Іоносферні процеси протягом часткового сонячного затемнення над Харковом 10 червня 2021 р.

1Чорногор, ЛФ, Гармаш, КП
1Харківський національний університет імені В.Н.Каразіна, Харків, Україна
Kinemat. fiz. nebesnyh tel (Online) 2022, 38(2):3-22
Start Page: Динаміка і фізика тіл Сонячної системи
Мова: українська
Анотація: 

Сонячне затемнення (СЗ) надає дослідникові унікальну можливість простежити за динамікою системи Земля (її внутрішні оболонки) — атмосфера — іоносфера — магнітосфера та варіаціями геофізичних полів на інтервалі часу в декілька годин. Збурення в цій системі, ви-кликані різними СЗ, істотно відрізняються. Параметри цих збурень залежать від часу настання СЗ, стану космічної погоди, сезону, положення в циклі сонячної активності, географічних координат і величини покриття диска Сонця. Слід мати на увазі, що для кожного затемнення притаманні свої індивідуальні особливості. Мета даної роботи — аналіз результатів іонозондових спостережень збурень в іоносфері над Харковом, які супроводжували СЗ 10 червня 2021 р. Протягом СЗ в Харкові максимальна фаза становила ~ 0.112, а відносна площа покриття — ~ 4.4 %. Затемнення розпочалось о 10:42 UT (13:42 LT), а закінчилося о 12:12 UT (15:12 LT). Максимальна фаза мала місце об 11:28 UT (14:28 LT). Для вивчення особливостей варіацій діючих висот і частот, які спостерігались під час СЗ, використано цифровий іонозонд, розташований у Радіофізичній обсерваторії Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. Проведено аналіз стану космічної погоди. В інтервалі часу спостереження СЗ, а також у контрольні моменти часу 6 та 9 червня 2021 р. стан космічної погоди був сприятливим для спостереження хвильових збурень, про що свідчить індекс 0.3. Проаналізовано висотно-частотні характеристики вертикального зондування іоносфери та встановлено особливості іоносферних процесів, які супроводжували часткове СЗ та яких не було у контрольний день. СЗ супроводжувалося підсиленням хвильової активності в іоносфері. Цуги, які спостерігалися на висоті максимуму шару F2, мали період 5 і 14 хв і відносну амплітуду коливань концентрації електронів 0.6 і 1.25 % відповідно. На висоті 240 км відносна амплітуда хвиль з періодом приблизно 14 хв збільшувалася до 3 %. Період 14 хв мають атмосферні гравітаційні хвилі, а період 5 хв — хвилі електромагнітної природи. Виявлено різке та значне збільшення від 380 до 560 км діючої висоти відбиття радіохвилі поблизу моменту найбільшої фази СЗ. Виявлено слабке (до 3.3 %) зменшення концентрації електронів, яке запізнювалося по відношенню до максимальної фази затемнення приблизно на 12.5 хв. Оцінено коефіцієнт втрат електронів (1.33*10–3 с–1) і швидкість іоноутворення (3*108 м–3с–1).

Ключові слова: іонозонд, аперіодичне збурення, квазіперіодичне збурення, особливості іоносферних процесів, параметри іоносфери, сонячне затемнення
References: 

1. L. A. Akimov, E. I. Grigorenko, V. I. Taran, O. F. Tyrnov, and L. F. Chernogor, “Integrated radio physical and optical studies of dynamic processes in the atmosphere and geospace caused by the solar eclipse of August 11, 1999,” Zarub. Radioelektron. Usp. Sovrem. Radioelektron., No. 2, 25–63 (2002).

2. L. A. Akimov, E. I. Grigorenko, V. I. Taran, and L. F. Chernogor, “Features of the atmospheric and ionospheric effects of the solar eclipse of May 31, 2003: The results of the optical and radio physical observations in Kharkiv,” Usp. Sovrem. Radioelektron., No. 3, 55–70 (2005).

3. E. L. Afraimovich, S. V. Voeikov, N. P. Perevalova, V. V. Vodyannikov, G. I. Gordienko, Yu. G. Litvinov, and A. F. Yakovets, “Ionospheric effects of the March 29, 2006, solar eclipse over Kazakhstan,” Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 47, 461–469 (2007).
https://doi.org/10.1134/S0016793207040068

4. V. V. Belikovich, V. D. Vyakhirev, E. E. Kalinina, V. D. Tereshchenko, S. M. Chernyaev, and V. A. Tereshchenko, “Ionospheric response to the partial solar eclipse of March 29, 2006, according to the observations at Nizhni Novgorod and Murmansk,” Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 48, 98–103 (2007).
https://doi.org/10.1134/S0016793208010118

5. B. B. Borisov, D. A. Egorov, N. E. Egorov, A. G. Kolesnik, S. A. Kolesnik, V. P. Mel’chinov, P. M. Nagorskii, S. S. Parfenov, D. D. Reshetnikov, V. F. Smirnov, A. E. Stepanov, Yu. E. Tarashchuk, E. D. Tel’pukhovskii, B. B. Tsybikov, and B. M. Shinkevich, “A comprehensive experimental study of the ionospheric response to the solar eclipse of March 9, 1997,” Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 40, 359–367 (2000).

6. B. E. Bryunelli and A. A. Namgaladze, Physics of the Ionosphere (Nauka, Moscow, 1987) [in Russian].

7. V. P. Burmaka, V. N. Lysenko, M. V. Lyashenko, and L. F. Chernogor, “Tropospheric-ionospheric effects of the 3 October 2005 partial solar eclipse in Kharkiv. 1. Observations,” Kosm. Nauka Tekhnol. 13 (6), 74–86 (2007).
https://doi.org/10.15407/knit2007.06.074

8. K. N. Vasil’ev, A. S. Veleshin, and A. R. Kosenkov, “Ionospheric effects of the solar eclipse of February 15, 1961, according to the Moscow observations,” Geomagn. Aeron. 1, 277–278 (1961).

9. A. M. Gokov and L. F. Chernogor, “Processes in lower ionosphere during August 11, 1999 solar eclipse,” Radiofiz. Radioastron. 5, 348–360 (2000).

10. E. E. Gossard and W. H. Hooke, Waves in the Atmosphere: Atmospheric Infrasound and Gravity Waves, Their Generation and Propagation (Elsevier, Amsterdam, 1975; Mir, Moscow, 1978).

11. L. V. Grishkevich and V. A. Vasin, “On the effects of the ionosphere observed during a solar eclipse of December 02, 1956, and December 02, 1961, in Gorky,” Geomagn. Aeron. 1, 949–954 (1961).

12. N. P. Danilkin, N. A. Kochenova, and A. M. Svechnikov, “State of the ionosphere over Rostov-on-Don during the solar eclipse of February 15, 1961,” Geomagn. Aeron. 1, 612–615 (1961).

13. I. F. Domnin, L. Ya. Emel’yanov, and L. F. Chernogor, “The dynamics of ionosphere plasma over Kharkiv during the solar eclipse of January 4, 2011,” Radiofiz. Radioastron. 17, 132–145 (2012).
https://doi.org/10.1615/RadioPhysicsRadioAstronomy.v3.i4.50

14. S. B. Kashcheev, A. V. Zalizovskii, A. V. Koloskov, V. G. Galushko, I. I. Pikulik, Yu. M. Yampol’skii, V. I. Kurkin, G. I. Litovkin, and A. I. Orlov, “Frequency variations of HF signals at long-range radio paths during a solar eclipse,” Radiofiz. Radioastron. 14, 353–366 (2009).

15. A. A. Kovalev, A. G. Kolesnik, S. A. Kolesnik, A. A. Kolmakov, and R. R. Latypov, “Ionospheric effects of solar eclipses at midlatitudes,” Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 49, 476–482 (2009).
https://doi.org/10.1134/S0016793209040070

16. R. D. Sukhanova, “Ionospheric effects of the solar eclipse of February 15, 1961, on observations to the Salekhard,” Geomagn. Aeron. 1, 1066–1067 (1961).

17. V. P. Uryadov, A. M. Leonov, and A. A. Ponyatov, “On variations of the characteristics of the HF signal on a line oblique sounding during the solar eclipse of August 11, 1999,” Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved., Radiofiz. 43, 682–686 (2000).

18. L. F. Chernogor, Physical Effects of Solar Eclipses in Atmosphere and Geospace (Khark. Nats. Univ. im. V. N. Karazina, Kharkiv, 2013) [in Russian].

19. L. F. Chernogor, “Wave processes in the ionosphere over Europe that accompanied the solar eclipse of March 20, 2015,” Kinematics Phys. Celestial Bodies 32, 196–206 (2016).
https://doi.org/10.3103/S0884591316040024

20. L. F. Chernogor and V. V. Barabash, “The response of the middle ionosphere to the solar eclipse of 4 January 2011 in Kharkiv: Some results of vertical sounding,” Kosm. Nauka Tekhnol. 17 (4), 41–52 (2011).
https://doi.org/10.15407/knit2011.04.041

21. L. F. Chernogor and V. V. Barabash, “The effects of solar eclipse of March 20, 2015 over ionosphere of Europe: Ionosonde observations,” Radiofiz. Radioastron. 20, 311–331 (2015).
https://doi.org/10.15407/rpra20.04.311

22. B. S. Shapiro and V. M. Shashun’kina, “Movement in the F region of the ionosphere over Tbilisi during the eclipse of February 15, 1961,” Geomagn. Aeron. 1, 760–765 (1961).

23. V. M. Shashun’kina and R. I. Turbin, “Preliminary observations of ionospheric effects of solar eclipse of February 15, 1961,” Geomagn. Aeron. 1, 835–838 (1961).

24. J. O. Adeniyi, S. M. Radicella, I. A. Adimula, A. A. Willoughby, O. A. Oladipo, and O. Olawepo, “Signature of the 29 March 2006 eclipse on the ionosphere over an equatorial station,” J. Geophys. Res.: Space Phys. 112, A06314 (2007).
https://doi.org/10.1029/2006JA012197

25. E. L. Afraimovich, K. S. Palamartchouk, N. P. Perevalova, V. V. Chernukhov, A. V. Lukhnev, and V. T. Zalutsky, “Ionospheric effects of the solar eclipse of March 9, 1997, as deduced from GPS data,” Geophys. Res. Lett. 25, 465–468 (1998).
https://doi.org/10.1029/98GL00186

26. L. A. Akimov, V. K. Bogovskii, E. I. Grigorenko, V. I. Taran, and L. F. Chernogor, “Atmospheric–ionospheric effects of the solar eclipse of May 31, 2003, in Kharkov,” Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 45, 494–518 (2005).

27. A. L. Akimov and L. F. Chernogor, “Effects of the solar eclipse of August 1, 2008, on the Earth’s lower atmosphere,” Kinematics Phys. Celestial Bodies 26, 135–145 (2010).
https://doi.org/10.3103/S0884591310030050

28. F. Bertin, K. A. Hughes, and L. Kersley, “Atmospheric waves induced by the solar eclipse of 30 June, 1973,” J. Atmos. Terr. Phys. 39, 457–461 (1977).
https://doi.org/10.1016/0021-9169(77)90153-2

29. V. P. Burmaka and L. F. Chernogor, “Solar eclipse of August 1, 2008, above Kharkov: 2. Observation results of wave disturbances in the ionosphere,” Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 53, 479–491 (2013).
https://doi.org/10.1134/S001679321304004X

30. G. Chen, Z. Zhao, G. Yang, C. Zhou, M. Yao, T. Li, S. Huang, and N. Li, “Enhancement and HF Doppler observations of sporadic-E during the solar eclipse of 22 July 2009,” J. Geophys. Res.: Space Phys. 115, A09325 (2010).
https://doi.org/10.1029/2010JA015530

31. G. Chen, Z. Zhao, B. Ning, Z. Deng, G. Yang, C. Zhou, M. Yao, S. Li, and N. Li, “Latitudinal dependence of the ionospheric response to solar eclipse of 15 January, 2010,” J. Geophys. Res.: Space Phys 116, A06301 (2011).
https://doi.org/10.1029/2010JA016305

32. K. Cheng, Y. N. Huang, and S. W. Chen, “Ionospheric effects of the solar eclipse of September 23, 1987, around the equatorial anomaly crest region,” J. Geophys. Res.: Space Phys. 97, 103–111 (1992).
https://doi.org/10.1029/91JA02409

33. L. F. Chernogor, “Advanced methods of spectral analysis of quasiperiodic wave-like processes in the ionosphere: Specific features and experimental results,” Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 48, 652–673 (2008).
https://doi.org/10.1134/S0016793208050101

34. L. F. Chernogor, “Variations in the Amplitude and Phase of VLF radiowaves in the ionosphere during the August 1, 2008, solar eclipse,” Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 50, 96–106 (2010).
https://doi.org/10.1134/S0016793210010111

35. L. F. Chernogor, “Wave response of the ionosphere to the partial solar eclipse of August 1, 2008,” Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 50, 346–361 (2010).
https://doi.org/10.1134/S0016793210030096

36. L. F. Chernogor, “Dynamic processes in the near-ground atmosphere during the solar eclipse of August 1, 2008,” Izv., Atmos. Ocean. Phys. 47, 77–86 (2011).
https://doi.org/10.1134/S000143381101004X

37. L. F. Chernogor, “Effects of solar eclipses in the ionosphere: Results of Doppler sounding: 1. Experimental data,” Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 52, 768–778 (2012).
https://doi.org/10.1134/S0016793212050039

38. L. F. Chernogor, “Effects of solar eclipses in the ionosphere: Doppler sounding results: 2. Spectral analysis,” Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 52, 779–792 (2012).
https://doi.org/10.1134/S0016793212050040

39. L. F. Chernogor, “Physical processes in the middle ionosphere accompanying the solar eclipse of January 4, 2011, in Kharkov,” Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 53, 19–31 (2013).
https://doi.org/10.1134/S0016793213010052

40. L. F. Chernogor, Ye. I. Grigorenko, and M. V. Lyashenko, “Effects in geospace during partial solar eclipses over Kharkiv,” Int. J. Remote Sens. 32, 3219–3229 (2014).
https://doi.org/10.1080/01431161.2010.541509

41. E. A. Cohen, “The study of the effect of solar eclipses on the ionosphere based on satellite beacon observations,” Radio Sci. 19, 769–777 (1984).
https://doi.org/10.1029/RS019i003p00769

42. I. F. Domnin, L. Ya. Yemel’yanov, D. V. Kotov, M. V. Lyashenko, and L. F. Chernogor, “Solar eclipse of August 1, 2008, above Kharkov: 1. Results of incoherent scatter observations,” Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 53, 113–123 (2013).
https://doi.org/10.1134/S0016793213010076

43. I. F. Domnin, L. Y. Emelyanov, M. V. Lyashenko, and L. F. Chernogor, “Partial solar eclipse of January 4, 2011 above Kharkiv: Observation and simulations results,” Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 54, 583–592 (2014).
https://doi.org/10.1134/S0016793214040112

44. W. H. Eccles, “Effect of the eclipse on wireless telegraphic signals,” Electrician 69, 109–117 (1912).

45. J. V. Evans, “An F region eclipse,” J. Geophys. Res. 70, 131–142 (1965).
https://doi.org/10.1029/JZ070i001p00131

46. T. Farges, J. C. Jodogne, R. Bamford, Y. Le. Roux, F. Gauthier, P. M. Vila, D. Altadill, J. G. Sole, and G. Miro, “Disturbances of the western European ionosphere during the total solar eclipse of 11 August 1999 measured by a wide ionosonde and radar network,” J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 63, 915–924 (2001).
https://doi.org/10.1016/S1364-6826(00)00195-4

47. D. Founda, D. Melas, S. Lykoudis, I. Lisaridis, E. Gerasopoulos, G. Kouvarakis, M. Petrakis, and C. Zerefos, “The effect of the total solar eclipse of 29 March 2006 on meteorological variables in Greece,” Atmos. Chem. Phys. 7, 5543–5553 (2007).
https://doi.org/10.5194/acp-7-5543-2007

48. K. P. Garmash, S. G. Leus, and L. F. Chernogor, “Radiophysical effects of the January 4, 2011 solar eclipse as observed in the parameters of obliquely propagating HF signals,” Radio Phys. Radio Astron. 2, 325–337 (2011).
https://doi.org/10.1615/RadioPhysicsRadioAstronomy.v2.i4.50

49. E. I. Grigorenko, M. V. Lyashenko, and L. F. Chernogor, “Effects of the solar eclipse of March 29, 2006, in the ionosphere and atmosphere,” Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 48, 337–351 (2008).
https://doi.org/10.1134/S0016793208030092

50. C. R. Huang, C. H. Liu, K. C. Yeh, K. H. Lin, W. H. Tsai, H. C. Yeh, and J. Y. Liu, “A study of tomographically reconstructed ionospheric images during a solar eclipse,” J. Geophys. Res.: Space Phys. 104, 79–94 (1999).
https://doi.org/10.1029/98JA02531

51. A. N. Hunter, B. K. Holman, D. G. Feldgate, and R. Kelleher, “Faraday rotation studies in Africa during the solar eclipse of June 30, 1973,” Nature 250, 205–206 (1974).
https://doi.org/10.1038/250205a0

52. N. Jakowski, S. M. Stankov, V. Wilken, C. Borries, D. Altadill, J. Chum, D. Buresova, J. Boska, P. Sauli, F. Hruska, and Lj. R. Cander, “Ionospheric behavior over Europe during the solar eclipse of 3 October 2005,” J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 70, 836–853 (2008).
https://doi.org/10.1016/j.jastp.2007.02.016

53. J. A. Klobuchar and H. E. Whitney, “Ionospheric electron content measurements during a solar eclipse,” J. Geophys. Res. 70, 1254–1257 (1965).
https://doi.org/10.1029/JZ070i005p01254

54. H. Le, L. Liu, X. Yue, and W. Wan, “The ionospheric responses to the 11 August 1999 solar eclipse: Observations and modeling,” Ann. Geophys. 26, 107–116 (2008).
https://doi.org/10.5194/angeo-26-107-2008

55. H. Le, L. Liu, X. Yue, W. Wan, and B. Ning, “Latitudinal dependence of the ionospheric response to solar eclipse,” J. Geophys. Res.: Space Phys. 114, A07308 (2009).
https://doi.org/10.1029/2009JA014072

56. M. V. Lyashenko and L. F. Chernogor, “Solar eclipse of August 1, 2008, over Kharkov: 3. Calculation results and discussion,” Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 53, 367–376 (2013).
https://doi.org/10.1134/S0016793213020096

57. H. R. Mimno and P. H. Wang, “Continuous Kennelley–Heaviside layer records of a solar eclipse (with suggestions of a corpuscular effect on Appleton layer),” Proc. Inst. Radio Eng. 21, 529–545 (1933).
https://doi.org/10.1109/JRPROC.1933.227683

58. J. E. Salah, W. L. Oliver, J. C. Foster, and J. M. Holt, “Observations of the May 30, 1984, annular solar eclipse at Millstone Hill,” J. Geophys. Res.: Space Phys. 91, 1651–1660 (1986).
https://doi.org/10.1029/JA091iA02p01651

59. R. W. Schunk and A. Nagy, Ionospheres: Physics, Plasma Physics, and Chemistry (Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2000).
https://doi.org/10.1017/CBO9780511551772

60. A. Sen Gupta, G. K. Goel, and B. S. Mathur, “Effect of the 16 February 1980 solar eclipse on VLF propagation,” J. Atmos. Terr. Phys. 42, 907–909 (1980).
https://doi.org/10.1016/0021-9169(80)90107-5

61. A. T. Tomas, H. Luhr, M. Forster, S. Rentz, and M. Rother, “Observations of the low-latitude solar eclipse on 8 April 2005 by CHAMP,” J. Geophys. Res.: Space Phys. 112, A06303 (2007).
https://doi.org/10.1029/2006JA012168