ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2015, том 55, № 5, с. 706-711
УДК 52-656
НАБЛЮДЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ В ОКОЛОЗЕМНОМ ПРОСТРАНСТВЕ © 2015 г. В. Е. Корепанов, Ф. Л. Дудкин, В. А. Проненко
Львовский центр Института космических исследований Национальной академии наук и Государственного космического агентства Украины, г. Львов E-mail: vakor@isr.lviv.ua Поступила в редакцию 08.04.2014 г.
После доработки 30.03.2015 г.
Возможные последствия техногенного воздействия на ионосферу, при сохраняющейся тенденции к его устойчивому росту, в настоящее время не известны. Поэтому весьма важной и актуальной задачей является проведение статистически достоверных исследований, связанных с изучением вариаций ионосферных параметров из-за влияния мощных техногенных факторов, прежде всего, за счет значительного увеличения производства электромагнитной энергии. В данной работе обсуждаются новые результаты наблюдений электромагнитного поля в ионосфере на основной частоте 50(60) Гц и ее гармониках на спутниках СИЧ-1М (2004 г.) и ЧИБИС-М (2012—2014 гг.). Представлено пространственное распределение наблюдаемых явлений и их связь с возможными наземными источниками — мощными линиями электропередач. Сделан вывод, что при организации регулярного мониторинга полей техногенного происхождения можно вести постоянный контроль потребления энергии как в локальном (в пределах одной страны или даже одного мощного потребителя), так и в глобальном масштабах.
DOI: 10.7868/S0016794015050089
1. ВВЕДЕНИЕ
Одним из основных направлений исследований околоземного космического пространства является изучение и, в особенности, прогнозирование. О важности этой области науки свидетельствует большое число статей и монографий, например, [Владимирский, 2011; Парновский и др., 2010; Bothmer and Daglis, 2007; Knipp, 2011; Mold-win, 2008], опубликованных, в основном, за рубежом. Указанные исследования относятся, прежде всего, к оценке влияния на ионосферу и атмосферу Земли солнечной активности (т.е. оценка передачи энергии в направлении Солнце—магнитосфера—ионосфера—атмосфера—поверхность Земли), и, как правило, не учитывают более слабое, но, тем не менее, существенное воздействие в обратном направлении мощных природных и техногенных процессов, происходящих на поверхности Земли. Факт такого "обратного воздействия" на космическую погоду является общепризнанным и интерес к нему постоянно растет в связи с ростом производственной деятельности человечества.
Основную долю техногенного влияния составляют источники электромагнитной (ЭМ) энергии, к которым относятся мощные передатчики и излучатели во всем диапазоне радиоволн, электростанции, линии электропередач и промышленные объекты. Достаточно давно установлено,
что мощные наземные источники и потребители электрической энергии вызывают различные ионосферные явления, в частности, изменения ЭМ поля и параметров плазмы в ионосфере, влияющие, в свою очередь, на состояние атмосферы Земли. Этот эффект достаточно давно обнаружен как при наземных наблюдениях, например [Helli-well et al., 1975; Park, 1977; Park and Helliwell, 1978], так и на спутниках, например [Bullough et al., 1976; Koons et al., 1978; Kostrov et al., 2010; Tomiza-wa and Yoshino, 1985].
Возможные последствия техногенного воздействия на ионосферу, при сохраняющейся тенденции к его устойчивому росту, в настоящее время не известны. Поэтому весьма важной и актуальной задачей является проведение статистически достоверных исследований, связанных с изучением вариаций ионосферных параметров из-за влияния мощных техногенных факторов, прежде всего, за счет значительного увеличения производства ЭМ энергии.
В данной работе обсуждаются новые результаты наблюдений ЭМ поля от наземных источников в ионосфере на спутниках СИЧ-1М (2004) и ЧИБИС-М (2012-2014) и проводится их сравнение с известными данными.
НАБЛЮДЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ
707
а
Jyz (WZ1), pA\cm2; Sich-1M, Variant; Time UTC since 22.03.2005T22:13:6z
4.0 г
5 10
Частота, кГц
15
iZ(DLP) = 10", uV/m; Sich-1M, Variant; Time UTC since 22.03.2005T22:13:6z
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
0.1 0.2
13.9 '
22:13:35 22:13:45 22:13:55
22:13:40 22:13:50 22:14:00 Время, UTC
Ä(WZ1)
14.5
= 10a, pT; Sich-1M, Variant; Time UTC since 22.03.2005T22:13:6z
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
-0.1 -0.2 -0.3 -0.4
13:10 22:13:20 22:13:30 22:13:40 22:13:15 22:13:25 22:13:35
Время, UTC
Jyz (WZ1)= 10n, pA/cm2; Sich-1M, Variant; Time UTC since 22.03.2005T22:13:6z
14.45 14.40 Я14.35 Ь 14.30 14.25
F 14.05 14.00 13.95
22:13:30 22:13:40 22:13:50 22:14 22:13:35 22:13:45 22:13:55 Время, UTC
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
-0.1 00
Рис. 1. Результаты измерений на спутнике "Сич-1м" в полном частотном диапазоне (а); гармоники 50 Гц в области частот вблизи 14 кГц, зарегистрированные датчиками электрического поля (б), магнитного поля (в), плотности пространственного тока (г).
0
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ
Террагенные, т.е. вызванные наземными процессами, ЭM эффекты в ионосфере наблюдаются уже с момента запуска первых научных спутников. В частности, ЭМ излучения, зарегистрированные низкоорбитальными спутниками ИНТЕРКОСМОС-19, КОСМОС-1809, АКТИВНЫЙ и APEX, подтвердили существенное увеличение интенсивности высокочастотных ЭМ шумов над населенными районами Европы и Азии (см., например, [Parrot, 1990; Rothkael and Parrot, 2005]). Также наблюдались сигналы, непосредственно связанные с излучением мощных линий электропередач в виде набора гармоник с частотой 50(60) Гц в частотном диапазоне от 1 до ~8 кГц, названные гармоническим излучением линий электропередач (PLHR в международной транскрипции). Эти сигналы довольно слабы и, что особенно характерно, встречаются крайне редко. Так, в эксперименте на спутнике DEMETER за более чем шесть лет работы (2004-2010 гг.) идентифицированы только 148 случаев за 4 года работы (всего за 3378 часов регистрации в скоростном режиме) [Nemec et al., 2010].
В эксперименте "Вариант" на борту спутника СИЧ-1М (2005 г.) [Dudkin et al., 2009] авторами данной работы также были зарегистрированы только 2 случая регистрации PLHR (правда, от этого спутника из-за проблем с запуском было получено всего 11 файлов). В отличие от результатов спутника DEMETER, при пролете спутника СИЧ-1М 22 марта 2005 г. в 22:13 UT над южной частью Аравийского полуострова приблизительно на высоте 340 км было зарегистрировано несколько кластеров гармоник с частотой 50 Гц одновременно в разных частотных диапазонах: 13.9-14.5 кГц, 10.6-12.1 кГц, 3.1-3.6 кГц и 1.21.7 кГц (рис. 1а, указаны стрелками). В более детальном масштабе один из кластеров - самый высокочастотный - приведен на рис. 1б, в, г. Необходимо отметить, что эти сигналы наблюдались не только в электрическом и магнитном полях (рис. 1б, 1в соответственно) но и не менее четкие данные были получены в показаниях нового прибора, впервые испытанного в этом эксперименте -волнового зонда [Korepanov, 2003], который впервые в мировой практике космических исследований выполнил прямые измерения вариа-
-180 -150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150 180
Долгота, град
Рис. 2. Участки орбит МС ЧИБИС-М, на которых наблюдались PLE с основными гармониками 50/60 Гц. Светлые участки соответствуют дневным частям орбиты, темные — ночным, серые участки соответствуют положению МС над ночной стороной, но освещенному солнцем.
ций плотности пространственного тока (рис. 1г). По мнению исследователей этого явления [Ko-strov et al., 2010], такие сигналы вызываются токами в линиях электропередач, но загадкой остается, почему кластеризация наблюдалась одновременно с разными центральными частотами -от примерно 1.4 кГц до 14.5 кГц? В работах, посвященных исследованиям PLHR [Kostrov et al., 2010; Kikuchi, 1983; Tomizawa and Yoshino, 1985], не удалось найти убедительного теоретического обоснования этому явлению.
Излучения в ионосфере с основной частотой сети 50(60) Гц (PLE в международной транскрипции) регистрировались еще реже. Судя по литературным данным, они наблюдались только на 4 спутниках: ISIS-1 и ISIS-2, OHZORA, C/NOFS и микроспутник (МС) ЧИБИС-М [Дудкин и др., 2014; Park and Helliwell, 1981; Pfaff et al., 2014; Rodger et al., 1995; Tomizawa and Yoshino, 1985].
Рассмотрим соответствующие данные, полученные с борта МС ЧИБИС-М, в состав которого был включен магнитно-волновой комплекс (МВК), состоящий из двух волновых зондов и одного индукционного магнитометра, созданных в Львовском Центре ИКИ НАН-ГКА Украины, и прибора спектрального анализа ПСА (разработка BL-Electronics, Венгрия) [Зеленый и др., 2014]. МВК производил измерения одной электрической компоненты и трех компонент вектора магнитного поля в диапазоне частот 0.1 Гц-40 кГц с целью исследования вариаций плазменно-волновых процессов в ионосфере, происходящих под влиянием грозовой активности, а также отражения в ионосфере мощных природных и техногенных процессов, происходящих в системе литосфера-атмосфера-ионосфера-магнитосфера [Зеленый и др., 2014]. Из-за близости расположения маг-
нитных датчиков к служебным системам высокий уровень их чувствительности (до 0.02 пТл/ Гц05) не удалось реализовать — уровень магнитных помех был порядка 10 пТл/ Гц05 в низкочастотном диапазоне. Однако, благодаря симметричному расположению чувствительных элементов относительно корпуса спутника [Зеленый и др., 2014], электрический датчик, несмотря на очень малую базу — всего 0.42 метра, — обеспечил измерения с высокой чувствительностью — порядка 0.8— 0.04 (мкВ/м)/Гц°5 в диапазоне частот 0.1-40000 Гц, что позволило получить достаточно большой объем данных наблюдения РЬБ. На рисунке 2 приведены все участки орбит МС ЧИБИС-М, на которых наблюдались РЬБ с основными гармониками 50/60 Гц. Светлые участки соответствуют дневным частям орбиты, темные - ночным, а серые участки соответствуют положению МС над ночной стороной, но освещенному солнцем.
На рисунке 3 показан пример измерений, полученных с борта МС "Чибис-М" при его пролете над территорией Бразилии (рис. 3а — динамический спектр полученного сигнала, рис. 3б — его статический спектр). Интересно отметить, что такие данные могут сл
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.