Исследования солнечного ветра методом межпланетных мерцаний на декаметровых волнах

Печать

  Солнечный ветер - это поток ионизированных частиц (в основном водородно-гелиевой плазмы) истекающий из солнечной короны со скоростью 300–2000 км/с в окружающее космическое пространство. Множество природных явлений связано с солнечным ветром, в том числе магнитные бури, полярные сияния и различная форма кометных хвостов, всегда направленных от Солнца. Во время всплесков активности, учащающихся в максимумах 11-летнего цикла, в короне Солнца происходят выбросы огромных масс плазмы и магнитного поля (магнитных облаков) в межпланетное пространство. Иногда эти выбросы достигают нашей планеты, тогда возможно возникновение в магнитосфере Земли геомагнитной бури. Магнитные бури могут привести к ухудшению самочувствия у людей с ослабленным здоровьем, а также к сбоям в работе радиотехнических систем.

  Одним из наиболее эффективных методов исследования солнечного ветра является метод межпланетных мерцаний. Эффект межпланетных мерцаний радиоисточников впервые был обнаружен в 1964 году английским радиоастрономом Энтони Хьюишем (Hewish). Суть метода межпланетных мерцаний состоит в том, что излучение компактных радиоисточников, проходя через межпланетную среду с неоднородностями солнечного ветра, испытывает дифракцию, в результате чего в плоскости наблюдения образуются пространственные флуктуации интенсивности. При движении межпланетной плазмы со скоростью солнечного ветра случайная пространственная картина приводит к переменности принимаемого потока источника при наблюдении на неподвижном радиотелескопе. Характеристики мерцаний компактных радиоисточников, в частности индекс и спектр мерцаний, определяются параметрами неоднородностей солнечного ветра (плотностью, скоростью и спектром), поэтому изучение характеристик мерцаний позволяет эффективно восстанавливать указанные параметры межпланетной плазмы, в том числе на высоких гелиоширотах, труднодоступных для исследований с космических аппаратов.

  Первые наблюдения межпланетных мерцаний на крупнейшем в мире декаметровом радиотелескопе УТР-2 были проведены в 80-е годы прошлого века сотрудниками Радио- астрономического института НАНУ И.Н.Жуком и В.П. Бовкуном. Последние десятилетие эта проблематика активно разрабатывается сотрудниками Радиоастрономического института НАНУ д.ф.- м.н. И.С. Фальковичем, к.ф.-м.н. Н.Н. Калиниченко, к.ф.-м.н. М.Р. Ольяк и др.

  Специфика наблюдений мерцаний космических радиоисточников на декаметровых волнах определяет высокую эффективность метода мерцаний для изучения солнечного ветра во внешней гелиосфере, т.е. на элонгациях - 90° - 180°.

 

 sci1  

 

 

 

 

а) Прохождение радиоисточника 3С144 (Крабовидная туманность) через диаграмму направленности радиотелескопа УТР-2. Флуктуации интенсивности в максимуме диаграммы направленности – мерцания.

б) Спектр мерцаний P(f).

 

  Совместный анализ спектра мерцаний P(f) и дисперсии фазовой скорости мерцаний V(f) позволяет определить важные параметры солнечного ветра на луче зрения (скорость V и показатель степени спектра неоднородностей электронной концентрации n) (И.С. Фалькович и др.). 


 sci2  

 

 

 

 

Спектры мерцаний (a) и дисперсионные зависимости (б) для радиоисточника 3С144, октябрь 2006 года (точками обозначены экспериментальные кривые, сплошными линиями - результат расчета). Восстановленные с их помощью параметры солнечного ветра: n = 3.0, V=230 км/c (модель сферически симметричного солнечного ветра).

  Мониторинг межпланетных мерцаний позволяет обнаруживать и изучать ударные волны в солнечном ветре связанные с высокоскоростными потоками из корональных дыр и выбросами корональных масс (СМЕ).

  А) Высокоскоростные потоки из корональных дыр

 sci3  

 

 

 

 

Радиоизображение Солнца в ультрафиолетовых лучах (КА SOHO). Большая корональной дыра в северном полушарии Солнца (пунктир). Февраль 2003 года.

 sci4  

 

 

 

 Изменения параметров солнечного ветра с 04.02.2003 по 10.02.2003 года (V1 скорость медленного солнечного ветра, V2 – скорость быстрого солнечного ветра, m – индекс мерцаний, Vsoho – скорость, измеренная на КА SOHO) во время прохождения высокоскоростного потока от большой корональной дыры в северном полушарии Солнца по наблюдениям мерцаний радиоисточника 3С254 (Фалькович и др. 2006).

Б) Высокоскоростные потоки, связанные с выбросами корональных масс (СМЕ).

sci5

  Ударная волна, порожденная солнечной вспышкой 17.03.2003, зарегистрированная KA Genesis Discovery Mission в виде скачка скорости и плотности.

sci6

  Изменения индекса мерцаний m , скорости солнечного ветра V по наблюдениям мерцаний радиоисточников 3С254 и 3С380 на радиотелескопе УТР-2 , а также индекса геомагнитной активности Ap в период с 21 по 24 марта 2003 года, вызванные прохождением ударной волны от солнечной вспышки 17.03.2003.

sci7

 Приведенные примеры демонстрируют возможности метода межпланетных мерцаний в декаметровом диапазоне волн при исследовании солнечного ветра во внешней Гелиосфере, не охваченной регулярными ракетными измерениями. Работы представляют также интерес для исследований космической погоды.

Литература:

 

  • Фалькович И.С., Калиниченко Н.Н. Алгоритм оценки спектра мощности межпланетных мерцаний. Радиофизика и радиоастрономия, 2002, т. 7, N3, p. 225-231.
  • И.С. Фалькович, Н.Н. Калиниченко, А.А. Гридин, И.М. Бубнов. О возможности широкополосных наблюдений межпланетных мерцаний на декаметровых волнах. Радиофизика и радиоастрономия, 2004, т.9 , N2, p.121-129 .
  • И.С. Фалькович, А.А. Коноваленко, Н.Н. Калиниченко, И.М. Бубнов. Частотная декорреляция ионосферных мерцаний радиоисточника Кассиопея А в диапазоне 20-30 МГц. Радиофизика и радиоастрономия, 2005, т.10, N 2, p. – 113-119.
  • A.A. Konovalenko, H. Rucker, А. Lecacheux,V.N. Melnik, I.S. Falkovich, N.N. Kalinichenko, M.R.Olyak, A.V. Megn, S.L Rashkovskij, V.A. Shepelev, S.V. Stepkin, D.V. Muha, M.A. Sidorchuk, O.M. Ulyanov, B.Thide, Yu.V. Tokarev, A.N. Karashtin, V.V.Koshevoi, A.B. Lozynskij, A.I. Brazhenko. Utilizing existing decameter radio telescopes as pathfinders towards LOFAR - LWA- LOIS science and technology. In: Rucker, H.O., Kurth, W.S., Mann, G. (Eds.), Planetary Radio Emission VI. Austrian Academy of Sciences Press, Vienna, 507-516.
  • И.С. Фалькович, А.А. Гридин, Н.Н. Калиниченко, И.М. Бубнов. Шестнадцатиполосный корреляционный радиометр для наблюдения межпланетных мерцаний. Радиофизика и радиоастрономия, 2005, т. 10 , N4 , с. 392-397.
  • И.С. Фалькович, А.А. Коноваленко, Н.Н. Калиниченко,М.Р. Ольяк, А.А. Гридин, И.Н. Бубнов, А. Лекашо, Х.О. Рукер. Вариации параметров струйной структуры солнечного ветра на расстояниях более 1 а.е. в 2003-2004 г.г. Радиофизика и радиоастрономия, 2006, т.11, N1 , с. – 31-41 .
  • A. A. Konovalenko H. O. Rucker, A. Lecacheux , I. S. Falkovich, N.N. Kalinichenko, I. N. Bubnov , M. R. Olyak, A. I. Brazhenko, R. V.Vashchishin. Interplanetary Scintillation Method at the Decameter Wavelengths. Geophysical Research Abstracts, Vol. 8, 04295, 2006, SRef-ID: 1607-7962/gra/EGU06-A-04295, P.260. EGU06-A-04295; PS-1TU3P-0757.
  • I.S. Falkovich, A.A. Konovalenko, N.N. Kalinichenko, M.R. Olyak, A.A.Gridin, I.N. Bubnov, A. Lecacheux, H.O.Rucker. Variations of parameters of the solar wind stream structure at the distances more than 1 AU in 2003-2004. Abstracts of the XXVIth IAU General Assembly (Prague, Czech Republic, August 14-25) 2006, p. 365.
  • N.N. Kalinichenko, I.S. Falkovich. Searching for compact radio sources in supernova remnants at decameter wavelengths using the interplanetary scintillation technique. Abstracts of the XXVIth IAU General Assembly( Prague, Czech Republic, August 14-25) 2006, p. 369.
  • N.N.Kalinichenko, A.A.Konovalenko, I.S. Falkovich, M.R. Olyak, A.A.Gridin, I.N. Bubnov, A. Lecacheux, H.O.Rucker. Investigations of dynamic processes in the solar wind. Abstract book of International Workshop "Astrophysics in the LOFAR era".( Emmen, The Netherlands, 23 – 27 April, 2007). p.19.
  • I.S.Falkovich, A.A.Konovalenko, N.N. Kalinichenko, M.R. Olyak, A.A.Gridin, I.N. Bubnov, A. Lecacheux, H.O.Rucker. The investigations of the outer heliosphere with the large antenna arrays of the low-frequency URAN interferometer. Astrophysics in the LOFAR era. A scientific workshop April 23-26, 2007 in Emmen the Netherlands p.16.
  • И.С.Фалькович, А.А.Коноваленко, Н.Н.Калиниченко, М.Р.Ольяк, А.А.Гридин, И.Н.Бубнов, А.И.Браженко, А.Лекашо, Х.О.Рукер. Первые результаты дисперсионного анализа межпланетных мерцаний в декаметровом диапазоне длин волн. Радиофизика и радиоастрономия, 2007. 

 

 

Copyright © 1998-2015 Исследования солнечного ветра методом межпланетных мерцаний на декаметровых волнах - Радиоастрономический институт НАН Украины. All Rights Reserved.
Contact to administrator