авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Владимировна исследование солнечных событий с отрицательными радиовсплесками с использованием данных радиометра уссурийской обсерватории

-- [ Страница 1 ] --

Российская академия наук

Дальневосточное отделение

Учреждение Российской академии наук

Уссурийская астрофизическая обсерватория ДВО РАН

На правах рукописи

УДК 523.98

Кузьменко Ирина Владимировна

Исследование солнечных событий с «отрицательными радиовсплесками» с использованием данных радиометра Уссурийской обсерватории

Специальность 01.03.03 — физика Солнца

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Иркутск – 2011

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук

Уссурийской астрофизической обсерватории

Дальневосточного отделения Российской академии наук

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Гречнев Виктор Васильевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Боровик Валерия Николаевна

кандидат физико-математических наук

Лубышев Борис Ильич

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имени Н.В. Пушкова

Защита состоится «_____» 2012 г. в _____ ч на заседании диссертационного совета Д.003.034.01 в Учреждении Российской академии наук Институте солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова 126А, а/я 291, ИСЗФ СО РАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Институте солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН

Автореферат разослан “ ” 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.003.034.01

кандидат физико-математических наук Поляков В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Изучение солнечной активности необходимо для понимания фундаментальных аспектов физики плазмы и процессов, происходящих на удаленных звездных объектах, прогнозирования влияния солнечных явлений на околоземное пространство и наземные технические системы. Важны исследования солнечной активности на различных временных масштабах от долговременных вариаций до спорадических проявлений. Одним из значимых источников информации о солнечной активности является солнечное радиоизлучение. Его регулярные наблюдения характеризуют текущий уровень солнечной активности и дают важные сведения о процессах в солнечной атмосфере.

С помощью радиотелескопов, регистрирующих интегральный поток радиоизлучения Солнца, ведутся патрульные наблюдения на ряде выбранных частот в диапазонах от метрового до сантиметрового. Станции расположены на разных долготах и распределены по всему земному шару. Радиотелескоп РТ-2 Уссурийской астрофизической обсерватории (УАФО) ведет наблюдения с 1990 г. на частоте 2,804 ГГц (10,7 см) в интервале 22:00–06:00 всемирного времени. Интегральный поток солнечного радиоизлучения на волне 10,7 см, F10.7, является одним из важнейших индексов, широко используемым для диагностики солнечной активности и в моделях состояния «космической погоды». Индекс F10.7 является наиболее точным среди других индексов и имеет прозрачный физический смысл, характеризуя состояние корональной плазмы. Записи индекса F10.7 образуют длинный ряд непрерывных наблюдений, охватывающий более чем 60-летний период времени. В задачи наблюдений на волне 10,7 см входят продолжение ряда F10.7, характеризующего медленно меняющийся компонент солнечного радиоизлучения, т.е., общее состояние солнечной короны, и мониторинг вспышечных процессов. Данные наблюдений на патрульных радиотелескопах могут использоваться и в исследованиях конкретных вспышечных событий. В 2002 г. Б.А. Капустиным на РТ-2 была введена цифровая система регистрации данных, что потребовало создания программных средств их обработки. Актуальность методической части работы определяется необходимостью создания калиброванных записей радиометра в стандартных форматах, разработки методик и программ их обработки, просмотра и анализа в целях совершенствования мониторинга F10.7 и эффективного использования данных РТ-2 в исследованиях вспышечных событий.





Для диагностики вспышечной активности Солнца важны наблюдения связанных со вспышками изменений микроволнового потока – отклика на спорадические процессы в солнечной короне. В некоторых вспышечных событиях наблюдаются так называемые «отрицательные радиовсплески», представляющие собой временное понижение интегрального потока ниже квазистационарного уровня радиоизлучения до и после всплесков. Первое событие с «отрицательным всплеском» было зарегистрировано А.Э. Ковинг­тоном 19 мая 1951 г. на частоте 2,8 ГГц после импульсного радиовсплеска [1*]. Дальнейшие наблюдения и одновременная регистрация таких явлений в разных обсерваториях, а также сравнение с оптическими наблюдениями подтвердили реальность и солнечное происхождение таких радиовсплесков. В 1969 г. А.Э. Ковингтон ввел новый тип всплеска – всплеск «поглощение» (ABS – absorption), профиль которого можно описать как постепенное уменьшение, а затем увеличение радиопотока. Это явление было объяснено А.Э. Ковинг­то­ном как результат поглощения радиоизлучения в веществе эруптивного протуберанца. Такие депрессии радиоизлучения появляются преимущественно после импульсного всплеска и иногда называются послевсплесковым уменьшением потока.

При отождествлении первых «отрицательных всплесков» с явлениями, наблюдаемыми в оптическом диапазоне, было установлено, что их появлению предшествовала активизация волокон: в центре линии H и ее крыльях наблюдались серджи, поглощавшие часть вспышечного излучения. При дальнейших исследованиях был сделан вывод, что в оптическом и радиодиапазоне наблюдаются разные фазы эрупции волокон: в H поглощающие фрагменты находились относительно низко, они были меньше по размерам и имели большую плотность по сравнению с фрагментами в микроволновом диапазоне. Модель поднимающегося и расширяющегося (или опускающегося и сжимающегося) облака холодного газа может быть применима как для поглощения в линии H, так и для микроволнового поглощения, но в разные моменты времени. Возможными причинами микроволновых «отрицательных всплесков» считаются временное затенение локального радиоисточника облаком холодного поглощающего вещества либо временное исчезновение или ослабление источника [2*­– 4*].

В ранних исследованиях событий с «отрицательными радиовсплесками» для выяснения, вызваны ли они поглощением или временными вариациями радиопотока, проводился совместный анализ микроволновых данных с наблюдениями в линии H. В настоящее время наличие как наземных, так и внеатмосферных наблюдений дает возможность исследований таких событий по данным различных диапазонов спектра, позволяя изучить их в деталях и понять их причины.

Актуальность работы обусловлена следующим. Поскольку «отрицательные радиовсплески» предположительно связаны с эруптивными явлениями, происходящими на фоне солнечного диска, исследование таких событий по совокупности наблюдений в различных спектральных диапазонах представляется перспективным для получения новых сведений о солнечных эрупциях. Количественные характеристики «отрицательных всплесков», наблюдающихся одновременно на ряде частот микроволнового диапазона, могут нести диагностическую информацию о параметрах вещества выброса.

Диссертация посвящена исследованию солнечных событий, в которых наблюдались «отрицательные всплески» в микроволновом диапазоне, с использованием данных различных диапазонов излучения. Почти все исследуемые события были выявлены по записям интегрального потока радиоизлучения, полученным на радиотелескопе РТ2 Уссурийской обсерватории.

Цель работы заключается в решении следующих основных задач:

  1. Разработка требуемых для совершенствования мониторинга солнечной активности и исследования «отрицательных всплесков» методик автоматизированных обработки и анализа данных радиометра Уссурийской обсерватории и реализующих эти методики программных средств.
    Разработка методик и программных средств совместного анализа данных радионаблюдений и солнечных изображений, полученных в различных диапазонах излучения. Создание и пополнение архива калиброванных данных в общепринятых форматах.
  2. Сравнительный анализ данных радиометра Уссурийской обсерватории с данными других обсерваторий для оценки качества наблюдений.
  3. Комплексный анализ наблюдений событий с «отрицательными радиовсплесками» по данным различных спектральных диапазонов с целью получения новых сведений об эруптивных явлениях.
  4. Оценка параметров затеняющего вещества по наблюдаемым характеристикам «отрицательных радиовсплесков».

Научная новизна работы состоит в следующем:

  • Разработан новый метод диагностики плазмы выброса по записям интегрального потока микроволнового излучения на нескольких частотах.
  • Проведен комплексный анализ наблюдений ряда солнечных вспышечных событий, сопровождавшихся микроволновыми «отрицательными всплесками».
  • Установлен существенный вклад в депрессию излучения при «отрицательном всплеске» затенения обширных областей спокойного Солнца.
  • Установлено, что в событиях с «отрицательными радиовсплесками» могут наблюдаться крупномасштабные потемнения в канале 304 , не имеющие аналогов в корональных каналах.
  • Выявлено два сценария экранировки солнечного диска веществом эруптивного волокна: 1) самоподобно расширяющимся волокном при сохранении его формы и магнитной структуры и 2) эруптивным волокном, существенно изменяющим форму с возможным разбрасыванием части его вещества по обширной солнечной поверхности. Второй сценарий назван далее аномальным.
  • Выполнены уникальные детальные измерения кинематики эруптивных структур в солнечном вспышечном событии, наблюдавшемся в канале 171  с высоким временным разрешением. Измеренное ускорение носило импульсный характер, длилось 2 мин, достигло 4 км/с2 (~20g) и сменилось замедлением –1,6 км/с2.
  • Впервые согласованы наблюдавшееся в эруптивном событии распространение волны Мортона и «волны EIT» со скоростью дрейфа радиовсплеска II типа и кинематикой переднего края коронального выброса (КВМ). Это показывает, что перечисленные явления в данном событии были проявлением единой замедляющейся корональной ударной волны.
  • Установлено, что ударная волна в исследованном событии была возбуждена резко ускорившейся эруптивной структурой как импульсным поршнем. Анализ данных мягкого рентгеновского излучения показал несостоятельность предположения о возбуждении ударной волны импульсом давления от вспышки.

Научная и практическая значимость.

  • Разработаны методики и программные средства для первичной обработки данных РТ-2, их калибровки и совместного анализа с изображениями Солнца различных диапазонов излучения. Создан и пополняется архив наблюдений на РТ-2, доступный через Интернет.
  • Метод диагностики параметров плазмы выброса по многочастотным записям интегрального радиопотока позволяет без данных с пространственным разрешением оценить параметры выброса на фоне солнечного диска, включая его массу.
  • Разработанная аппроксимация связанных с распространением ударных волн радиовсплесков (тип II, дрейфующий континуум) позволяет описать дрейф во всём диапазоне частот наземных наблюдений.
  • Вывод о возбуждении корональных ударных волн импульсными эруптивными структурами, но не вспышками, позволяет решить многолетнюю проблему их происхождения.
  • Полученные результаты показывают целесообразность мониторинга солнечной активности на ряде фиксированных частот диапазона 1–10 ГГц и измерений не только возрастаний радиоизлучения, но и его депрессий.

Достоверность.

Основные методические разработки внедрены в повседневную работу на РТ-2 и прошли практическую проверку в Уссурийской обсерватории в течение ряда лет, а также при исследованиях солнечных эруптивных явлений с их использованием. Достоверность полученных физических результатов подтверждается их согласованностью при использовании разных методов и данных различных диапазонов спектра.

Положения, выносимые на защиту:

  1. Разработанные в целях совершенствования мониторинга солнечной активности и исследования депрессий интегрального потока микроволнового излучения Солнца («отрицательных всплесков») методики автоматизированной обработки данных радиометра Уссурийской обсерватории и их совместного анализа с данными различных обсерваторий. Реализующий эти методики комплекс программ.
  2. Результаты комплексного анализа ряда событий с «отрицательными всплесками». Метод оценки параметров поглощающего вещества по многочастотным записям интегрального потока микроволнового «отрицательного всплеска». Вывод о возникновении «отрицательных всплесков» вследствие поглощения излучения не только локальных радиоисточников, но и обширных площадей спокойного Солнца.
  3. Вывод о существовании класса эрупций волокон с трансформацией ("разрушением") их магнитной структуры и разбрасыванием их вещества по обширной солнечной поверхности, предположительно происходящих в результате взаимодействия магнитных полей волокна и окружающей короны. Свойства аномальных эрупций, выявленные в результате анализа эпизодических наблюдений.
  4. В результате комплексного исследования эруптивного события по данным наблюдений в различных спектральных диапазонах показано, что волна Мортона, «волна EIT», радиовсплеск II типа и внешний край КВМ являются проявлениями единого фронта замедляющейся ударной волны, возникшей в активной области при импульсной эрупции волокна.

Личный вклад автора.

Во всех исследованиях, изложенных в работе, автор принимал участие в постановке задачи, интерпретации результатов анализа и формулировке выводов.

По теме диссертации опубликовано 15 статей, из них 5 – в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов диссертаций. В работах [1, 3, 5] автор разработал методики и реализующие их программы для автоматизированной обработки данных наблюдений радиометра Уссурийской обсерватории, выполнил сравнительный анализ данных, полученных в разных обсерваториях, принимал участие в создании архива данных. Почти все использованные в работе наблюдательные данные радиометра Уссурийской обсерватории получены при участии автора.

Автор участвовал в разработке модели для оценки параметров поглощающего вещества и ее программной реализации [4, 8]. В работах [2, 4, 6–15] автор участвовал в обработке данных и совместном анализе наблюдений исследуемых событий в различных спектральных диапазонах, выполнил оценки параметров поглощающего вещества по разработанной модели, существенную часть измерений кинематики наблюдаемых явлений.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях:

  • Nobeyama Symposium on Solar Physics (NBYM06-1), Nobeyama, 15–16 марта 2006 г. ( http://solar.nro.nao.ac.jp/meeting/nbym06-1/ , файл Grechnev_20060315_2.ppt);
  • Всероссийская конференция «Солнечная и солнечно-земная физика – 2009», Санкт-Петербург, 5–11 июля 2009 г.;
  • Международная конференции «Физика Солнца: наблюдения и теория». Научный (КрАО), 6 – 12 сентября 2009 г.;
  • Всероссийская конференция «Солнечно-земная физика», посвященная 50-летию создания ИСЗФ СО РАН. Иркутск, 28–30 июня 2010 г.;
  • Международная конференция «Физика солнечной плазмы и активность Солнца», Научный (КрАО), 5–11 сентября 2010 г.;
  • Конференция ВАК-2010 «От эпохи Галилея до наших дней». САО РАН. 13–18 сентября 2010 г.
  • Международная конференция «Солнце от спокойного к активному – 2011», ФИАН, 29 августа–2 сентября 2011.

Практической апробацией полученных результатов явилось их использование при мониторинге солнечной активности, при обработке и анализе данных РТ-2 совместно с данными других обсерваторий. Практической апробацией явилось также успешное выполнение Интеграционного проекта СО РАН – ДВО РАН № 4 «Природа солнечной активности и ее геоэффективные проявления», проектов ДВО РАН 09–I–П7–01 и 09–II–СО-02–002.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из 4-х глав, введения и заключения. Общий объем составляет 133 страниц. В диссертации содержится 69 рисунков и 6 таблиц. Список литературы содержит 129 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении раскрыты актуальность и цель работы, сформулированы задачи исследования, новизна, научная и практическая значимость, приведены положения, представленные к защите. Описаны методы исследования и материал, на котором выполнена работа, кратко изложено ее содержание, представлена апробация, показан личный вклад автора.

Глава 1 посвящена организации автоматизированной работы с данными радиометра Уссурийской астрофизической обсерватории. Рассмотрены методики, разработанные для решения поставленных задач и реализованные на программном языке IDL (Interactive Data Language). Исследования, изложенные в последующих главах, проведены с их использованием.

В разделе 1.1 проанализировано современное состояние и возможности радиотелескопа РТ-2 Уссурийской астрофизической обсерватории.

В разделе 1.2 анализируются измерения потоков радиоизлучения на РТ-2. Рассмотрено нахождение антенной температуры и ее перевод в значения радиопотока в солнечных единицах потока [1 с.е.п. = 10-22 Вт/(м2·Гц)]. Средняя антенная температура составляет ~ 1000 К, максимальная погрешность ее измерения в течение дня 5%. Чувствительность инструмента – Fмин 0,5 с.е.п. при обычно используемой постоянной времени 1 с. Точность абсолютной калибровки РТ-2 по радиоизлучению Луны ограничена недостаточной чувствительностью инструмента и низким уровнем радиоизлучения Луны на данной частоте ( 0,35 с.е.п. [5*]). Поэтому измеренные антенные температуры переводятся в единицы потока с помощью периодических привязок (1 раз в месяц) к величинам радиопотока на той же частоте, публикуемых обсерваторией Пентиктон, выполняющей эталонные измерения.

Раздел 1.3 посвящен автоматизированной работе с данными радиотелескопа РТ-2. Цифровая система регистрации позволила автоматизировать обработку измерений радиопотока и существенно повысить ее точность. Для обработки цифровых записей и решения исследовательских задач разработан ряд методик, которые реализованы в программах на языке IDL и внедрены в повседневную практику. С их помощью в интерактивном режиме обрабатываются данные наблюдений; восстанавливаются профили мощных всплесков, записанных с переключением усиления приемника с –10 дБ до –20 дБ или –30 дБ. Разработаны методики и программы для оцифровки записей на диаграммной ленте за прошлые годы. Создан архив калиброванных данных в цифровом виде в форматах FITS и XDR (IDLsave) c 2003 г.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.