НАУЧНЫЕ ЗАДАЧИ ОПТИЧЕСКИХ ИНСТРУМЕНТОВ НАЦИОНАЛЬНОГО ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
Рубрики: ОБЗОРЫ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Исследования верхней атмосферы должны выполняться с использованием оптических фотометрических и спектрометрических средств. Современные устройства позволяют вести прецизионную фотометрию свечения ночной атмосферы с высоким временным, пространственным и спектральным разрешением. Получаемые параметры свечения позволяют определять физико-химические свойства верхней атмосферы, наблюдать их вариации под действием различных факторов. Создающийся в Восточной Сибири Национальный гелиогеофизический комплекс должен иметь в своем составе определенный набор современных оптических инструментов. В работе обсуждаются основные явления, которые будут исследоваться оптическими инструментами комплекса, изложены сведения о составе и задачах этих инструментов, приведены результаты предварительных исследований, выполненных с помощью прототипов инструментов. В результате исследований установлено наличие существенного (около 10 м/с) вертикального ветра на разных высотах (100 и 250 км), продемонстрирована важность его учета для исследования вертикальной динамики заряженной компоненты. Многолетняя динамика вертикального ветра на высоте около 100 км имеет выраженный сезонный ход и отсутствие суточных вариаций, в то время как на высоте 250 км она имеет выраженный суточный ход, наиболее ярко проявляющийся в зимнее время. Это говорит о предполагаемом наличии вертикальных циркуляционных ячеек на разных высотных уровнях. Демонстрируются возможности методов оптической стереоскопии и дифференциального анализа изображений в применении к исследованию быстрых светящихся образований и проведению активных наземных и космических экспериментов по модификации ионосферы Земли. Приведены результаты определения трехмерной картины долгоживущего метеорного следа с использованием двух широкоугольных камер. Предложен алгоритм, который позволяет получить стереоизображение происходящих в верхней атмосфере событий, зарегистрированных одновременно с разных точек наблюдений. Показано, что совместная работа инструментов всего комплекса и развитие сотрудничества со сторонними организациями являются достаточно хорошим направлением дальнейшего исследования вертикальной динамики верхней атмосферы Земли и явлений космической погоды.

Ключевые слова:
свечение верхней атмосферы, фотометр, дифракционный спектрометр, интерферометр Фабри—Перо, камера всего неба, стереоскопия, горизонтальный ветер, вертикальный ветер, метеоры, атмосферное электричество, искусственная модификация ионосферы
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать
Список литературы

1. Астапович И.О. Метеорные явления в атмосфере Земли. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1958. 634 с.

2. Бабаджанов П.Б., Обрубов Ю.В. Метеороидные рои: образование, эволюция, связь с кометами и астероидами // Астрономический вестник. 1991. Т. 25, № 4. С. 387.

3. Белецкий А.Б., Михалев А.В., Черниговская М.А. и др. Исследование возможности проявления деятельности тропических циклонов в собственном свечении атмосферы Земли // Иссл. Земли из космоса. 2010. № 4. С. 41–49.

4. Белецкий А.Б., Михалев А.В., Хахинов В.В., Лебедев В.П. Оптическое проявление работы бортовых двигателей низкоорбитальных космических аппаратов // Солнечно-земная физика. 2016. Т. 2, № 4. С. 85–91. DOI: 10.12737/ 21169.

5. Васильев Р.В., Артамонов М.Ф., Белецкий А.Б. и др. Регистрация параметров верхней атмосферы Восточной Сибири при помощи интерферометра Фабри—Перо KEO Scientific «Arinae» // Солнечно-земная физика. 2017. Т. 3, № 3. С. 70–87. DOI: 10.12737/szf-33201707.

6. Васильев Р.В., Артамонов М.Ф., Мерзляков Е.Г. Сравнительный статистический анализ поведения скорости нейтрального ветра в области мезосферы / нижней термосферы средних широт по данным измерений метеорным радароми интерферометром Фабри—Перо // Солнечно-земная физика. 2018. Т. 4, № 2. С. 86–95. DOI: 10.12737/szf-42201808.

7. Воронцов-Вельяминов В.А. Очерки о Вселенной. Химический состав Земли и метеоритов. М.: Наука, 1969. Т. 1. 476 с.

8. Гаврилова Л.А. О диффузном пропускании атмосферой ночного излучения верхних слоев // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1987. Т. 23, № 10. С. 1098–1101.

9. Горелый К.И., Дегтярев В.И., Курилов В.А. Природа флуктуаций отношения основных авроральных эмиссий во время суббурь // Иссл. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1977. Вып. 43. С. 86–89.

10. Ермилов С.Ю., Михалев А.В. Быстрые вариации в оптическом излучении неба средних широт // Иссл. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1989. Вып. 84. С. 119–125.

11. Иванов К.И., Комарова Е.С., Васильев Р.В. и др. Исследование дрейфа метеорного следа по данным базисных наблюдений // Солнечно-земная физика. 2019. Т. 5, № 1. С. 100–106. DOI: 10.12737/szf-51201911.

12. Исследование радиационных характеристик аэрозоля в Азиатской части России / под ред. С.М. Сакерина. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2012. 484 с.

13. Комарова Е.С., Михалев А.В. Проявление метеорной активности потока Леониды в излучении верхней атмосферы Земли // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11, № 2. С. 277–287.

14. Мак-Кинли Д. Методы метеорной астрономии / пер. с англ. под ред. Л.А. Катасева, М.: Мир, 1964. 383 c.

15. Мартыненко В.В. Задачи и методы любительских наблюдений метеоров. М.: Наука, 1967. 77 c.

16. Михалев А.В. Излучение верхней атмосферы Земли в эмиссии [OI] 557.7 нм в периоды сейсмических событий в Байкальской рифтовой зоне // Оптика атмосферы и океана. 2016. Т. 29, № 12. С. 1068–1072.

17. Михалев А.В., Тащилин М.А. Некоторые задачи солнечно-земной физики, связанные с образованием и динамикой атмосферного аэрозоля // Оптика атмосферы и океана. 2007. Т. 20, № 6. С. 555–558.

18. Михалев А.В., Хахинов В.В., Белецкий А.Б., Лебедев В.П. Оптические эффекты работы бортового двигателя космического аппарата «Прогресс М-17M» на высотах термосферы // Косм. иссл. 2016. Т. 54, № 2. С. 113–118.

19. Михалев А.В., Белецкий А.Б., Васильев Р.В. и др. Спектральные и фотометрические характеристики среднеширотного сияния во время магнитной бури 17 марта 2015 г. // Солнечно-земная физика. 2018. Т. 4, №. 4. С. 54–61. DOI: 10.12737/szf-44201806.

20. Михалев А.В., Тащилин М.А., Сакерин С.М. Влияние атмосферного аэрозоля на результаты наземных наблюдений излучения верхней атмосферы // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т. 32, № 3. С. 202–207.

21. Михалев А.В., Васильев Р.В., Белецкий А.Б. Эффекты кратковременного увеличения интенсивности излучения атомарного кислорода [OI] 630.0 нм на высотах нижней термосферы, обусловленные техногенной деятельностью // Геомагнетизм и аэрономия. 2020. Т. 60, № 1. С. 116–125.

22. Тащилин М.А., Белецкий А.Б., Михалев А.В. и др. Некоторые результаты наблюдений пространственных неоднородностей в излучении эмиссии гидроксила // Солнечно-земная физика. 2010. Вып. 15. С. 131–134.

23. Торошелидзе Т.И., Фишкова Л.М. Анализ колебаний ночного излучения средней и верхней атмосферы, предшествующих землетрясениям // Докл. АН СССР. 1988. Т. 302, № 2. С. 313–316.

24. Шефов Н.Н., Семенов А.И., Хомич В.Ю. Излучение верхней атмосферы — индикатор ее структуры и динамики. М.: ГЕОС, 2006. 741 с.

25. Bernhardt P.A., Wong М., Huba J.D., et al. Optical remote sensing of the thermoshere with HF pumped artificial airglow // J. Geophys. Res. 2000. V. 105, N A5. P. 10657–10671.

26. Biondi A.A., Sipler D.P., Hake R.D. Optical (λ6300) detection of radio frequency heating of electrons in the F region // J. Geophys. Res. 1970. V. 75, N 31. P. 6421. DOI: 10.1029/ JA075i031p06421.

27. Borovička J., Spurný P., Keclíková J. A new positional astrometric method for all-sky cameras // Astron. Astrophys. Suppl. 1995. V. 112. P. 173–178.

28. Chapman S. Geomagnetismus. Oxford, 1940. V. 1–2. 149 p.

29. Clemesha B.R., de Medeiros A.F., Gobbi D., et al. Multiple wavelength optical observations of a long-lived meteor trail // Geophys. Res. Lett. 2001. V. 28, N 14. P. 2779–2782. DOI: 10.1029/2000GL012605.

30. Cooray V. An Introduction to Lightning. Springer, 2015. 386 p.

31. Ermilov S.Yu., Mikhalev A.V. Optical manifestation of microbursts of electron fluxes // J. Atmos. Terr. Phys. 1991. V. 53, N 11/12. P. 1157–1160.

32. Fabre F., Marini A., Sidler T., et al. A demonstrator for an incoherent Doppler wind lidar receiver // Proc. SPIE. 2018. V. 10570. 1057005.

33. Kelley M.C., Gardner C., Drummond J., et al. First observations of long-lived meteor trains with resonance lidar and other optical instruments // Geophys. Res. Lett. 2000. V. 27, N 13. P. 1811–1814. DOI: 10.1029/1999GL011175.

34. Kouahla M.N., Moreels G., Faivre M., et al. 3D imaging of the OH mesospheric emissive layer // Adv. Space Res. 2010. V. 45. P. 260–267.

35. Lu M.-R., Chen P.-Y., Kuo C.-L., et al. Recent work on sprite spectrum in Taiwan // Terr. Atmos. Oceanic Sci. 2017. V. 28, N 4. DOI: 10.3319/TAO.2016.08.26.02.

36. Ma J., Xue X., Dou X., et al. Large-scale horizontally enhanced sodium layers coobserved in the midlatitude region of China // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2019. V. 124, N 9. P. 7614–7628.

37. Medvedev A.V., Ratovsky K.G., Tolstikov M.V., et al. Method for determining neutral wind velocity vectors using measurements of internal gravity wave group and phase velocities // Atmosphere. 2019. V. 10, iss. 9. DOI: 10.3390/atmos 10090546.

38. Medvedeva I., Ratovsky K. Studying atmospheric and ionospheric variabilities from long-term spectrometric and radio sounding measurements // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. V. 120, iss. 6. P. 5151–5159. DOI: 10.1002/2015 JA021289.

39. Medvedeva I.V., Ratovsky K.G. Solar activity influence on the mesopause temperature and F2 peak electron density // 2019 PhotonIcs & Electromagnetics Research Symposium — Spring (PIERS-SPRING). 2019. P. 3958–3964.

40. Medvedeva I.V., Semenov A.I., Pogoreltsev A.I., et al. Influence of sudden stratospheric warming on the mesosphere/lower thermosphere from the hydroxyl emission observations and numerical simulations // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2019. V. 187. P. 22–32. DOI: 10.1016/j.jastp.2019.02.005.

41. Mikhalev A.V. Mid-latitude airglow during heliogeophysical disturbances // Geomagnetism and Aeronomy. 2011. V. 51, N 7. P. 974–978.

42. Mikhalev A.V., Popov M.S., Kazimirovsky E.S. The mani-festation of seismic activity in 557.7 nm emission variations of the Earth’s upper atmosphere // Adv. Space Res. 2001. V. 27, N 6-7. P. 1105–1108.

43. Nicoll K.A. Space weather influences on atmospheric electricity // Weather. 2014. V. 69, N 9. P. 238–241. DOI: 10.1002/ wea.2323.

44. Nwankwo V., Chakrabarti S., Weigel B. The effect of solar forcing induced atmospheric perturbations on LEO satellites’ nominal aerodynamic drag // 42nd COSPAR Scientific Assembly. 14–22 July 2018, Pasadena, California, USA. 2018. Abstract id. PSD.1-12-18.

45. Oppenheim M.M., Dimant Y. Meteor trails in the lower thermosphere: what do large radars really detect? // American Geophysical Union, Fall Meeting 2014, abstract id.SA41D-02.

46. Owens M.J., Scott C.J., Bennett A.J., et al. Lightning as a space-weather hazard: UK thunderstorm activity modulated by the passage of the heliospheric current sheet // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42, N 22. P. 9624–9632. DOI: 10.1002/2015 GL066802.

47. Pedatella N.M., Chau J.L., Schmidt H., et al. How sudden stratospheric warming affects the whole atmosphere // Eos. 2018. V. 99. DOI: 10.1029/2018EO092441.

48. Rishbeth H. The effect of winds on the ionospheric F2-peak // J. Atmos. Terr. Phys. 1967. V. 29, N 3. P. 225–238. DOI: 10.1016/0021-9169(67)90192-4.

49. Rudawska R., Zender J., Koschny D., et al. A spectroscopy pipeline for the Canary island long baseline observatory meteor detection system // Planetary and Space Sci. 2020. V. 180. 104773.

50. Shindin A.V., Klimenko V.V., Kogogin D.A., et al. Spatial characteristics of the 630-nm artificial ionospheric airglow generation region during the SURA facility pumping // Radio-physics and Quantum Electronics. 2018. V. 60, N 11. P. 849–865. DOI: 10.1007/s11141-018-9852-0.

51. Shiokawa K., Ogawa T., Kamide Y. Low-latitude auroras observed in Japan: 1999–2004 // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. Р. A05202. DOI: 10.1029/2004JA010706.

52. Shiokawa K., Otsuka Y., Oyama S., et al. Development of low-cost sky-scanning Fabry — Perot interferometers for airglow and auroral studies // Earth, Planets and Space. 2012. V. 64. P. 1033–1046. DOI: 10.5047/eps.2012.05.004.

53. Siingh D., Singh R.P., Singh A.K., et al. Solar activity, lightning and climate // Surveys in Geophysics. 2011. V. 32, N 6. P. 659–703. DOI: 10.1007/s10712-011-9127-1.

54. Tkachev I.D., Vasilyev R.V., Mikhalev A.V., et al. Recording optical flashes in the night atmosphere from CCD photometer // Proc. SPIE 10466, 23rd International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. 30 November 2017. 1046648. DOI: 10.1117/12.2288293.

55. Tkachev I.D., Vasilyev R.V., Mikhalev A.V., Podlesny S.V. Simultaneous observations of fast optical events in the Earth’s atmosphere by optical devices complex // Proc. SPIE 11208, 25th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. 18 December 2019. 112089C. DOI: 10.1117/12.2540839.

56. Whiter D.K., Gustavsson B., Partamies N., Sangalli L. A new automatic method for estimating the peak auroral emission height from all-sky camera images // Geoscientific Instrumentation, Methods and Data Systems. 2013. V. 2. P. 131–144. DOI: 10.5194/gi-2-131-2013.

57. Wu Q., Li H., Wang C. Lightning response during Forbush decrease in the tropics and subtropics // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2019. V. 195, article id. 105134. DOI: 10.1016/j.jastp. 2019.105134.

58. URL: http://ckp-rf.ru/ckp/3056 (дата обращения 30 сентября 2019 г.).

Войти или Создать
* Забыли пароль?