ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВАРИАЦИЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕКТРОНОВ В СРЕДНЕШИРОТНОЙ D-ОБЛАСТИ ИОНОСФЕРЫ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ СОЛНЕЧНЫМ ЗАТМЕНИЕМ

January 1, 2013 by admin Комментировать »

Гоков А. М., Гритчин А., И., Тырнов О. Ф. Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина пл. Свободы 4, г. Харьков, 61077, Украина тел.: 8057-7051251, e-mail: Alexander.M.Gokov@univer.kharkov.ua

Рис. 1. Вариации концентрации электронов в D- области в период ЗС 29 марта 2006 г.

Fig. 1. Electron density variations in the D-region during 29 March 2006 Solar eclipse

Аннотация – По изменениям характеристик частично отраженных КВ сигналов и радиошумов (f=2,2-2,41 МГц) выполнены наблюдения за состоянием среднеширотной D- области ионосферы в период затмений Солнца 11 августа 1999 г. и 29 марта 2006 г. Установлены и объяснены сопутствующие затмениям изменения параметров 40 сигналов, радиошумов и концентрации электронов N в нижней части ионосферы (80-100 км). Установлено, что характерные процессы продолжались в течение 2-3 часов и вызваны, в основном, охлаждением атмосферного газа, уменьшением скорости ионизации и последующим уменьшением N на 40- 50 %. Обнаружено увеличение N в D-области в среднем на 200-250 % (пиковое увеличение составило около 350 %) через 50, 100 и 240 мин (на разных высотах) после солнечного затмения (длительностью процессов около 200 мин), обусловленное стимулированным затмением Солнца высыпанием электронов из магнитосферы.

I.                                       Введение

Табл. 1. Параметры потоков электронов Table 1. Electron flux parameters

Затмение Солнца (ЗС) в определенном регионе бывает сравнительно редко, поэтому наблюдение его дает уникальную возможность проследить за динамикой околоземной среды, уточнить сопутствующие физические процессы. Динамические процессы при конкретном затмении зависят от геофизической обстановки, степени возмущенности Солнца и околоземной среды. Эффектам, сопутствующим ЗС, посвящен ряд публикаций (см., напр., [1-5]). Было установлено, что ЗС вызывает сложный комплекс физических и химических процессов в атмосфере, в ионосфере и в геомагнитном поле. Среди них отметим: охлаждение атмосферного газа, генерация ударной волны плотности и, как результат, акустикогравитационных волн в атмосфере, уменьшение концентрации электронов в ионосфере, уменьшение температур электронов и ионов во внешней ионосфере, вариации геомагнитного поля и др. Откпик среднеширотной D-области на ЗС изучен недостаточно из-за сложности процессов и их многообразия.

В работе приведены результаты экспериментальных наблюдений методом частичных отражений (40) реакции региональной среднеширотной D- области ионосферы на солнечные затмения 11 августа 1999 г. и 29 марта 2006 г.

II.                               Основная часть

Зондирование нижней ионосферы проводилось с помощью радара 40 с параметрами: импульсная мощность передатчика Р=150кВт, частота /^1,5- 4,5 МГц, длительность импульса 25 мкс, частота повторения Г=10Гц, коэффициент усиления антенны G= 40-150. Амплитуды 40 сигнала и шумов после оцифровки с частотой 1 Гц записывались на магнитный носитель. Измерения выполнены в диапазоне высот 60-126 км с шагом по высоте 3 км.

ЗС 11 августа 1999 г. происходило с 12.57 до 15.29 LT, максимальное покрытие было в 14.13. Измерения выполнены 10, 11 и 12 августа 1999 г. Данные для первого и третьего дней использовались как контрольные. Геофизическая обстановка 10 и 11 августа была спокойной, день 12 августа был умеренно-возмущенным. ЗС 29 марта 2006 г. происходило с 13.03 до 15.21, максимальное покрытие – в 14.03. Наблюдения выполнены 28-30 марта.

Геофизическая обстановка была спокойной. Оба ЗС были частичными. Максимальное значение функции покрытия Солнца – А (t) – в районе наблюдений (вблизи г. Харькова) составляло около 83 % в первом случае и около 77 % во втором. Оценки средних величин интенсивностей ЧО-сигнала <Л\х> и шумов <А^по. пхх> осуществлялись по 60 реализациям на интервале времени 60 с. Высотные профили электронной концентрации N (ζ) вычислялись с погрешностью менее 30 % по методике [6]. При покрытии диском Луны солнечного диска поверхность Земли и нижняя часть ее атмосферы охлаждается. Зависимости температуры воздуха Т от времени в дни ЗС в целом не отличались: в течение первых 30 мин уменьшение Т достигало 7 К (11 августа) и 2 К (29 марта), далее в течение 60 мин имело место ее увеличение к почти фоновым значениям на 5 К и 2 К соответственно. Экспериментально установленные особенности в высотновременных вариациях концентрации электронов N (ζ, t) заключаются в следующем: 1. Отсутствие околопо- луденного максимума электронной концентрации, наблюдавшегося с 12 до 15 ч в контрольные дни (высоты 81-93 км); 2. Увеличение N в 2-3 раза через 100- 40 мин после начала ЗС на высотах 81-87 км соответственно (11 августа 1999 г.). Этот процесс продолжался 3- 4 ч.; 3. Увеличение N в 2-3 раза через 90 мин после начала ЗС на высотах 90-93 км (29 марта 2006 г.); Этот процесс продолжался примерно 3 ч (рис. 1); 4. Квазипериодический (с периодом около 60 мин) рост в 2-3 раза N на высотах 81-84 км длительностью около 4 ч примерно через 4 ч после окончания ЗС 29 марта 2006 г. (рис. 1).

9   В [4, 5] высказано предположение, что столь большое увеличение N вызвано высыпанием частиц из магнитосферы, т. е. является результатом проявления взаимодействия системы ионосфера – магнитосфера в средних широтах. Для обеспечения наблюдаемого на высотах 81-93 км роста N во время ЗС и после него согласно расчетам [7] т|эебуются потоки электронов с плотностью -10^-10 м’^с’\ Такие значения р не представляются большими. В табл. 1 приведены параметры потоков электронов, полученные по методике [8] из экспериментальных данных об N (Ζ, t) во время рассматриваемых ЗС. Они согласуются с теоретическими оценками и результатами экспериментальных исследований потоков во время возмущений как антропогенного, так и естественного характера (см., например, [9]). Энергетические характеристики потоков электронов также являются сравнительно небольшими: мощность Р=2МВт, энергия £=30-150 ГДж.

III.                                   Заключение

Экспериментально обнаружен рост концентрации электронов на высотах 81-96 км через десятки мин после начала затмения и продолжавшийся не менее 3-4 ч. Такое поведение N обусловлено, по-видимо- му, высыпанием электронов из магнитосферы в атмосферу во время солнечного затмения и после него. На основе этой гипотезы по экспериментальным данным оценены энергетические параметры высыпающихся электронов с энергиями 40-80 кэВ: потоки электронов составили порядка 10^- 10®м’^с’\

IV.                            Список литературы

[1] Special Eclipse Issue (The eclipse of 7 March 1970). – J. Atmos. Terr. Phys., 1972, 34, p. 559.

[2] Борисов Б. Б., Егоров Д. A., Егоров Η. Ε. и др. Комплексное экспериментальное исследование реакции ионосферы на солнечное затмение 9 марта 1997 г. Геомагнетизм и аэрономия, 2000, 40, с. 94.

[3] Бойтман О. Н., Калихман А. Д., Тащилин А. В. Среднеширотная ионосфера в период полного солнечного затмения 9 марта 1997 г. Геомагнетизм и аэрономия, 1999, 39, с. 52.

[4] Гоков А. М., Черногор Л. Ф. Результаты наблюдения процессов в нижней ионосфере, сопутствующих затмению Солнца 11 августа 1999 г. Радиофизика и радиоастрономия, 2000, 5, с. 348.

[5] Черногор Л. Ф. Высыпание электронов из магнитосферы стимулированное затмением Солнца. Радиофизика и радиоастрономия, 2000, 5, с. 371.

[6] Гармаш К. П., Черногор Л. Ф. Профили электронной концентрации D-области ионосферы в спокойных и возмущенных условиях по данным частичных отражений. Геомагнетизм и аэрономия.1996. 36, с. 75.

[7] ChernogorL. F., Garmash Κ. P.,. Rozumenko V. T. Flux Parameters of Energetic Particles Affecting the Middle Latitude Lower Ionosphere. Радиофизика и радиоастрономия.

1998. 3,0. 191.

[8] Черногор Л. Ф. Возмущение неоднородной структуры в нижней ионосфере под действием мощного радиоизлучения. Известия вузов. Радиофизика. 1985. 28, с. 17.

[9] Гоков А. М., Черногор Л. Ф. Вариации электронной концентрации в среднеширотной Ь-области ионосферы во время магнитных бурь. Косм1чна наука I технолог1я. 2005.

11,0.             12.

EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS OF THE ELECTRON DENSITY VARIATIONS IN THE MIDDLE LATITUDE IONOSPHERIC D-REGION DURING A SOLAR ECLIPSE

GokovA. М., Gritchin A. I., TyrnovO. F.

\f. Karazin Kharl<iv Nationai University

4,                  Svoboda Sq., Khari<iv, 61077, Ui<.raine Pii.: 8057-7051251

E-maii: Alexander M. Goi<ov@univerl<harl<ov.ua

Abstract – The middle latitude ionospheric D-region parameters’ variations during solar eclipses of the 11th of August, 1999 and the 29th of March, 2006, were experimentally investigated by partial reflection technique. 200-350 % (in the average) increase of the electron density, N, in the D-region was found at different heights in 50, 100 and 240 minutes after the solar eclipse. These events were, perhaps, conditioned by precipitation of high-energetic electrons from the magnetosphere; the duration of the events at all heights was about 200 minutes.

I.                                         Introduction

The solar eclipse (SE) in a certain region occurs comparatively rarely; therefore its experimental investigations give to the researchers unique possibility to investigate the dynamics of near-to-Earth space. Dynamic processes at the certain eclipse depend on the geophysical conditions, on the degree of the Sun perturbation and on the state of the near-to-Earth space. The results of experimental investigations of the middle latitude ionospheric D-region parameters variations by the partial reflection technique during the solar eclipses of the 11th of August, 1999 and the 29th of March, 2006 are given.

II.                                        Main Part

The partial reflection radar conducted the sounding of the lower ionosphere. Its parameters are as follows: the transmitter pulse power P=150W\N, frequency f=1,5-4,5 MHz, pulse width 25 mksec, repetition frequency F=10 Hz, the antenna gain G= 40-150. The maximal value of the Sun coverage function A (t) for the radar site was 83 % (the 11th of August, 1999) and 77 % (the 29th of March, 2006). The experimental investigation of the N (z, t) variations showed: 1. Absence of the midday maximum of N (z, t) for 81-93 km heights; 2. N was increased 2-3 times at 81-87 km heights in 100- 40 minutes after the beginning of SE (on the 11th of August, 1999). The duration of this event was 3-4 hours; 3. N was increased in 2-3 times at 90-93 km in 90 minutes after the beginning of SE (on the 29th of March, 2006). The duration of this event was about 3 hours (Fig. 1); 4. Quasiperiodical (with a period of about 60 mines) increase of N was characteristic at 81-84 km heights. The beginning of these variations was found to be in 4 hours after the SE end; the duration of this event was about 4 hours (the 29th of March, 2006 – Fig. 1).

III.                                       Conclusion

An increase of the electron density at the 81-96 km heights in tens of minutes after the beginning of solar eclipse is experimentally found. The duration of these events was not less than 3-4 hours. Such increase of Л/, perhaps, is conditioned by electron precipitation from the magnetosphere during the solar eclipse and after it. On the basis of this hypothesis and the experimental data the parameters of precipitating electrons are found to be as follows: electron energies – 40-80 keV: the electron fluxes 10^- 10°m’^secV

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты