научная статья по теме ВАРИАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ ВО ВРЕМЯ ГРОЗ И НОВЫЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ Физика

Текст научной статьи на тему «ВАРИАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ ВО ВРЕМЯ ГРОЗ И НОВЫЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ»

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 5, с. 733-735

УДК 537.591.15

ВАРИАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ ВО ВРЕМЯ ГРОЗ И НОВЫЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ © 2015 г. К. Х. Канониди1, А. С. Лидванский2, М. Н. Хаердинов2, Н. С. Хаердинов2

Е-таИ: KhaerdinovMN@gmail.com

На установке "Ковер" БНО ИЯИ РАН, проводится комплексное исследование процессов во время гроз, сопровождаемых аномальными возмущениями в космических лучах. Совокупность данных, полученных к настоящему моменту, указывает на обнаружение нового типа электрического разряда — пробоя на убегающих электронах в припороговом режиме. Обнаружены также сопутствующее разряду свечение в стратосфере и стабилизация геомагнитных микропульсаций, которые демонстрируются на примере одного события.

БО1: 10.7868/80367676515050269

ВВЕДЕНИЕ

Цикл экспериментальных работ по исследованию вариаций вторичных частиц космических лучей во время гроз, проводимых на установке "Ковер" БНО ИЯИ РАН, за многолетний период, эволюционировал от развития корректных методов измерения вариаций в сложных метеоусловиях, к применению накопленных знаний в исследовании геофизических явлений. В результате теоретического анализа выполненного в работах [1, 2] были сделаны выводы о возможном существовании в атмосфере на произвольных высотах, медленно протекающего электрического пробоя на убегающих электронах в припороговом режиме. Причем чаще происходит пробой стратосферы между верхним зарядом грозового облака и ионосферой. В классическом варианте этот разряд относится к типу тлеющего несамостоятельного. Но с увеличением толщины критического поля (в г • см-2) растет вероятность генерации тормозных фотонов и электрон-позитронных пар, что в свою очередь включает эффективную "циклическую генерацию" [3].

При толщине слоя ~3t (? = 37.1 г • см-2 — радиационная единица длины для воздуха) разряд должен переходить в самостоятельный режим. Эта область должна сопровождаться свечением и возмущать электрическое и магнитное поле с характерным временем в несколько минут. Поиск этих эффектов и является целью настоящей работы.

1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова, Российской академии наук, Троицк.

2 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской академии наук, Москва.

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА И РЕЗУЛЬТАТЫ

В этой работе используются результаты, полученные с помощью комплексной установки "Ковер" БНО ИЯИ РАН. Описание основных характеристик дано в [4]. Комплекс позволяет с высокой достоверностью регистрировать наличие условий для реализации пробоя на убегающих электронах в стратосфере. В случае ускорения электронов вниз, можно провести оценку интенсивности убегающих электронов в области пробоя. Камеры удаленного видеонаблюдения (1 км и 75 км) просматривают атмосферу над установкой вплоть до ионосферы. Магнитовариационные станции в п. Нейтрино и Москве (ИЗМИРАН) ежесекундно измеряют вариации геомагнитного поля с погрешностью порядка 0.1 нТл. Вся информация хранится на жестких дисках.

При просмотре материала 2013 г. явная регистрация свечения была отмечена в двух грозовых эпизодах: 31 августа и 15 сентября. Событие 31.08.2013 г. опубликовано в [4]. Ниже обсуждается регистрация события 15.09.2013 г. Везде в работе приводится местное истинное время, опережающее мировое на 3 часа. Из материалов, отснятых удаленной видеокамерой (75 км), следует, что в начале наблюдений ночь была лунной. В 0 ч 30 мин луна скрылась за горизонт. Событие характеризуется появлением быстро движущегося в направлении с севера на юг (поперек обзора видеокамеры) светящегося фронта, в виде дуги, в средней атмосфере. Свечение появилось из-за правой границы экрана камеры в 1 ч 46.5 мин. За дугой стали появляться "волокна".

В целом, картина напоминает подсвеченные снизу облака. Кажется, что ярче там, где "облачность" плотнее. В 1 ч 50 мин фронт достиг установки "Ковер". Оценка скорости продвижения ~170 м • с-1. С этого момента свечение закрыло

9

733

734

КАНОНИДИ и др.

Р, 625 мм рт. ст. 624

5

с-1

0

АЖ

N о

%

11111111111111111111111111111| 111111111| 111111111111111111111111111111111111111111

11 м IIII И IIIIIII11|| I м I м I И 111111111|| I м IIII111 м I м I и11 м I м 11111IIIIII11 И I

I

нА 0

_ _2

5 10

Е®8

(и)

6 0

АН -2 нТл —4

АБ нТл

2

I I II I III М I III III I ||| I II I II I М I ИМ I I I ||| I II I III I I I II I II I и1 I II I II I 1111 III III I I И I

¿г-М*

л» * с .

: . ,, аь . . 1 ^

..................................ту....................................и I

1 ч 30 мин 2 ч 00 мин 2 ч 30 мин

Рис. 1. Грозовое событие 15.09.2013 г. На графиках время приведено местное истинное, опережающее мировое на 3 часа. Везде, кроме шестой панели сверху приведены посекундные данные. Сверху вниз: а — атмосферное давление; б — данные молние отметчика (относительные единицы пропорциональные амплитуде электромагнитного сигнала от молнии); в — вариации интенсивности мягкой компоненты; г — вариации интенсивности жесткой компоненты; д — электрический ток дождя; е — удаленная камера (75 км) минутные значения средней яркости пикселей по всему снимку (относительные единицы: 1 ~ 10—7 лк освещенности), графики средней яркости (в относительных единицах) областей снимка над установкой, соответствуют "тропосфере" (сплошная линия), "стратосфере" (темные кружки), и "ионосфере" (полые кружки); ж — вариации Н-компонен-ты индукции геомагнитного поля, секундные значения; верхняя, тонкая линия — данные БНО, шкала слева; нижняя — данные Москвы (ИЗМИРАН); з — Вариации Б-компоненты индукции геомагнитного поля, секундные значения; верхняя, тонкая линия — данные БНО, шкала слева; нижняя — данные Москвы (ИЗМИРАН).

все небо. В пространстве оно плавно флуктуировало, продолжая смещаться в прежнем направлении. В этот же момент в районе установки пошел дождь и началась гроза продолжительностью 3 часа. Это заметно по резкому усилению электрического тока дождя, росту давления и из данных молниеотметчика. Со временем гроза постепенно сдвигалась в сторону наблюдательного пункта. Начиная с 2 ч 40 мин четкость изображения светящихся облаков упала, стала "размазанной", по-видимому, вследствие установления более плотной облачности вблизи камеры. Важно, что вплоть до момента установления сильного рассеяния изображения область тропосферы практически не светится, хотя прозрачность ее была достаточной, о чем свидетельствует заснятый удаленной камерой молниевый разряд, случившийся в 2 ч 13 мин 8 с вблизи БНО.

На рис. 1, максимально подробно демонстрируется период, соответствующий хорошей видимости. Приведено поведение различных параметров, измеряемых в комплексном эксперименте. Сама гроза, по-видимому, была вызвана пришествием холодного фронта, о чем свидетельствует запись атмосферного давления (панель а), холодный воздух более тяжелый. Молниевых разрядов (панель б), немного, но они есть; это говорит о сторонней грозовой активности — центр ее расположен не над установкой. Вариации электронно-фотонной компоненты (панель в) статистически не выделяются, что соответствует обычной ситуации для стороннего расположения грозового очага. В этом случае генерированные тормозные фотоны не попадают в площадь установки, из-за своей узкой направленности вдоль ускоряющего электроны поля.

Мюонная интенсивности (панель г) имеет аномальное возмущение с характерным временем и максимальной амплитудой [5]. Максимум отрицательного возмущения приходится на момент 2 ч 1 ± 1 мин. Выделяется еще и положительное возмущение с максимумом в 2 ч 14 ± 1 мин. Электрический ток дождя (панель д) отмечает начало первого грозового ливня спустя 5 минут после достижения светящегося фронта установки. Скорость капель 5—10 м • с—1. Отсюда следует, что осадки сконденсировались на высоте 3.2—4.7 км над уровнем моря (1.7 км — уровень установки). Это близко к уровню нулевой изотермы и похоже на конденсацию под действием быстро надвигающегося холодного фронта. Смена знака тока дождя свидетельствует о генерации во время активной фазы грозы двух локальных заряженных слоев в грозовом облаке.

На панели е приведены совместно графики средней яркости, в относительных единицах, областей снимка над установкой, соответствующие "тропосфере" (сплошная линия) 4—14 км, "стратосфере" (темные кружки) 14—45 км, и "ионосфере" (полые кружки) 45—75 км. При обработке ви-

а

0

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 79 № 5 2015

ВАРИАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ ВО ВРЕМЯ ГРОЗ

735

Рис. 2. Грозовое событие 15.09.2013 г. Снимок, сделанный удаленной камерой в момент 2 ч 01 мин (местного истинного времени), соответствующий максимальному свечению локального участка тропосферы над установкой. Яркость снимка усилена в 15 раз. Вверху снимка декретное время, опережающее мировое на 4 часа. Вверху справа виден козырек крыши дома.

деоматериала анализировалось поведение среднего значения распределения яркости пикселей по номерам оттенков серого цвета (256 каналов) по области свечения на снимке. При временной экспозиции камеры 0.4 с один канал яркости соответствует в фотометрических единицах 2 • 10—7 лк световой освещенности камеры, или 4 • 10—10 Вт • м-2 энергетической облученности. Из графиков видно, что до появления "светящихся облаков" случайная подсветка тропосферы искусственными источниками была ярче свечения стратосферы и ионосферы. С момента 1 ч 50 мин ситуация изменилась на противоположную, но яркость тропосферы продолжала непрерывно возрастать вследствие повышения рассеяния надвигающейся на удаленный пункт облачности. Видна хорошая корреляция свечения ионосферы с вариациями мю-онной интенсивности, отвечающими разности потенциалов в стратосфере порядка 100 МВ. Этот факт подтверждает гипотезу существования медленного пробоя на убегающих электронах стратосферы во время гроз. Заметно возмущение свечения тропосферы в момент максимума отрицательного возмущения в мюонах в 2 ч 1 мин.

На рис. 2 приведена фотография этого момента. Яркость усилена в 15 раз. На ней видно свечение стратосферы и ионосферы. Слой тропосф

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

Пoхожие научные работыпо теме «Физика»