АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2008, том 42, № 4, с. 363-372
УДК 523.72
НАБЛЮДЕНИЯ МЕЖПЛАНЕТНЫХ И ИОНОСФЕРНЫХ МЕРЦАНИЙ АНСАМБЛЯ РАДИОИСТОЧНИКОВ В РЕЖИМЕ МОНИТОРИНГА
© 2008 г. В. И. Шишов, С. А. Тшльбашев, И. А. Субаев, И. В. Чашей
Пущинская радиоастрономическая обсерватория, Астрокосмический центр Физического института им. ПН. Лебедева РАН,
Пущино, Россия Поступила в редакцию 11.12. 2006 г. После исправления 10.09.2007 г.
Приведены результаты серии круглосуточного мониторинга межпланетных и ионосферных мерцаний радиоисточников, выполненной с 4 по 10 апреля 2006 г. в Пущинской радиоастрономической обсерватории. Наблюдения проведены на радиотелескопе БСА ФИАН на частоте 110 МГц. Одновременно в 8 лучах диаграммы направленности в автоматическом режиме записывался флуктуирующий поток излучения всех радиоисточников, попадающих в площадку неба в пределах склонений от +28° до +31°. Регистрировались все источники с мерцающими потоками от 0.2 Ян и выше. Были измерены значения структурных функций флуктуаций потоков источников на временных лагах (задержках) 1 с и 10 с, которые характеризуют межпланетные (1 с) и ионосферные (10 с) мерцания радиоисточников. В качестве параметра, характеризующего межпланетную плазму, измерен средний индекс мерцаний mIPP (с характерным временным масштабом 1 с) ансамбля радиоисточников, расположенных в площадке неба размером 4° по склонению и 1 ч по прямому восхождению. Определен суточный ход индекса межпланетных мерцаний. Максимальное значение mIPP днем равно 0.3, минимальное значение ночью равно 0.1. Отмечены слабые вариации день ото дня среднего индекса мерцаний для дневного и ночного времени. Индексы ионосферных мерцаний mIon малы по сравнению с mIPP днем и сравнимы ночью mIon = mIPP. В целом в период наблюдений межпланетная плазма и ионосфера находились в спокойном состоянии.
PACS: 96.50.Ci
ВВЕДЕНИЕ
После открытия межпланетных мерцаний радиоисточников (Hewish и др., 1964) систематические наблюдения этого явления начались в ряде обсерваторий, в том числе и на Радиоастрономической станции ФИАН (ныне Пущинская радиоастрономическая обсерватория). По этим наблюдениям была измерена скорость солнечного ветра, исследована глобальная структура солнечного ветра и ее эволюция в цикле солнечной активности (Власов и др., 1979). Эти наблюдения позволили также исследовать нестационарные явления в солнечном ветре и, в частности, исследовать структуру и эволюцию межпланетных ударных волн, обусловленных активными процессами в солнечной короне (Власов, 1981; вар-рег и др., 1982; 1апагаФап и др., 1996; Shishov и др., 1997; Токишаги и др., 2000). Вместе с тем, следует отметить, что измерения имели недостаточное угловое разрешение для исследования детальной структуры межпланетных ударных волн в каждом отдельном событии. Типичное угловое разрешение было порядка 5°, в то время как статистический анализ наблюдений показал наличие деталей с размером порядка 1° (Shishov и др., 1997). Для того, чтобы повысить разрешающую способность метода, необходимо увеличить плотность числа наблюдаемых источников (в идеальном случае до 1 источника на 2-3 кв. градуса), то есть необходимо
проводить наблюдения слабых радиоисточников с плотностью потока мерцающей компоненты порядка 0.2 Ян на частотах порядка 100 МГц.
С этой целью в Пущинской радиоастрономической обсерватории ФИАН проводится работа по постановке мониторинга параметров неоднород-ностей межпланетной плазмы и ионосферы по наблюдениям межпланетных и ионосферных мерцаний большого числа радиоисточников на частоте 110 МГц. Для наблюдений используется радиотелескоп БСА ФИАН, который является самым чувствительным в мире в метровом диапазоне радиоволн. Высокая чувствительность и большое поле зрения радиотелескопа позволяют наблюдать большое число мерцающих радиоисточников в площадке неба размером 8° х 120° - не менее 100. Эта оценка соответствует плотности числа источников около 350 на стерадиан, что на порядок выше плотности числа радиоисточников, которая может быть достигнута при наблюдениях на других крупных радиотелескопах. Радиотелескоп БСА ФИАн является многолучевым и позволяет регистрировать радиоисточники одновременно в двух независимых диаграммах по 16 лучей в каждой. В рамках программы мониторинга предполагается проведение систематических наблюдений межпланетных и ионосферных мерцаний на одной из диаграмм БСА одновременно в 16 лучах в течение 24 ч. Это позволит наблюдать несколько сот компактных источников (ядер актив-
ных галактик) в полоске неба размером 8° по склонению и 24 ч по прямому восхождению. Следовательно, появится возможность регистрировать нестационарные явления в межпланетной плазме, в том числе межпланетные ударные волны, с высоким угловым разрешением и следить за их эволюцией при распространении от Солнца к Земле. В новой постановке задачи мониторинга проводятся наблюдения большого статистического ансамбля мерцающих источников, а не наблюдения наиболее сильных источников с заранее известными свойствами. Поскольку плотность числа источников возрастает с уменьшением потока, вовлечение в наблюдения слабых источников существенно повышает угловое и пространственное разрешение метода мерцаний.
В 2003-2005 гг. нами были проведены несколько серий наблюдений межпланетных мерцаний радиоисточников одновременно в 16 лучах по 8 ч дневного времени в течение двух недель каждая. Было показано, что реально наблюдались мерцания радиоисточников с минимальными мерцающими плотностями потоков порядка 0.3 Ян (Шишов и др., 2005). Плотность числа источников с такими потоками на небесной сфере составляет примерно 1 источник на 10 кв. градусов. Соответственно, в течение 8 ч можно было наблюдать около 100 мерцающих источников. Вместе с тем наблюдения показали, что помимо быстрых вариаций потоков радиоисточников с характерным временем порядка 1 с, которые определяются эффектом межпланетных мерцаний, часто наблюдаются вариации потоков с характерным временем порядка 10 с, которые обусловлены эффектом ионосферных мерцаний. Это определило постановку задачи одновременного круглосуточного наблюдения межпланетных и ионосферных мерцаний радиоисточников для выявления возможной корреляции возмущений в межпланетной плазме и в ионосфере.
НАБЛЮДАТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ И ИХ ПЕРВИЧНАЯ ОБРАБОТКА
Поскольку круглосуточные наблюдения в 16 лучах с частотой съема информации 10 Гц в каждом луче дают большой объем информации, возникает проблема автоматизации наблюдений и первичной обработки данных наблюдений. Для решения этой задачи были созданы автоматическая цифровая система регистрации и программа первичной обработки данных наблюдений.
Для отработки и проверки системы автоматизации наблюдений и первичной обработки данных наблюдений с 4 по 10 апреля 2006 г. была проведена первая серия мониторинга межпланетных и ионосферных мерцаний радиоисточников. Наблюдения проводились круглосуточно одновременно в 8 лучах на первой диаграмме направленности Радиотелескопа БСА ФИАН. В данной серии наблюдений по техническим причинам мы могли использовать только 8-канальный приемник. Соответственно, чис-
ло использованных лучей было ограничено возможностями приемной аппаратуры. Ширина диаграммы одного луча составляла 0.5° по склонению. Восемь лучей регистрировали все радиоисточники в пределах склонений от +28° до +31°. Однако во время наблюдений 6-й луч был расстроен и не принимал сигнал. Реальные сигналы поступали только в семи лучах диаграммы антенны. Радиоизлучение принималось на частоте 110 МГц в полосе частот 600 кГц. Постоянная времени приемника была равной 0.1 с. Информация снималась с частотой 10 Гц.
Первичной информацией, получаемой при наблюдениях, являлся принимаемый поток излучения в зависимости от времени /(г) для каждого луча диаграммы. На первом этапе проводилась чистка импульсных помех (медианная фильтрация). Далее на основе очищенных данных вычислялась структурная функция флуктуаций потока
О(т, г) = <[/(г + т) - /(г)]2>
(1)
в направлении ряда сильных радиоисточников. Здесь т - величина лага (задержки) сигнала. Ее характерный временной масштаб равен 1 с для межпланетных мерцаний и 10 с для ионосферных мерцаний. Нами также вычислялась функция асимметрии
У2.1 (т, г) = -2<[Д2(т, г)]3>/{[4О/(т, г) -
- О/(2т, г)][О/(2т, г)]1/2},
(2)
где
Д2(т) = /(г + т) - 2 /(г) + /(г - т). (3)
Функция асимметрии стохастического временного процесса у21(т, г) обобщает коэффициент асимметрии у случайной величины, аналогично тому, как структурная функция О/т, 1) стохастического временного процесса обобщает дисперсию случайной величины. Свойства функции асимметрии подробно исследованы в статье (Шишов, Смирнова, 2005). Ранее в работе (Шишов и др., 2005) измерялись индекс мерцаний т и коэффициент асимметрии у Переход к измерениям структурной функции флуктуаций интенсивности и функции асимметрии позволяет разделить вклад межпланетных и ионосферных мерцаний в наблюдаемые флуктуации потока радиоисточника. Пример записи прохождения радиоисточника 3С 410 через диаграмму направленности источника показан на рис. 1. Здесь же приведены вычисленные структурная функция О/т) и функция у21(т) в направлении на источник. Структурная функция и функция асимметрии показывают наличие двух характерных временны х масштабов: 1 с (межпланетные мерцания) и 10-20 с (ионосферные мерцания). Здесь же приведены значения параметров О/т = 1 с, г) и у21(т = 1 с, г) в зависимости от времени.
ПАРАМЕТРЫ МЕРЦАНИЙ ДЛЯ МАССОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
Для массовых измерений межпланетных мерцаний были использованы два параметра: значения струк-
/(t), ед. АЦП 0.28
0
D/ (т = 1c, t) 4 х 10-6 3 х 10-6 2 х 10-6 10" у(т = 1c, t)
4 2 0
4000 8000 1.2 х 104 1.6 х 104 2.0 х 104 2000 6000 104 1.4 х 104 1.8 х 104 2.2 х 104
t, 1 с = 10 точек
(б)
t, мин (в)
0 5 lg D/ (т)
-3Г
-4 -5
10
15
20
25
30
35 t, мин
70 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4
Y2 1 (т) lg (т)
1.0
(д)
0
50
100
150
200
250
300 т, 0.1 с
Рис. 1. Пример записи похождения радиоисточника 3C 410 и первичной обработки данных наблюдений. Панель (a) -данные регистрации потока радиои
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.