oo ООО °

H HH °

HH*TH GGG

H

l'Es

* G h'E

°000^0000С00С^0°0СЪ-000^ °o°° «Ni»

h'E

_l_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_l_

UT 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 UT

(в)

Ростов 15.02.13

h ', км

300

200

s sS°°o

h'F2 о

Oo oO

О о " О °

О „ oo О о О °Оо О

G> 00 °Ч>о°<Ъ°оо:

vv fossoo°

о„ о„о°о

v^v s °о s

Vssss о °

s °

h

100

J_I_I_|_

hhHH Hg^ H

H

G h'E

% ^ X

OoOoOqqOqqqqo oœcPoocooooocoooQo ,

h'E

_I_I_I_I_I_I_I_I_I_L

_l_I_I_I_I_I_I_I_l_

UT 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 UT Рис. 3. Действующие высоты слоев F2, F1, Е и Es.

(а)

Свердловск 15.02.13

Ие(к), км 400

350

300

250

200

150

100

50

00:00 03:00 06:00 09:00 12:

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.

Показать целиком