Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Стара Загора, Болгария
С целью исследования динамики верхней атмосферы рассматриваются результаты фотометрии ночной атмосферы с применением цветной ПЗС-камеры с учетом собственного излучения верхней атмосферы и особенностей его спектрального состава. Использовались данные наблюдений свечения ночной атмосферы за 2010–2015 гг. в Геофизической обсерватории (ГФО) ИСЗФ СО РАН (52° N, 103° E) камерой с охлаждаемой цветной ПЗС-матрицей KODAK KAI-11002. Получены оценки средней светимости ночного неба в спектральных диапазонах R-, G-, B-каналов цветной камеры для региона Восточной Сибири с характерными значениями ~0.008–0.01 эрг·см–2·с–1. Определен сезонный ход светимостей ночного неба в R-, G-, B-каналах цветной камеры, характеризующихся понижением в весенние месяцы, возрастанием в осенние месяцы и наличием летнего максимума, который объясняется рассеянным солнечным светом и связан с месторасположением Геофизической обсерватории. Рассматриваются геофизические явления, имеющие оптические проявления в R-, G-, B-каналах цветной камеры. Показана возможность для некоторых геофизических явлений (геомагнитных бурь, внезапных зимних стратосферных потеплений) количественно связывать усиление сигналов в G- и R-каналах с ростом интенсивностей дискретных эмиссий 557.7 и 630.0 нм, которые доминируют в спектре собственного излучения верхней атмосферы.
Свечение атмосферы, фотометрия
ВВЕДЕНИЕ
Свечение ночной атмосферы (СНА) можно разделить на свечение, обусловленное внеатмосферными источниками (звезды, планеты, туманности), и свечение земного происхождения, к которому относят собственное излучение верхней атмосферы, рассеянный в тропосфере свет от внеземных источников и многократно рассеянный солнечный свет в области земной тени. В ясные безлунные ночи доля собственного излучения верхней атмосферы может достигать 60 % и более [Фишкова, 1983]. Собственное излучение несет ценную информацию об аэрономических процессах на высотах его высвечивания.
Составляющие свечения ночной атмосферы представляют самостоятельный интерес и, как правило, исследуются независимо друг от друга.
Между тем, в настоящее время появляются задачи, для решения которых требуются знания морфологии полной (в некотором спектральном диапазоне) интенсивности СНА. Прежде всего, это задачи, связанные с климатическими изменениями характеристик атмосферы [Шефов и др., 2006], и, в частности, с динамикой интегрального СНА, тенденциями и изменениями характеристик полярных сияний по сравнению с предыдущими веками [Vázquez et al., 2016]. Во-вторых, СНА является параметром, определяющим минимальную ночную освещенность, которую необходимо знать в ряде случаев для решения практических задач, связанных, например, с работой оптических систем наземного и космического базирования [Зуев и др., 1990], особенностями зрения человека и животных в условиях низких освещенностей, астрономическими наблюдениями [Leinert et al., 1998].
Следует отметить, что в последние годы большое внимание уделяется также световому загрязнению атмосферы. В этом случае СНА является естественным фоном, относительно которого может быть определен уровень светового загрязнения, что, в частности, определяет необходимость знания морфологии и физики собственного излучения верхней атмосферы в различных гелиогеофизических условиях.
Во многом появление отмеченных выше задач, как и возможности их решений, обусловлены в последние десятилетия широким внедрением в практику астрономических, атмосферных и прикладных исследований принципиально новых высокочувствительных приемников света на основе ПЗС-матриц.
Широкое использование современных фотокамер на основе цветных ПЗС-матриц и появившаяся практика публикации снимков в Интернете во время планетарных гелиогеофизических возмущений (большие геомагнитные бури, падение крупных метеоритов и пр.) открывает потенциальную возможность использования таких снимков в исследованиях СНА для получения информации об атмосферных возмущениях в регионах, в которых отсутствуют специализированные геофизические станции. Для этого необходима информация о реакции свечения атмосферы в спектральных диапазонах, используемых в цветовых каналах аппаратуры, на возмущения различной природы.
В настоящей работе представлены некоторые результаты исследований СНА в 2010–2015 гг. в ГФО с использованием цветной камеры.
1. Аммосов П.П., Гаврильева Г.А. Цифровая камера для регистрации пространственной структуры свечения ночного неба // Приборы и техника эксперимента. 1999. № 3. С. 120–124.
2. Аммосов П.П., Гаврильева Г.А., Колтовский И.И. Наблюдения короткопериодических волн камерой всего неба в инфракрасном свечении ОН над Якутском // Геомагнетизм и аэрономия. 2006. Т. 46, № 6. С. 801–805.
3. Будник А.П., Лунев В.П. Свечение ночного неба Препринт ФЭИ (Физико-энергетический институт) – 3139. Обнинск. 2008. 61 с.
4. Зуев В.Е., Белан Б.Д., Задде Г.О. Оптическая погода. Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1990. 192 с.
5. Михалев А.В, Белецкий А.Б, Костылева Н.В., Черниговская М.А. Среднеширотные сияния на юге Восточной Сибири во время больших геомагнитных бурь 29–31 октября и 20–21 ноября 2003 г. // Космические исследования. 2004. Т. 42, № 6. С. 616–621.
6. Михалев А.В. Вариабельность атмосферной эмиссии 557.7 нм // Солнечно-земная физика. Вып. 17. 2011. С. 184–188.
7. Михалев А.В., Ратовский К.Г., Медведев А.В. и др. Одновременные наблюдения усиления атмосферной эмиссии 557.7 нм [OI] и образования спорадических слоев в периоды температурных возмущений в страто-мезосфере // Оптика атмосферы и океана. 2007. Т. 20, № 12. С. 1071–1076.
8. Михалев А.В., Подлесный С.В., Стоева П.В. Оптические характеристики ночного неба в Восточной Сибири после падения Челябинского метеорита. I. Яркость ночного неба // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27, № 12. С. 1085–1089.
9. Подлесный С.В., Михалев А.В. Спектрофотометрия среднеширотных сияний, наблюдаемых в регионе Восточной Сибири во время магнитных бурь 27 февраля 2014 г. и 17 марта 2015 г. // Международная Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике. Труды XIV конференции молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом». Иркутск 2015. С. 175–177.
10. Тащилин М.А., Белецкий А.Б., Михалев А.В. и др. некоторые результаты наблюдений пространственных неоднородностей в эмиссии гидроксила // Солнечно-земная физика. 2010. Вып. 15. С. 131–134.
11. Харитонов А.В., Терещенко В.М., Князева Л.Н. Сводный спектрофотометрический каталог звезд. Алма-Ата: Наука, КазССР. 1978. 198 с.
12. Фишкова Л.М. Ночное излучение среднеширотной верхней атмосферы Земли. Тбилиси: МЕЦНИЕРЕБА, 1983. 271 с.
13. Шефов Н.Н. Атлас спектра излучения ночного неба λλ 3000–12400 Å. Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН. Москва, 1962. 31 с.
14. Шефов Н.Н., Семенов А.И., Хомич В.Ю. Излучение верхней атмосферы — индикатор ее структуры и динамики. М.: ГЕОС, 2006. 741 с.
15. Leinert Ch., Bowyer S., Haikala L.K., et al. The 1997 reference of diffuse night sky brightness // Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 1998. V. 127. P. 1–99.
16. Mikhalev А.V. Variability of the 557.7 nm atmospheric emission // Geomagnetism and Aeronomy. 2011. V. 51, N 7. P. 968–973.
17. Mikhalev A.V., Medvedeva I.V., Beletsky A.B., Kazimirovsky E.S. An investigation of the upper atmospheric optical radiation in the line of atomic oxygen 557.7 nm in East Siberia // J. Atm. Solar-Terr. Phys. 2001. V. 63, N 9. P. 865–868.
18. Vázquez M., Vaquero J.M., Gallego M.C., et al. Long-term trends and Gleissberg cycles in aurora borealis records (1600–2015).// Solar Phys. 2016. V. 291, iss. 2, P. 613–642. DOI: 10.1007/s11207-016-0849-6.
19. URL: http://videoscan.ru/ (дата обращения 19 апреля 2016).
