Инфразвуковой эффект солнечных затмений

Актуальность работы обусловлена необходимостью исследования физических эффектов, сопровождающих редкое природное явление – солнечное затмение. До настоящего времени исследовались особенности генерации солнечным затмением внутренних гравитационных волн в атмосфере с периодами T ~ 10÷ 100 мин. В предс...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2013
Hauptverfasser:	Пушин, В.Ф., Черногор, Л.Ф.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Радіоастрономічний інститут НАН України 2013
Schriftenreihe:	Радиофизика и радиоастрономия
Schlagworte:	Радиофизика геокосмоса
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/100142
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Инфразвуковой эффект солнечных затмений / В.Ф. Пушин, Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2013. — Т. 18, № 2. — С. 127-137. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-100142
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1001422016-05-17T03:02:35Z Инфразвуковой эффект солнечных затмений Пушин, В.Ф. Черногор, Л.Ф. Радиофизика геокосмоса Актуальность работы обусловлена необходимостью исследования физических эффектов, сопровождающих редкое природное явление – солнечное затмение. До настоящего времени исследовались особенности генерации солнечным затмением внутренних гравитационных волн в атмосфере с периодами T ~ 10÷ 100 мин. В представленной работе предпринята попытка подтвердить факт генерации и оценить основные параметры инфразвуковых колебаний с T~1÷10 мин, сопровождавших солнечные затмения. Для наблюдений использовался доплеровский ВЧ радар вертикального зондирования. Для обработки данных применялся спектральный анализ и полосно-пропускающая фильтрация. Подтверждено, что частные солнечные затмения, имевшие место над Харьковом (Украина) в 1999–2011 гг., как правило, сопровождались колебаниями доплеровского смещения частоты инфразвукового диапазона (T ~ 5÷ 8 мин) и амплитудой 20÷ 100 мГц. Им соответствовала относительная амплитуда колебаний концентрации электронов около 0.1÷ 0.5% Актуальність роботи обумовлена необхідністю дослідження фізичних ефектів, що супроводжують рідкісне природне явище – сонячне затемнення. До тепер досліджувались особливості генерації сонячним затемненням внутрішніх гравітаційних хвиль в атмосфері з періодами T ~10 ÷100 хв. У цій роботі зроблено спробу підтвердити факт генерації та оцінити основні параметри інфразвукових коливань з T ~1÷10 хв, що супроводжували сонячні затемнення. Для спостережень використовувався доплерівський ВЧ радар вертикального зондування. У обробці даних застосовувався спектральний аналіз і смуго-пропускаюча фільтрація. Підтвержено, що часткові сонячні затемнення, які мали місце над Харковом (Україна) в 1999–2011 рр., як правило, супроводжувалися коливаннями доплерівського зміщення частоти інфразвукового діапазону (T ~5÷8 хв) і амплітудою 20 ÷100 мГц. Їм відповідала відносна амплітуда коливань концентрації електронів близько 0.1÷0.5 %. The relevance of this study is due to the need to understand physical effects associated with rare phenomenon, solar eclipse. Until recently, the features of internal gravity wave generation have been studied in the 10 −100 min period range, while in this study an attempt is made to confirm the fact of generation and estimate the general parameters of infrasound oscillations associated with solar eclipses in the 1−10 min period range. The observations were made with the HF Doppler radar at vertical incidence. The data were subjected to spectral analysis and band-pass filtering. The solar eclipses that had occurred over Kharkiv city (Ukraine) within 1999–2011 are determined to be associated with Doppler shift of frequency oscillations in the infrasound frequency band (~ 5−8 min period range) and with amplitude of 20 −100 mHz. The corresponding amplitude of electron density oscillations was approximately equal to 0.1− 0.5 %. 2013 Article Инфразвуковой эффект солнечных затмений / В.Ф. Пушин, Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2013. — Т. 18, № 2. — С. 127-137. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. 1027-9636 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/100142 550.388 ru Радиофизика и радиоастрономия Радіоастрономічний інститут НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Радиофизика геокосмоса Радиофизика геокосмоса
spellingShingle	Радиофизика геокосмоса Радиофизика геокосмоса Пушин, В.Ф. Черногор, Л.Ф. Инфразвуковой эффект солнечных затмений Радиофизика и радиоастрономия
description	Актуальность работы обусловлена необходимостью исследования физических эффектов, сопровождающих редкое природное явление – солнечное затмение. До настоящего времени исследовались особенности генерации солнечным затмением внутренних гравитационных волн в атмосфере с периодами T ~ 10÷ 100 мин. В представленной работе предпринята попытка подтвердить факт генерации и оценить основные параметры инфразвуковых колебаний с T~1÷10 мин, сопровождавших солнечные затмения. Для наблюдений использовался доплеровский ВЧ радар вертикального зондирования. Для обработки данных применялся спектральный анализ и полосно-пропускающая фильтрация. Подтверждено, что частные солнечные затмения, имевшие место над Харьковом (Украина) в 1999–2011 гг., как правило, сопровождались колебаниями доплеровского смещения частоты инфразвукового диапазона (T ~ 5÷ 8 мин) и амплитудой 20÷ 100 мГц. Им соответствовала относительная амплитуда колебаний концентрации электронов около 0.1÷ 0.5%
format	Article
author	Пушин, В.Ф. Черногор, Л.Ф.
author_facet	Пушин, В.Ф. Черногор, Л.Ф.
author_sort	Пушин, В.Ф.
title	Инфразвуковой эффект солнечных затмений
title_short	Инфразвуковой эффект солнечных затмений
title_full	Инфразвуковой эффект солнечных затмений
title_fullStr	Инфразвуковой эффект солнечных затмений
title_full_unstemmed	Инфразвуковой эффект солнечных затмений
title_sort	инфразвуковой эффект солнечных затмений
publisher	Радіоастрономічний інститут НАН України
publishDate	2013
topic_facet	Радиофизика геокосмоса
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/100142
citation_txt	Инфразвуковой эффект солнечных затмений / В.Ф. Пушин, Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2013. — Т. 18, № 2. — С. 127-137. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.
series	Радиофизика и радиоастрономия
work_keys_str_mv	AT pušinvf infrazvukovojéffektsolnečnyhzatmenij AT černogorlf infrazvukovojéffektsolnečnyhzatmenij
first_indexed	2025-07-07T08:23:07Z
last_indexed	2025-07-07T08:23:07Z
_version_	1836975745011810304
fulltext	ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 2, 2013 127 Радиофизика и радиоастрономия. 2013, Т. 18, № 2, c. 127–137 © В. Ф. Пушин, Л. Ф. Черногор, 2013 ÐÀÄÈÎÔÈÇÈÊÀ ÃÅÎÊÎÑÌÎÑÀ В. Ф. ПУШИН, Л. Ф. ЧЕРНОГОР Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, пл. Свободы, 4, г. Харьков, 61022, Украина E-mail: Leonid.F.Chernogor@univer.kharkov.ua ÈÍÔÐÀÇÂÓÊÎÂÎÉ ÝÔÔÅÊÒ ÑÎËÍÅ×ÍÛÕ ÇÀÒÌÅÍÈÉ Актуальность работы обусловлена необходимостью исследования физических эффектов, сопровождающих редкое природ- ное явление – солнечное затмение. До настоящего времени исследовались особенности генерации солнечным затмением внутренних гравитационных волн в атмосфере с периодами ~T 10 100÷ мин. В представленной работе предпринята попытка подтвердить факт генерации и оценить основные параметры инфразвуковых колебаний с ~T 1 10÷ мин, сопро- вождавших солнечные затмения. Для наблюдений использовался доплеровский ВЧ радар вертикального зондирования. Для обработки данных применялся спектральный анализ и полосно-пропускающая фильтрация. Подтверждено, что частные солнечные затмения, имевшие место над Харьковом (Украина) в 1999–2011 гг., как правило, сопровождались колебаниями доплеровского смещения частоты инфразвукового диапазона ~(T 5 8÷ мин) и амплитудой 20 100÷ мГц. Им соответствовала относительная амплитуда колебаний концентрации электронов около 0.1 0.5 %÷ Ключевые слова: солнечные затмения, доплеровский радар, ионосфера, спектральный анализ, полосно-пропускающая фильтрация, атмосферный инфразвук УДК 550.388 1. Ââåäåíèå Исследованию физических процессов в атмосфере и геокосмосе, вызываемых солнечными затмения- ми (СЗ), посвящены десятки работ (см, например, [1–18]). Поскольку затмения относятся к уникаль- ным событиям, а сопровождающие их процессы существенно зависят от состояния атмосферной и космической погоды, уровень понимания всего комплекса физических процессов далек от же- лаемого. В течение десятков лет дискуссионным является вопрос о генерации СЗ внутренних грави- тационных волн (ВГВ) (см., например, [1–8]). Как известно, к ВГВ относят атмосферные волны с периодом ~ 10 180T ÷ мин. Такие волны наблю- даются при помощи GPS-технологий [10], радаров некогерентного рассеяния [10, 12, 15, 18], доплеров- ских радаров [3, 14, 16, 17], ионозондов и других средств [2, 4–8, 11, 13]. Еще сложнее дело обстоит с возможностью наблюдения инфразвуковых волн с 5 10T ≤ ÷ мин. Для их наблюдения необходимы средства, обладающие высоким временным разре- шением (например, не хуже 1 мин) и высокой чув- ствительностью к изменениям параметров атмо- сферы и геокосмоса (например, способным обнару- живать относительные возмущения среды порядка 0.1 1%).÷ Этим требованиям удовлетворяют доп- леровские ВЧ радары [14, 16, 17, 19]. При помощи такого радара автором работ [16, 17] впервые обна- ружены инфразвуковые колебания с 2 5T ≈ ÷ мин на высотах ионосферы, сопровождавшие СЗ. Амплитуда доплеровского смещения частоты (ДСЧ) составляла несколько десятков миллигерц. В работах [16, 17] инфразвуковые колебания ДСЧ выделялись при помощи системного спект- рального анализа. Из-за относительно малой амплитуды инфразвука колебания с 2 6T ≈ ÷ мин на фоне более сильных ВГВ наблюдались не очень уверенно. В представленном исследова- нии для обнаружения инфразвуковых колебаний ДСЧ применялась полосно-пропускающая филь- трация (ППФ). Цель настоящей работы – подтвердить факт генерации и оценить основные параметры квази- периодических колебаний инфразвукового диапа- зона во временных вариациях ДСЧ в течение СЗ, наблюдавшихся вблизи г. Харькова (Украина) в 1999–2011 гг. Подтверждение факта генерации инфразвука зат- мениями и определение основных параметров ко- лебаний позволит лучше понять весь комплекс 128 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 2, 2013 В. Ф. Пушин, Л. Ф. Черногор физических процессов в атмосфере и геокосмосе, вызываемых редким природным явлением. В част- ности, инфразвук относится к одному из каналов взаимодействия подсистем в системе Солнце – меж- планетная среда – магнитосфера – ионосфера – атмосфера – Земля (внутренние оболочки). 2. Ñðåäñòâà è ìåòîäû Для изучения инфразвукового эффекта СЗ исполь- зовался доплеровский радар вертикального зон- дирования, расположенный в Радиофизической обсерватории Харьковского национального уни- верситета имени В. Н. Каразина вблизи г. Харь- кова (49 38′° с. ш., 36 20′° в. д.), Украина [16, 19]. Анализ ВЧ-сигнала, отраженного от ионосфе- ры и представляющего собой суперпозицию не- скольких мод, проводился путем спектрального фурье-анализа его биений с сигналом опорного гетеродина (осуществлялась так называемая доплеровская фильтрация). Интервал анализа был выбран равным 60 с. Динамические спектры (ДС) биений рассчитывались без перекрытия. По- лагалось, что в ВЧ сигнале присутствовала до- минирующая по амплитуде мода, и опреде- лялся временной ряд вариаций ДСЧ ( ),d if t 0, 1, 2, ...,i n= как последовательность частот главных максимумов ДС. Аналогично определял- ся временной ряд вариаций их нормированной амплитуды ( ),s iA t 0, 1, 2, ..., .i n= Полагалось, что критерием обнаружения гене- рации инфразвуковых волн на высотах ионосферы за счет СЗ является совпадение (близость) вре- мени начала затмения над радаром со временем начала вариаций ДСЧ соответствующей частоты. Поэтому рассчитывались ДС вариаций ДСЧ в пе- риод СЗ. Интервал анализа был выбран равным 60 мин, перекрытие – 30 мин. Из временного ряда вариаций ДСЧ удалялись неправдоподобные зна- чения (выбросы) и полиноминальный тренд 4-й степени. Анализ ДС позволял выделять колебания инфразвукового диапазона, появляющиеся в пе- риод СЗ. Для определения параметров инфразву- кового колебания вариации ДСЧ пропускались че- рез полосно-пропускающий фильтр с соответст- вующей центральной частотой .cf Полоса фильт- ра была выбрана равной 0.1 .cf fΔ = В качестве фильтра использовался синусный фильтр Батте- руорта, который в работе [19] успешно применял- ся для выявления инфразвука и ВГВ. 3. Êðàòêèå ñâåäåíèÿ î ÑÇ Основные характеристики и параметры СЗ приве- дены в табл. 1. Видно, что все затмения были част- ными, их фаза изменялась от 0.24 до 0.78, макси- мальное значение функции покрытия Солнца состав- ляло от 0.13 до 0.73, а максимальное уменьшение освещенности – от 1.15 до 3.7 раза. Одно СЗ имело место в послевосходное время, а именно с 02:10 до 04:20 (здесь и далее используется всемирное время UT). Остальные пять затмений наблюдались в околополуденное время (по местному времени). 4. Ñîñòîÿíèå êîñìè÷åñêîé ïîãîäû Состояние космической погоды удобно харак- теризовать при помощи параметров солнечного ветра (измеренных концентрации частиц ,swn температуры ,swT скорости swV и рассчитанного давления ),swp рассчитанной энергетической функции Акасофу ,Aε значений межпланетного Таблица 1. Основные данные о СЗ Характеристики 11 августа 31 мая 3 октября 29 марта 1 августа 4 января и параметры 1999 г. 2003 г. 2005 г. 2006 г. 2008 г. 2011 г. Начало СЗ 09:57 02:10 08:36 10:02 09:11 07:30 Главная фаза СЗ 11:13 03:10 09:38 11:12 10:15 08:59 Конец СЗ 12:29 04:20 10:42 12:21 11:17 10:29 Фаза СЗ 0.78 0.74 0.24 0.77 0.42 0.78 Максимальное значение функции покрытия Солнца 0.73 0.66 0.13 0.72 0.31 0.71 Максимальное уменьшение освещенности, разы 3.7 2.9 1.15 3.6 1.4 3.6 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 2, 2013 129 Инфразвуковой эффект солнечных затмений магнитного поля (и в частности компоненты ),zB плотностей потоков протонов pΠ и электронов ,eΠ индексов солнечной (F10.7) и геомагнитной ( ,stD pK и )pA активностей. Такой набор пара- метров позволяет всесторонне проанализировать состояние космической погоды. Средние значения перечисленных выше пара- метров приведены в табл. 2. Из табл. 2 видно, что все СЗ, кроме затмения 31 мая 2003 г., про- исходили в условиях “хорошей” космической погоды. (Под “хорошей” космической погодой по- нимается практически невозмущенное состояние геокосмической среды.) В частности, значения индексов pK и stD изменялись соответственно от 1 до 2 и от +10 до –15 нТл. Это значительно облегчило выделение эффектов СЗ в вариациях характеристик сигнала доплеровского радара. Затмение 31 мая 2003 г. развивалось в период восхода Солнца на фоне завершающейся сверх- сильной max( 8)pK = магнитной бури. Во время СЗ 3 5.pK ≈ ÷ 5. Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòîâ 11 августа 1999 г. Зависимость ДСЧ ( )df t и нор- мированные амплитуды сигнала ( )sA t от време- ни приведены на рис. 1. Из рисунка видно, что после начала СЗ ДСЧ стало отрицательным, а после 11:20 – положительным. Значения ( )sA t увеличились в 2 3÷ раза. На медленные измене- ния ( )df t и ( )sA t накладывались квазипериоди- ческие вариации с периодами 10 20T ≈ ÷ мин. Результаты ППФ приведены на рис. 2. Из рис. 2 видно, что примерно за 70 80÷ мин до начала СЗ появился цуг колебаний с периодом 5.5T ≈ мин и амплитудой 50A = мГц. Среднее квадратичное значение помехи в этот день 8σ ≈ мГц. В течение СЗ появились еще два цуга колебаний с временем запаздывания ,tΔ близким к 0 и 110 мин. Их про- должительность TΔ была около 25 30÷ мин, амплитуда – около 30 мГц. 31 мая 2003 г. Эффекты СЗ в этот день на- блюдались на фоне релаксирующей магнитной бури и утреннего терминатора. Затмение сопро- вождалось сначала отрицательным, а затем по- ложительным всплесками df (рис. 3). Нормиро- ванная амплитуда сигнала в течение СЗ сравни- тельно слабо изменялась, лишь перед его окон- чанием возник всплеск sA длительностью около 30 мин. Кроме регулярных вариаций df и ,sA наблюдались их квазипериодические изменения с периодами 5 15÷ мин. ППФ позволила выявить два цуга колебаний с периодом 6T ≈ мин (см. рис. 4): за 70 мин до начала СЗ ( 100A ≈ мГц, 30TΔ ≈ мин) а также с временем запаздывания 10tΔ ≈ мин ( 180A ≈ мГц, 40TΔ ≈ мин). 3 октября 2005 г. СЗ в этот день характеризо- валось малым значением фазы (0.24). Эффекты затмения в зависимостях ( )df t и ( )sA t выраже- ны слабо (рис. 5). ППФ позволила выделить два цуга колебаний с 6T ≈ мин (рис. 6). Для первого из них 0tΔ ≈ мин, 50A ≈ мГц, 40TΔ ≈ мин, для второго – 110tΔ ≈ мин, 60A ≈ мГц, 40TΔ ≈ мин. Таблица 2. Состояние космической погоды Характеристики 11 августа 31 мая 3 октября 29 марта 1 августа 4 января и параметры 1999 г. 2003 г. 2005 г. 2006 г. 2008 г. 2011 г. 3, мswn − 70.6 10⋅ 70.2 10⋅ 7(0.5 1) 10÷ ⋅ 73 10⋅ 7(0.4 0.5) 10÷ ⋅ 7(1.0 1.5) 10÷ ⋅ , KswT 510 5~10 5(0.3 0.4) 10÷ ⋅ 50.5 10⋅ 50.5 10⋅ 5(1.1 1.3) 10÷ ⋅ , км/сswV 350 700 350 360÷ 370 380÷ 370 380÷ 400 420÷ , нПаswp 1 1.5÷ ~ 5 2 3÷ 0.5 0.7÷ 1.6 1.7÷ 3 4÷ , ГВтAε 1 10÷ 1 10÷ ~ 0.1 ~ 0.1 0.7 0.8÷ 1 5÷ 2 1 1, м с стp − − −Π ⋅ ⋅ 2~ 2 10⋅ 2(1 10) 10÷ ⋅ 2~ 10 2(1 3) 10÷ ⋅ 2(1 3) 10÷ ⋅ 2~ 10 2 1 1, м с стe − − −Π ⋅ ⋅ 5~ 5 10⋅ 5(1 10) 10÷ ⋅ 5(1 2) 10÷ ⋅ 5(5 10) 10÷ ⋅ 5(25 30) 10÷ ⋅ 6~ 10 , нТлzB 1 5÷ 1 5÷ ~1 ~ 5 1 2÷ 6± , нТлstD 10− 30− 15− 10+ 5+ 10 15÷ pK 1 3 4÷ 2 1 1 0 3÷ pA 8 17 7 6 3 4 2 110.7, Вт м ГцF − −⋅ ⋅ 22128 10−⋅ 22113 10−⋅ 2279 10−⋅ 2278 10−⋅ 2266 10−⋅ 2291 10−⋅ 130 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 2, 2013 В. Ф. Пушин, Л. Ф. Черногор 29 марта 2006 г. В течение СЗ df сначала уменьшалось от 0 до (0.6 0.8)− ÷ Гц, а затем уве- личилось до 0.7 Гц (рис. 7). Значения sA при зат- мении сильно флуктуировали от ~ 0.1 до 0.7 0.8.÷ На медленные вариации ( )df t накладывались ква- зипериодические вариации с 10 15T ≈ ÷ мин. В результате ППФ выявлены три цуга колеба- ний с 7.5T ≈ мин (рис. 8). Первый цуг появился за 40 мин до начала затмения ( 60A ≈ мГц, TΔ ≈ 30 мин). Для второго цуга 20tΔ ≈ мин, A ≈ 60 мГц, 50TΔ ≈ мин, для третьего – tΔ ≈ 120 мин, 150A ≈ мГц, 50TΔ ≈ мин. Рис. 2. Вариации ДСЧ 11 августа 1999 г. после ППФ. Параметры фильтра: 111 ч ,cf −= 11.1 чf −Δ = Рис. 3. Вариации ДСЧ (сплошная кривая) и амплитуды главного максимума спектра биений (пунктирная кривая) во время СЗ 31 мая 2003 г. над г. Харьков. Частота излучаемого сигнала 3.276 МГц Рис. 1. Вариации ДСЧ (сплошная кривая) и амплитуды главного максимума спектра биений (пунктирная кривая) во время СЗ 11 августа 1999 г. над г. Харьков. Частота излучаемого сигнала 3.7 МГц. Здесь и далее на горизонтальной оси показан интервал времени наблюдения СЗ ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 2, 2013 131 Инфразвуковой эффект солнечных затмений 1 августа 2008 г. В течение затмения крат- ковременное уменьшение df до –0.2 Гц смени- лось продолжительным увеличением до 0.3 0.4÷ Гц (рис. 9). СЗ сопровождалось умень- шением sA примерно от 0.3 до 0.1. Как в ( ),df t так и в ( )sA t были выражены квазипериодичес- кие процессы с 10 20T ≈ ÷ мин. ППФ способствовала обнаружению цугов ко- лебаний с 6.7T ≈ мин (рис. 10). Первый цуг по- явился за 80 мин до начала СЗ ( 60A ≈ мГц, 25 30TΔ ≈ ÷ мин), второй цуг возник с 0tΔ ≈ мин ( 100A ≈ мГц, 80TΔ ≈ мин). 4 января 2011 г. В течение СЗ df сначала уменьшалось до 0.2 Гц, а затем увеличивалось Рис. 6. Вариации ДСЧ 3 октября 2005 г. после ППФ. Параметры фильтра: 110 ч ,cf −= 11.0 чf −Δ = Рис. 4. Вариации ДСЧ 31 мая 2003 г. после ППФ. Параметры фильтра: 110 ч ,cf −= 11.0 чf −Δ = Рис. 5. Вариации ДСЧ (сплошная кривая) и амплитуды главного максимума спектра биений (пунктирная кривая) во время СЗ 3 октября 2005 г. над г. Харьков. Частота излучаемого сигнала 4.004 МГц 132 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 2, 2013 В. Ф. Пушин, Л. Ф. Черногор до 0.6 Гц (рис. 11). Значения sA увеличивались от ~ 0.1 до 0.5 0.6.÷ Кроме медленных вариаций ( )df t и ( ),sA t наблюдались их квазипериодичес- кие изменения с 10 20T ≈ ÷ мин. В результате ППФ выявлено несколько цугов колебаний с 7.5T ≈ мин (рис. 12). Первый из них – слабый с 20A ≈ мГц ( 16σ ≈ мГц) – воз- ник за 80 мин до СЗ. Следующий цуг появил- Рис. 9. Вариации ДСЧ (сплошная кривая) и амплитуды главного максимума спектра биений (пунктирная кривая) во время СЗ 1 августа 2008 г. над г. Харьков. Частота излучаемого сигнала 3.2 МГц Рис. 7. Вариации ДСЧ (сплошная кривая) и амплитуды главного максимума спектра биений (пунктирная кривая) во время СЗ 29 марта 2006 г. над г. Харьков. Частота излучаемого сигнала 4.004 МГц Рис. 8. Вариации ДСЧ 29 марта 2006 г. после ППФ. Параметры фильтра: 18 ч ,cf −= 10.8 чf −Δ = ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 2, 2013 133 Инфразвуковой эффект солнечных затмений ся практически сразу после начала затмения. Для него 0tΔ ≈ мин, 40A ≈ мГц, 40TΔ ≈ мин. Еще до окончания этого цуга возник следующий цуг примерно с такими же параметрами. При- мерно через 130 мин после начала СЗ наблюда- лась следующая группа цугов с 40 50A ≈ ÷ мГц и 30TΔ ≈ мин. 6. Îáñóæäåíèå Наши наблюдения показали, что слабые колеба- ния ДСЧ возникали достаточно часто, но в этих случаях их амплитуда 10 20A ≈ ÷ мГц. Уровень инфразвука увеличивался на порядок во время гео- космических бурь. Анализ состояния космичес- Рис. 12. Вариации ДСЧ 4 января 2011 г. после ППФ. Параметры фильтра: 18 ч ,cf −= 10.8 чf −Δ = Рис. 10. Вариации ДСЧ 1 августа 2008 г. после ППФ. Параметры фильтра: 19 ч ,cf −= 10.9 чf −Δ = Рис. 11. Вариации ДСЧ (сплошная кривая) и амплитуды главного максимума спектра биений (пунктирная кривая) во время СЗ 4 января 2011 г. над г. Харьков. Частота излучаемого сигнала 4.2 МГц 134 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 2, 2013 В. Ф. Пушин, Л. Ф. Черногор кой погоды показал, что пять СЗ имели место на фоне невозмущенной геокосмической среды. Лишь 31 мая 2003 г. затмение наблюдалось на стадии релаксации магнитной бури. Можно утверждать, что спокойное состояние космической погоды бла- гоприятствовало выявлению эффектов СЗ. В течение всех СЗ зависимости ( )df t и ( )sA t были промодулированы квазипериодическими ко- лебаниями с 10 20T ≈ ÷ мин. Очевидно, что зат- мения вызывали генерацию ВГВ. Эти волны на- блюдались и ранее (см., например, [2–5, 11]). 6.1. Ïàðàìåòðû èíôðàçâóêà Все СЗ сопровождались появлением цугов коле- баний инфразвукового диапазона. Как правило, наблюдалось несколько цугов с амплитудой А, заметно превышающей среднеквадратическое отклонение σ уровня фоновых флуктуаций. Заметим, что при оценке σ исключались цуги колебаний, которые могли быть связаны с СЗ. По значениям А и σ вычислялось отношение сиг- нал/шум для искомого колебания по формуле 2 2 .2 Aq = σ Первый цуг колебаний наблюдался задолго до начала СЗ в месте расположения обсерватории. Сводка основных параметров инфразвукового колебания второго и третьего цугов, а также шума приведены в табл. 3. Там же указаны средние значения этих параметров. Второй цуг колебаний отмечался с запаздыванием 0 20tΔ ≈ ÷ мин пос- ле начала затмения. Третий цуг наблюдался в четырех случаях через 110 130÷ мин после на- ступления СЗ. Длительность TΔ цугов изменя- лась от 25 до 80 мин, но в среднем составляла около 40 50÷ мин. Значение q варьировалось в пределах 3 28.÷ Среднее значение q было близ- ко к 10 и 17 для указанных выше цугов. Появление первого цуга колебаний до начала затмения невозможно объяснить прямым воздей- ствием затмения. Дело в том, что скорость дви- жения лунной тени по поверхности Земли в сред- них широтах превышает скорость инфразвука на высотах средней ионосферы ( ~ 100 300z ÷ км). Если этот цуг связан с затмением, он является результатом взаимодействия подсистем в систе- ме Земля – атмосфера – ионосфера – магнито- сфера, например, высыпания энергичных электро- нов из магнитосферы [20]. В работе [20] описан механизм высыпания электронов, стимулирован- ный затмением. Хорошо известно, что высыпа- ние частиц сопровождается генерацией инфра- звука [21]. 6.2. Ìåõàíèçì ãåíåðàöèè èíôðàçâóêà Второй и третий цуги колебаний связаны с пря- мым воздействием СЗ. Затмения, как известно, сопровождаются охлаждением атмосферного газа как у поверхности Земли, так и в стратосфере, а также в термосфере. При этом изменяется внут- ренняя энергия охлаждаемого объема атмо- сферы [16]. Вариации этой энергии, как и сверх- Дата Т, мин А, мГц , мГцσ q , минtΔ , минTΔ 11 августа 1999 г. 5.5 30 8 7 0 25 (30) (5) (18) (110) (30) 31 мая 2003 г. 6 180 30 18 10 40 – – – – – 3 октября 2005 г. 6 50 10 13 0 50 (60) (10) (18) (110) (40) 29 марта 2006 г. 7.5 60 20 5 20 50 (150) (20) (28) (120) (50) 1 августа 2008 г. 6.7 100 20 13 0 80 – – – – – 4 января 2011 г. 7.5 40 16 3 0 40 (40) (16) (3) (130) (30) Среднее значение 6.5 77 17 10 5 47 (70) (13) (17) (120) (37) Таблица 3. Значения основных параметров второго и третьего (в скобках) цугов инфразвуковых колебаний ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 2, 2013 135 Инфразвуковой эффект солнечных затмений звуковое движение лунной тени, служат источни- ками акустико-гравитационных волн в нейтраль- ной атмосфере [16, 22]. Под действием этих волн модулируется концентрация электронов N в ионо- сфере. Вариации N наблюдаются радиофизичес- кими методами и, в частности, при помощи доп- леровского радиозондирования. В пользу теплового механизма генерации инфра- звука свидетельствуют также длительности второ- го и третьего цугов, которые примерно равны дли- тельности охлаждения объема атмосферного газа. 6.3. Îòíîñèòåëüíàÿ àìïëèòóäà âîçìóùåíèé êîíöåíòðàöèè ýëåêòðîíîâ Для оценки N N Nδ = Δ воспользуемся соотноше- нием из работ [14, 17]: , 4 da N fcT L f δ = π (1) где с – скорость света в вакууме, Т – период коле- баний ДСЧ, daf – их амплитуда, f – несущая час- тота радиосигнала, L – характерный высотный раз- мер, дающий основной вклад в ДСЧ. Полагая 6T = мин, 50L = км при 4.2f = МГц и daf = 20 100÷ мГц получим, что 0.1 0.5 %.Nδ = ÷ Близ- кие значения ~ 0.2 %Nδ отмечались нами при изу- чении возможности генерации инфразвука солнеч- ным терминатором [19]. Этого и следовало ожидать, так как между эффектами, сопровождающими дви- жение терминатора и затмение, есть много общего. 6.4. Ýôôåêòèâíîñòü ãåíåðàöèè èíôðàçâóêà çàòìåíèåì Далее оценим относительную долю энергии η, которая расходуется на генерацию инфразвука, т. е. эффективность его генерации СЗ. Будем счи- тать, что основной вклад в генерацию инфразвука дает охлаждение атмосферного газа. Как показа- ли экспериментальные и теоретические исследо- вания, на высотах термосферы его температура уменьшается примерно на 10aTΔ ≈ К. При этом плотность внутренней энергии газа уменьшается на величину ,T aC Tε = ρ Δ (2) где ρ – плотность газа, 310 Дж/(кг K)C ≈ ⋅ – удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении. Плотность энергии, переносимой инфразвуком, дается известным соотношением 22 2 ( ) ,pa pp p δΔε = ρ = = γ γ v (3) где v – амплитуда скорости частиц в волне, pΔ – амплитуда возмущения давления воздуха p, ,p p pδ = Δ γ – показатель адиабаты. За период Т частицы воздуха смещаются по высоте на . 2 TzΔ = π v Электроны с концентрацией N, являясь малой примесью, колеблются вместе с плотностью воздуха. При этом амплитуда возмущения N d , d N N zN z N z L ΔΔ = Δ = где NL – характерный высотный масштаб изме- нения ( ).N z Отсюда относительная амплитуда возмущений концентрации электронов в волне . 2N N N z T L L Δδ = = π v Учитывая, что ,s p s p δΔ= = ρ γ v v v где 1 2( )s p= γ ρv – скорость звука, получим . 2 s N p N T L δ = δ πγ v (4) При 300 500T = ÷ с, 50NL ≈ км и 400s ≈v м/с имеем 0.27 0.45. 2 N s N p N Tk L δ= ≈ ÷ δ πγ v Важно, что коэффициент Nk пропорционален Т. С учетом (2) и (3) получим 2 2 2 2 .a s p p T a a p C T C T εη = = δ = δ ε γρ Δ γ Δ v (5) Из (4) следует, что 136 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 2, 2013 В. Ф. Пушин, Л. Ф. Черногор 2 .N p N s L T πγδ = δ v (6) С учетом (1) и (6) имеем , 2 N p f s L c L γδ = δ v где .f daf fδ = Обычно ,NL L≈ тогда . 2p f s cγδ = δ v (7) Подставляя (7) в (5), получим 2 2 . 4 f a c C T η = δ Δ (8) При экспериментальных значениях fδ = 8(0.5 2.5) 10−÷ ⋅ и 10aTΔ = К из (8) имеем η ≈ 5 35.6 10 1.4 10 .− −⋅ ÷ ⋅ Для сравнения укажем, что в энергию ВГВ преобразуется от 0.02 до 0.1 внутренней энергии газа [14]. Эффективность генерации инфразвука на 2–3 порядка ниже, чем эффективность генера- ции ВГВ. Именно это обстоятельство существен- но затрудняет обнаружение инфразвуковых коле- баний, сопровождающих СЗ. Таким образом, примененная в настоящей ра- боте ППФ позволила уверенно выделить инфра- звуковые вариации ДСЧ для всех шести СЗ, а следовательно, подтвердить независимым ме- тодом обработки обнаруженный ранее в работах [16, 17] инфразвуковой эффект. 7. Âûâîäû 1. При помощи доплеровского ВЧ радара верти- кального зондирования с использованием спект- рального оценивания и ППФ для шести событий надежно подтвержден факт генерации инфразву- ка под действием СЗ. Обнаружены три цуга ко- лебаний, сопровождавших затмение. 2. Первый цуг колебаний в четырех случаях появлялся за 30 80÷ мин до начала СЗ в месте наблюдения. Если этот цуг связан с затмением, он не является результатом прямого воздействия СЗ. Он может быть результатом вторичных процессов, стимулируемых затмением в системе Земля – атмосфера – ионосфера – магнитосфера. 3. Второй цуг колебаний регистрировался практически сразу, а третий – с запаздыванием 110 130÷ мин после начала СЗ в месте наб- людения. Эти цуги колебаний, скорее всего, вызва- ны СЗ. Механизм генерации инфразвука связан с охлаждением атмосферного газа в затененной об- ласти и со сверхзвуковым движением лунной тени. 4. Амплитуда обоих цугов колебаний в сред- нем превышала уровень шума в 3 8÷ раз, а отно- шение сигнал/шум составляло 3 28.÷ 5. Продолжительность всех цугов колебаний была близка к 40 50÷ мин. 6. Амплитуде колебаний ДСЧ в 20 100÷ мГц соответствовало относительное изменение кон- центрации электронов в поле инфразвуковой вол- ны, равное 0.1 0.5 %.÷ 7. Показано, что эффективность генерации инфразвука СЗ была близка к 4 310 10 .− −÷ Это на два – три порядка ниже эффективности генера- ции ВГВ. 8. Инфразвуковые эффекты СЗ и солнечных терминаторов оказались подобными. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 01. Beer T. and May A. N. Atmospheric gravity waves to be expected from the solar eclipse of June 30 // Nature. – 1972. – Vol. 240, No. 5375. – P. 30–32. 02. Broche P., Crochet M., and de Maitre J. G. Gravity waves generated by the June 1973 solar eclipse in Africa // J. Atmos. Terr. Phys. – 1976. – Vol. 38, No. 12. – P. 1361–1364. 03. Ishinose T. and Ogawa T. Internal gravity waves deduced from HF Doppler data during the April 19, 1958, solar eclipse // J. Geophys. Res. – 1976. – Vol. 8, No. 13. – P. 2401–2404. 04. Bertin F., Hughes K.A., and Kersley L. Atmospheric waves induces by solar eclipse of 30 June 1973 // J. Atmos. Terr. Phys. – 1977. – Vol.39. No. 3. – P. 457–461. 05. Butcher E. C., Downing A. M., and Kole K. D. Wavelike variations in the F-region in the path of totality of the eclipse of 23 October 1976 // J. Atmos. Terr. Phys. – 1979. – Vol. 41. No. 5. – P. 439–444. 06. Chandra H., Sethia G., Vyas G. D., Deshpande M. R., and Vats H. O. Ionospheric effects of the total solar eclipse of 16 Feb. 1980 // Proc. Indian Nat. Acad. Sci. – 1980. – Vol. A47, No. 1. – P. 57–60. 07. Deshpande M. R., Chandra H., Sethia G., Vats H. O., Vyas G. D., Iyer K. N., and Janve A. V. Effects of the total solar eclipse of 16 February 1980 on TEC at low latitu- des // Proc. Indian. Nat. Acad. Sci. – 1982. – Vol. A48, No. 3. – P. 427 – 433. 08. Rama Rao P. V. S., Rao B. V. P. S., Nru D., and Niranjan K. TEC observations at Waltair during the total solar eclipse of 16 Februrary 1980 // Proc. Indian Nat. Acad. Sci. – 1982. – Vol. A48, No. 3. – P. 434–438. ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 2, 2013 137 Инфразвуковой эффект солнечных затмений 09. Salah J. I., Oliver W. L., Foster J. C., Holt J. M., Emery B. A., and Roble R. G. Observations of the May 30, 1984, an- nual solar eclipse at Millstone Hill // J. Geophys. Res. – 1986. – Vol. 91, No. A2. – P. 1651–1660. 10. Afraimovich E. L., Palamartchouk K. S., Perevalova N. P., and Chernukhov V. V. Ionospheric effects of the solar eclipse of March 9,1997, as deduced from GPS data // Geophys. Res. Lett. – 1998. – Vol. 25, No. 4. – P. 465–468. 11. Jones T. B., Wright D. M., Milner J., Yeoman T. K., Reid T., Senior A., and Martinez P. The detection of atmospheric waves produced by the total solar eclipse 11 August 1999 // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. – 2004. – Vol. 66, No. 5. – P. 363–374. 12. Бурмака В. П., Черногор Л. Ф. Радиофизические на- блюдения волновых возмущений в ионосфере в период частного солнечного затмения 1 августа 2008 г. // Радиофизика и радиоастрономия. – 2009. – Т. 14, № 4. – С. 390–402. 13. Кащеев С. Б., Зализовский А. В., Колосков А. В., Галуш- ко В. Г., Пикулик И. И., Ямпольский Ю. М., Куркин В. И., Литовкин Г. И., Орлов А. Н. Вариации частоты КВ сиг- налов на протяженных трассах во время солнечного зат- мения // Радиофизика и радиоастрономия. – 2009. – Т. 14, № 4. – С. 353–366. 14. Черногор Л.Ф. Волновой отклик ионосферы на частное солнечное затмение 1 августа 2008 г. // Геомагнетизм и аэрономия. – 2010. – Т. 50, № 3. – С. 361–376. 15. Chernogor L. F., Grigorenko Ye. I., and Lyashenko M. V. Effects in geospace during partial solar eclipses over Khar- kiv // Int. J. Remote Sens. – 2011. – Vol. 32, No. 11. – P. 3219–3229. 16. Черногор Л. Ф. Эффекты солнечных затмений в ионо- сфере: результаты доплеровского зондирования. 1. Экспериментальные данные // Геомагнетизм и аэро- номия. – 2012. – Т. 52, № 6. – С. 807–817. 17. Черногор Л. Ф. Эффекты солнечных затмений в ионо- сфере: результаты доплеровского зондирования. 2. Спектральный анализ // Геомагнетизм и аэрономия. – 2012. – Т. 52, № 6. – С. 818–831. 18. Домнин И. Ф., Емельянов Л. Я., Черногор Л. Ф. Дина- мика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г. // Радиофизика и радиоастрономия. – 2012. – Т. 17, № 2. – С. 132–145. 19. Пушин В. Ф., Черногор Л. Ф. Обнаружение квазипе- риодических процессов в ионосфере в диапазоне акус- тико-гравитационных волн // Радиофизика и радио- астрономия. – 2012. – Т. 17, № 4. – С. 333–343. 20. Черногор Л. Ф. Высыпание электронов из магнитосфе- ры, стимулированное затмением Солнца // Радиофизика и радиоастрономия. – 2000. – Т. 5, № 4. – С. 371–375. 21. Пономарев Е. А., Ерущенков А. И. Инфразвуковые волны в атмосфере Земли (обзор) // Изв. вузов. Радио- физика. – 1977. – Т. 20, № 12. – С. 1773–1789. 22. Chimonas G. and Hines C. O. Atmospheric gravity waves induced by a solar eclipse // J. Geophys. Res. – 1970. – Vol. 75. – P. 875–876. В. Ф. Пушин, Л. Ф. Чорногор Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, пл. Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна ІНФРАЗВУКОВИЙ ЕФЕКТ СОНЯЧНИХ ЗАТЕМНЕНЬ Актуальність роботи обумовлена необхідністю дослідження фізичних ефектів, що супроводжують рідкісне природне явище – сонячне затемнення. До тепер досліджувались особ- ливості генерації сонячним затемненням внутрішніх гравіта- ційних хвиль в атмосфері з періодами ~10 100T ÷ хв. У цій роботі зроблено спробу підтвердити факт генерації та оцінити основні параметри інфразвукових коливань з ~ 1 10T ÷ хв, що супроводжували сонячні затемнення. Для спостережень використовувався доплерівський ВЧ радар вертикального зондування. У обробці даних зас- тосовувався спектральний аналіз і смуго-пропускаюча фільтрація. Підтвержено, що часткові сонячні затемнення, які мали місце над Харковом (Україна) в 1999–2011 рр., як правило, супроводжувалися коливаннями доплерівського зміщення частоти інфразвукового діапазону ( ~ 5 8T ÷ хв) і амплітудою 20 100÷ мГц. Їм відповідала відносна ампліту- да коливань концентрації електронів близько 0.1 0.5 %.÷ V. F. Pushin and L. F. Chernogor V. Kazarin National University of Kharkiv, 4, Svoboda Sq., Kharkiv, 61022, Ukraine INFRASONIC EFFECT OF SOLAR ECLIPSES The relevance of this study is due to the need to understand physical effects associated with rare phenomenon, solar eclipse. Until recently, the features of internal gravity wave generation have been studied in the 10 100− min period range, while in this study an attempt is made to confirm the fact of generation and estimate the general parameters of infrasound oscillations associated with solar eclipses in the 1 10− min period range. The observations were made with the HF Doppler radar at ver- tical incidence. The data were subjected to spectral analysis and band-pass filtering. The solar eclipses that had occurred over Kharkiv city (Ukraine) within 1999–2011 are determined to be associated with Doppler shift of frequency oscillations in the infrasound frequency band (~ 5 8− min period range) and with amplitude of 20 100− mHz. The corresponding amplitude of electron density oscillations was approximately equal to 0.1 0.5 %.− Статья поступила в редакцию 19.11.2012

Инфразвуковой эффект солнечных затмений

Institution

Ähnliche Einträge