ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2007, № 4, с. 88-91
ДИСКУССИИ
УДК 550.388.1+550.34.06
ВАРИАЦИИ ТОРМОЖЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА "МОНИТОР-Э" ПЕРЕД СИЛЬНЫМИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯМИ 2005-2006 гг.
© 2007 г. Ä. В. Тертышников
E-mail: atert@mail.ru Поступила в редакцию 05.02.2007 г.
Проанализированы вариации интенсивного торможения малого низкоорбитального космического аппарата (КА) "Монитор-Э" перед сильными землетрясениями с магнитудой М > 6.5, произошедшими в 2005-2006 гг. Выявлено интенсивное торможение КА и статистически значимые изменения спектра вариаций орбиты КА перед сильными коровыми землетрясениями суши. Эти эффекты подтверждаются по данным о вариациях характеристик орбит зарубежных низкоорбитальных малых КА дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ): "QuickBird 2", "OrbView-3", "EROS A 1".
ВАРИАЦИИ ТОРМОЖЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА "МОНИТОР-Э" ПЕРЕД СИЛЬНЫМИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯМИ 2005-2006 гг.
Основной вклад в вариации состояния верхней атмосферы (плотности и динамики) вносит солнечная и магнитная активность. Из теории сейсмо-ионосферных взаимодействий [1] следует возможное влияние "снизу" на состояние верхней атмосферы. Имеется много экспериментальных данных, подтверждающих вариации состояния верхней атмосферы и плазмосферы Земли перед сильнейшими землетрясениями. С низкоорбитальных КА зафиксированы значительные изменения температуры верхней плазмосферы [2].
Для диагностики "обобщенных портретов" сейсмоорбитальных эффектов можно использовать публикуемые данные об орбитальных характеристиках космических аппаратов (КА). Например, баллистический коэффициент кб [3]:
k« =
(CS
2 m'
(1)
входящий в выражение для расчета силы аэродинамического сопротивления КА:
K = k б р V0.
(2)
где т - масса, р - плотность атмосферы на высоте КА, скорость которого относительно воздуха ^отн = V - Ж, где V - скорость КА в геоцентрической инерционной системе координат, Ж - скорость движения атмосферы (ветра), Сх - безразмерный коэффициент аэродинамического сопротивления, - характерная площадь КА.
Выбор диагностируемой характеристики обусловлен тем, что перед запуском КА на основе его конструктивных характеристик рассчитывается проектный баллистический коэффициент.
После вывода КА на орбиту баллистический коэффициент рассчитывается по данным реальных наблюдений за движением КА. То есть, в оценках относительных вариаций кб от проектных значений содержится информация о характеристиках р и ^тн на высоте орбиты КА.
Для диагностики сейсмоорбитальных эффектов использовались данные о баллистическом коэффициенте КА дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) "Монитор-Э". Этот КА относится к серии малых (масса - 750 кг) низкоорбитальных космических аппаратов и предназначен для получения оперативных данных о состоянии окружающей среды. Он был запущен в 2005 г. на солнечно-синхронную орбиту с высотой 550 км и наклонением 97.5°. За сутки он делает около 15 оборотов вокруг Земли.
В 2005-2006 гг. функционирование КА "Монитор-Э" происходило в магнитоспокойных условиях. Это важно, так как во время магнитных бурь относительная ошибка определения плотности верхней атмосферы существенно увеличивается.
Для оценки перспектив исследования сейсмоорбитальных эффектов достаточно использовать даты сильнейших землетрясений и среднесуточные значения относительных вариаций оценки кб КА "Монитор-Э" от проектного значения. Они рассчитывались с помощью интерполяции публикуемых данных об относительных внутрисуточ-ных вариациях значений кб.
Предварительные особенности фоновых вариаций орбиты КА "Монитор-Э" исследовались на основе наборов данных об оценке кб относительно 25 случайно выбранных реперных дат. Протяженность преимущественно не перекрывающихся отрезков данных наблюдений ограничивалась 31 сут. Выбранные отрезки данных для повышения однородности нормировались по минимаксу каждого выбранного отрезка.
Таблица 1. Характеристики землетрясений суши
Дата Время, USG Широта, град Долгота, град Глубина, км Магнитуда
05.12.2005 12 h 19' 56" -6.22 29.83 22 7.20
01.04.2006 08 32 32 28.16 -112.12 14 6.70
22.02.2006 22 19 07 -21.32 33.58 11 7.50
14.03.2006 06 57 33 -3.60 127.21 30 6.70
20.04.2006 23 25 02 60.95 167.09 22 7.60
16.05.2006 15 28 25 0.09 97.05 12 6.80
08.07.2006 20 40 00 51.21 -179.31 22 6.60
Таблица 2. Характеристики подводных землетрясений
Дата Время, USG Широта, град Долгота, град Глубина, км Магнитуда
29.10.2005 04 h 05' 56" -45.21 96.90 8 6.50
13.12.2005 03 16 06 -15.27 -178.57 10 6.80
02.01.2006 06 10 49 -60.93 -21.58 10 7.40
31.03.2006 13 21 00 -29.61 -176.82 17 6.70
14.06.2006 04 18 42 51.75 177.08 14 6.40
19.07.2006 11 48 58 -5.47 150.68 28 6.40
29.10.2005 04 05 56 -45.21 96.90 8 6.50
В корреляционной матрице для фоновых данных проявилась статистически значимая ~9.5-су-точная периодичность изменения орбиты КА "Монитор-Э". Этот эффект мог быть обусловлен периодическим включением двигательной установки, спиралевидным характером движения КА, другими причинами.
Отбор сильнейших коровых землетрясений проводился по данным USGS National Earthquake Information Center. Относительно этих дат формировались данные наблюдений о нормированных относительных среднесуточных вариациях оценки кб в интервале ±15 сут от реперной даты.
За период 2005-2006 гг. для оценивания сей-смоорбитальных эффектов КА "Монитор-Э" было отобрано семь сильных коровых землетрясений с магнитудой не менее 6.5 землетрясений, произошедших под сушей, и семь сильных коровых подводных землетрясений с магнитудой не менее 6.5 (табл. 1-2). При их отборе проводилась проверка выполнения магнитоспокойных условий по данным из NOAA SpaceNEnvironment Center для анализируемых временных отрезков. Отрезки с данными о кб при этом не перекрывались по времени.
На рис. 1 представлены полученные методом "наложения эпох" обобщенные портреты изменения анализируемой характеристики, связанной с вариациями орбиты КА.
Для подводных землетрясений не проявились статистически значимые эффекты, выделяющие-
ся на фоне естественных вариаций. Можно отметить лишь чуть меньшее по сравнению с фоном торможение КА (осредненные значения выборок соответственно 0.43 < 0.48).
Для выбранных землетрясений суши статистически значимо (по критерию Вилкоксона [4] с р < 0.05) из естественных вариаций выделяется оценка торможения КА за 7 сут до обобщенного землетрясения, а также пониженное торможение КА накануне обобщенного землетрясения.
K
Сут
Рис. 1. Осредненные изменения нормированного баллистического коэффициента КА ДЗЗ "Монитор-Э" перед сильнейшими коровыми землетрясениями 2005-2006 гг.: 1 - суши; 2 - подводными; 0 - сутки с землетрясением.
90
ТЕРТЫШНИКОВ
Отн. ед.
12
11
10
9 1 1 1 1
-10
-5
0 Сут
10
Рис. 2. Осредненные изменения баллистического коэффициента КА ДЗЗ "EROS A 1" относительно даты (0 сут) сильнейших коровых землетрясений суши табл. 1.
I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_L
1 4 7 10 13
j_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
16 19 22 25 28 31
Рис. 3. Осредненные изменения тенденции баллистического коэффициента трех зарубежных КА ДЗЗ относительно даты (16-сут) сильнейших коровых землетрясений суши табл. 1. 1 - МО, 2 - СКО.
Отн. мощность
0.10 -
2 0.08 v4 \
^ / /
0.06
1 1 1 1 0.04 1 1 1 1 1
-25 -20 -15 -10 -5 0 Сут
5 10 15
Рис. 4. Осредненные изменения относительной мощности вариаций баллистического коэффициента КА ДЗЗ "Монитор-Э" с периодом Т = 2 сут (кривая 1) и Т = 3 сут (кривая 2). 0 - сутки с землетрясением.
По данным о вариациях баллистического коэффициента для находящихся на солнечно-синхронных орбитах иностранных КА ДЗЗ (Quick-Bird 2 (США), OrbView-3 (США), EROS A1 (Израиль)) выявлена меньшая заблаговременность проявления аномального торможения КА. Так, на рис. 2 представлены осредненные для земле-
трясений табл. 1 данные относительного изменения баллистического коэффициента КА EROS A1. У этого КА минимальные среди указанных зарубежных КА значения среднеквадратическо-го отклонения изменений баллистического коэффициента.
Для оценивания общих тенденций вариаций баллистического коэффициента использовался прием типизации: единица соответствовала росту, а 0 - снижению значения баллистического коэффициента. При осреднении типизированных данных для иностранных КА ДЗЗ (QuickBird 2, OrbView-3, EROS A1) проявился период "сейсмического затишья" с общей тенденцией роста значения баллистического коэффициента, а затем резкая смена тенденции с минимумом на 1-2 сут после землетрясения (рис. 3) с соответствующим проявлением в значениях коэффициента эксцесса и асимметрии.
К моменту землетрясения для баллистических коэффициентов зарубежных КА ДЗЗ растет амплитуда высокочастотных вариаций. А статистически значимый разбаланс коэффициентов корреляции данных о торможении четырех КА ДЗЗ накануне обобщенного землетрясения определяет перспективу и практическую значимость дальнейших исследований сейсмоорбитальных эффектов с выделением сейсмоопасного сектора долгот.
С помощью быстрого преобразования Фурье по 16-суточному скользящему окну анализировалось изменение вида периодограмм среднесуточных данных об относительных вариациях баллистического коэффициента КА "Монитор-Э". Рассчитанные периодограммы присваивались правой границе скользящего окна.
В характеристиках обобщенной методом "наложения эпох" периодограммы для землетрясений табл. 1 проявились (рис. 4) статистически значимые вариации на фоне естественных вариаций (по критерию Вилкоксона и Стьюдента [4] сp < 0.05):
- локальный минимум мощности двухсуточных вариаций орбиты КА за 7-9 сут до обобщенного землетрясения суши;
- локальный минимум мощности трехсуточных вариаций орбиты КА за 12-16 сут до обобщенного землетрясения суши;
- локальный максимум мощности трехсуточных вариаций орбиты КА за 3-5 сут до обобщенного землетрясения суши.
Проявился период "сейсмического затишья" с минимальной мощностью вариаций короткопе-риодных вариаций с Т = 2 и 3 сут за 8-14 сут до обобщенного землетрясения с последующем нарастанием мощности этих вариаций. В соответствии с классическими представлениями о модели подготовки корового землетрясения, важно,
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.