Іоносферні ефекти сонячного затемнення 10 червня 2021 р. у Заполяр’ї
| 1Чорногор, ЛФ, 2Милованов, ЮБ 1Харківський національний університет імені В.Н.Каразіна, Харків, Україна 2Харьковский национальный университет имени В.Н.Каразина, Харьков, Украина |
| Kinemat. fiz. nebesnyh tel (Online) 2022, 38(4):29-52 |
| Start Page: Динаміка і фізика тіл Сонячної системи |
| Мова: українська |
Анотація: Сонячні затемнення (СЗ) викликають цілий комплекс процесів у всіх геосферах. У іоносфері має місце зменшення концентрації електронів, температури електронів, іонів і нейтралів; істотно змінюється динаміка іоносферної плазми, генеруються хвильові збурення, активується взаємодія підсистем у системі Земля — атмосфера — іоносфера — магнітосфера. Доведено, що ефекти СЗ залежать від фази сонячного затемнення, географічних координат, часу доби, пори року, стану атмосферної та космічної погоди, положення в циклі сонячної активності та інших факторів. Окрім повторюваних чи регулярних ефектів, виникають ефекти, властиві саме цьому СЗ. З цієї причини вивчення фізичних процесів у всіх геооболонках, викликаних СЗ, є ак-туальною міждисциплінарною задачею. Метою даної роботи є виклад результатів спостереження й аналізу часових збурень вертикального повного електронного вмісту (ПЕВ) у Заполяр’ї. Дані, використані в цьому дослідженні, включають параметри сигналів, що приймаються мережею станцій від навігаційних супутників, які проходять над областю тіні Місяця, де фаза СЗ становила приблизно 0.9 у діапазоні широт 70…80° пн. ш. Кільцеподібне сонячне затемнення 10 червня 2021 р. розпочалось о 08:12:20 UT та закінчилось о 13:11:19 UT. Спочатку тінь від СЗ з’явилась над Канадою, далі вона рухалась через Гренландію, Північний Льодовитий океан, Північний полюс і острів Нова Сибір. Тінь від СЗ покривала північну частину Російської Федерації. Часткове СЗ відмічалось у північній і середній частинах Європи, більшій частині Російської Федерації, в Монголії та Китаї. З використанням 11 наземних станцій, які приймали сигнали GPS восьми ШСЗ, вивчено просторово-часові варіації ПЕВ при максимальному покритті диска Сонця, яке спостерігалось у Заполяр’ї, та встановлено таке. Зменшення електронної концентрації для кожної станції та для кожного супутника відмічалось практично відразу ж після початку СЗ і тривало близько 60…100 хв. Далі реєс-трувалося мінімальне значення ПЕВ, після чого наступало його збільшення до початкового або більшого значення. Середнє значення ПЕВ дорівнювало 5.2…10.4 TECU. У середньому зменшення ПЕВ становило 2.3±0.6 TECU від рівня 8.4±1.6 TECU. У відносних одиницях зменшення варіювало у межах –16.5…–46 % (середнє значення -30 ± 9.7 %. Визначено час запізнення моменту настання мінімального значення ПЕВ відносно моменту максимальної фази СЗ. Він змінювався у межах 5...30 хв (середнє значення 18.3± 8.5 хв). У низці випадків протягом СЗ спостерігались квазіперіодичні варіації ПЕВ із періодом 9...15 хв і відносною амплітудою 3...5 %. |
| Ключові слова: іоносфера, аперіодичне збурення, квазіперіодичне збурення, параметри збурення, повний електронний вміст, сонячне затемнення |
References:
1. Afraimovich E. L., Perevalova N. P. (2006). GPS monitoring of the Earth’s upper atmosphere. Irkutsk: SC RRS SB RAMS [In Russian].
2. Brunelli B. E., Namgaladze A. V. (1988). Physics of the ionosphere. (Moscow: Nauka).
3. Burmaka V. P., Domnin I. F., Chernogor L. F. (2012). Radiophysical observations of acoustic-gravity waves in the ionosphere during solar eclipse of January 4, 2011. Radio Phys. Radio Astron. 17(4), 344—352. [In Russian].
4. Garmash K. P., Leus S. G., Chernogor L. F. (2011). January 4, 2011 Solar Eclipse Effects over Radio Circuits at Oblique Incidence. Radio Phys. Radio Astron. 16(2), 164—176. [In Russian].
http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/442
5. Chernogor L. F. (2009). Radio Physical and Geomagnetic Effects of Rocket Launches. (Kharkiv: V. N. Karazin Kharkiv National University Publ.) [In Russian].
6. Chernogor L. F. (2012). Physics and Ecology of Disasters. Kharkiv: V. N. Karazin Kharkiv National University Publ. [In Russian].
7. Chernogor L. F. (2013). Physical effects of solar eclipses in atmosphere and geospace: monograph. Kharkiv: V. N. Karazin Kharkiv National University Publ. [In Russian].
8. Chernogor L. F., Garmash K. P., Podnos V. A., Tyrnov O. F. (2013). The V. N. Karazin Kharkiv National University Radio physical Observatory — the tool for ionosphere monitoring in space experiments. Space Project “Ionosat-Micro”. Kyiv: Academperiodika, 160—182. [In Russian].
9. Chernogor L. F. (2021). Geomagnetic effect of the solar eclipse on June 10, 2021. Kinemat. fiz. nebesnyh tel. 2022. 38(1). 16—34. [In Ukrainian].
10. Chernogor L. F. (2021). Convection Effect in the Atmospheric Surface Layer in the Course of Solar Eclipses of 20 March 2015 and 10 June 2021. Kinemat. Phys. Celest. Bodies. 37(6), 19—33. [In Ukrainian].
https://doi.org/10.15407/kfnt2021.06.003
11. Chernogor L. F. (2021). Thermal effect of the 10 June 2021 Annular Solar Eclipse in the Atmospheric Surface Layer. Kinemat. Phys. Celest. Bodies. 37(6), 34—48. [In Ukrainian].
https://doi.org/10.15407/kfnt2021.06.003
12. Chernogor L. F. Garmash K. P. (2021). Ionospheric Processes During the 10 June 2021 Partial Solar Eclipse at Kharkiv. Kinemat. fiz. nebesnyh tel. 2022. 38(2). 3—22. [In Ukrainian].
13. Chernogor L. F., Garmash K. P., Zhdanko Y. H., Leus S. G., Podnos V. A. (2020). Software and hardware system of multi-frequency oblique sounding the ionosphere. Visnyk of V.N. Karazin Kharkiv National University. Series “Radio Physics and Electronics”. 30, 42—59.
https://doi.org/10.26565/2311-0872-2020-33-04 [in Ukrainian].
14. Chernogor L. F., Garmash K. P., Zhdanko Y. H., Leus S. G., Luo, Y. (2021). Features of ionospheric effects from the partial solar eclipse over the city of Kharkiv on 10 June 2021. Radio Phys. Radio Astron. 26(4). 326—343. [in Ukrainian].
15. Chernogor L. F., Holub М. Yu., Luo Y., Tsymbal А. М., Shevelev M. B. (2021). Variations in the Geomagnetic Field That Accompanied the 10 June 2021 Solar Eclipse. Visnyk of V. N. Karazin Kharkiv National University, series “Radio Physics and Electronics”. 34. [In Ukrainian].
16. Chornogor L. F., Mylovanov Yu. B. (2020). Ionospheric effects of the solar eclipse on August 11, 2018 over China. Kinemat. Phys. Celest. Bodies. 36(6), 37—64.
17. Adekoya B. J., Chukwuma V. U. (2016). Ionospheric F2 layer responses to total solar eclipses at low and mid-latitude. J. Atmos. and Solar-Terr. Phys. 138—139, 136—160.
https://doi.org/10.1016/j.jastp.2016.01.006
18. Beynon W. J. G., Brown G. M. (1956). Solar eclipses and the ionosphere. London: Elsevier. ISBN: 978-0080090467.
19. Burmaka V. P., Chernogor L. F. (2013). Solar eclipse of August 1, 2008, above Kharkov: 2. Observation results of wave disturbances in the ionosphere. Geomagnetism and Aeronomy. 53(4), 479—491.
20. Chapman S. (1932). The influence of a solar eclipse upon the upper atmospheric ionization. Mon. Not. R. Astron. Soc. 92, 413—420.
21. Chen G., Wu C., Huang X., Zhao Z., Zhong D., Qi H., Huang L., Qiao L., Wang J. (2015). Plasma flux and gravity waves in the midlatitude ionosphere during the solar eclipse of 20 May 2012. J. Geophys. Res.: Space Phys. 120, 3009—3020.
22. Chen G., Zhao Z., Ning B., Deng Z., Yang G., Zhou C., Yao M., Li S., Li N. (2011). Latitudinal dependence of the ionospheric response to solar eclipse of 15 January 2010. J. Geophys. Res. 116, A06301.
https://doi.org/10.1029/2010JA016305
23. Cherniak I., Zakharenkova I. (2018). Ionospheric total electron content response to the great American solar eclipse of 21 August 2017. Geophys. Res. Lett. 45, 1199—1208.
https://doi.org/10.1002/2017GL075989
24. Chernogor L. F. (2010). Variations in the Amplitude and Phase of VLF Radiowaves in the Ionosphere during the August 1, 2008, Solar Eclipse. Geomag. Aeron. 50(1), 96—106.
https://doi.org/10.1134/S0016793210010111
25. Chernogor L. F. (2010). Wave Response of the Ionosphere to the Partial Solar Eclipse of August 1, 2008. Geomag. Aeron. 50(3), 346—361.
26. Chernogor L. F. (2011). The Earth — atmosphere — geospace system: main properties and processes. Int. J. Rem. Sens. 32(11), 3199—3218.
27. Chernogor L. F. (2012). Effects of solar eclipses in the ionosphere: Results of Doppler sounding: 1. Experimental data. Geomag. Aeron. 52(6), 768—778.
28. Chernogor L. F. (2012). Effects of solar eclipses in the ionosphere: Doppler sounding results: 2. Spectral analysis. Geomag. Aeron. 52(6), 779—792.
29. Chernogor L. F. (2013). Physical processes in the middle ionosphere accompanying the solar eclipse of January 4, 2011, in Kharkov. Geomag. Aeron. 53(1), 19—31.
30. Chernogor L. F. (2016). Wave processes in the ionosphere over Europe that accompanied the solar eclipse of March 20, 2015. Kinemat. Phys. Celest. Bodies. 32(4), 196—206.
https://doi.org/10.3103/S0884591316040024
31. Chernogor L. F. (2016). Atmosphere-ionosphere response to solar eclipse over Kharkiv on March 20, 2015. Geomag. Aeron. 56(5), 592—603.
32. Chernogor L. F., Rozumenko V. Т. (2008). Earth — atmosphere — geospace as an open nonlinear dynamical system. Radio Phys. Radio Astron. 13(2), 120—137. http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/563
33. Chernogor L. F., Garmash K. P. (2017). Magneto-ionospheric effects of the solar eclipse of March 20, 2015, over Kharkov. Geomag. Aeron. 57(1), 72—83.
34. Chernogor L. F., Domnin I. F., Emelyanov L. Ya., Lyashenko M. V. (2019). Physical processes in the ionosphere during the solar eclipse on March 20, 2015 over Kharkiv, Ukraine (49.6°N, 36.3°E). J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 182, 1—9.
35. Coster A. J., Goncharenko L., Zhang S. R., Erickson P. J., Rideout W., Vierinen J. (2017). GNSS observations of ionospheric variations during the 21 August 2017 solar eclipse. Geophys. Res. Lett. 44(24), 12041—12048.
36. Crustal Dynamics Data Information System (CDDIS DAAC). (2014). International GNSS Service, Daily 30-second observation data. ftp://cddis.nasa.gov/gnss/products/bias/, webigs.ign.fr/gdc/en/data/search
37. Dang T., Lei J., Wang W., Burns A., Zhang B. and Zhang S.-R. (2018). Suppression of the polar tongue of ionization during the 21 August 2017 solar eclipse. Geophys. Res. Lett. 45(7), 2918—2925.
https://doi.org/10.1002/2018GL077328
38. Dang T., Lei J., Wang W., Zhang B., Burns A., Le H., Wu Q., Ruan H., Dou X., Wan W. (2018). Global responses of the coupled thermosphere and ionosphere system to the August 2017 Great American Solar Eclipse. J. Geophys. Res.: Space Phys. 123, 7040—7050.
https://doi.org/10.1029/2018JA025566
39. Ding F., Wan W., Ning B., Liu L., Le H., Xu G., Wang M., Li G., Chen Y., Ren Z., Xiong B., Hu L., Yue X., Zhao B., Li F., Yang M. (2010). GPS TEC response to the 22 July 2009 total solar eclipse in East Asia. J. Geophys. Res. 115, A07308.
40. Domnin I. F., Yemel’yanov L. Y., Kotov D. V., Lyashenko M. V., and Chernogor L. F. (2013). Solar eclipse of August 1, 2008, above Kharkov: 1. Results of incoherent scatter observations. Geomagnetism and Aeronomy. 53(1), 113—123.
41. Eccles W. H. (1912). Effect of the eclipse on wireless telegraphic signals. Electrician. 69, 109—117.
42. Espenak F. (2021). Annular Solar Eclipse of 2021 Jun 10.
http://www.eclipsewise.com/solar/SEprime/2001-2100/SE2021Jun10Aprime.html
43. Gossard E. E., Hooke W. H. (1975). Waves in the Atmosphere. New York: Elsevier.
44. Guo Q., Chernogor L. F., Garmash K. P., Rozumenko V. T., Zheng Y. (2020). Radio Monitoring of Dynamic Processes in the Ionosphere Over China During the Partial Solar Eclipse of 11 August 2018. Radio Sci. 55(2).
https://doi.org/10.1029/2019RS006866
45. Higgs A. J. (1942). Ionospheric measurements made during the total Solar eclipse of 1940, October 1-st, South Africa. Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 102(1), 24—34.
https://doi.org/10.1093/mnras/102.1.24
46. Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Collins J. (2001). Global Positioning System. Theory and Practice. Springer-Verlag Wien New York. XXIV, 382 p.
47. Huba J. D., Drob D. (2017). SAMI3 prediction of the impact of the 21 August 2017 total solar eclipse on the ionosphere/plasmasphere system. Geophys. Res. Lett. 44, 5928—5935.
https://doi.org/10.1002/2017GL073549
48. Le H., Liu L., Ding F., Ren Z., Chen Y., Wan W., Ning B., Xu G., Wang M., Li G., Xiong B., Hu L. (2010). Observations and modeling of the ionospheric behaviors over the east Asia zone during the 22 July 2009 solar eclipse. J. Geophys. Res. 115(A10313).
https://doi.org/10.1029/2010JA015609
49. Ledig P. G., Jones M. W., Giesecke A. A., Chernosky E. J. (1946). Effects on the ionosphere at Huancayo, Peru, of the solar eclipse, January 25, 1944. J. Geophys. Res. 51(3), 411—418.
https://doi.org/10.1029/TE051i003p00411
50. Lyashenko M. V., Chernogor L. F. (2013). Solar eclipse of August 1, 2008, over Kharkov: 3. Calculation results and discussion. Geomagnetism and Aeronomy. 53(3), 367—376.
https://doi.org/10.1134/S0016793213020096
51. Madhav Haridas M. K., Manju G. (2012). On the response of the ionospheric F region over Indian low-latitude station Gadanki to the annular solar eclipse of 15 January 2010. J. Geophys. Res. 117(A1), A01302.
https://doi.org/10.1029/2011JA016695
52. Marlton G. J., Williams P. D., Nicoll K. A. (2016). On the detection and attribution of gravity waves generated by the 20 March 2015 solar eclipse. Phil. Trans. R. Soc. A. 374(2077).
https://doi.org/10.1098/rsta.2015.0222.
53. Marple Jr. S. L. (1987). Digital spectral analysis: with applications. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall.
54. Panasenko S. V., Otsuka Y., van de Kamp M., Chernogor L. F., Shinbori A., Tsugawa T. and Nishioka M. (2019). Observation and characterization of traveling ionospheric disturbances induced by solar eclipse of 20 March 2015 using incoherent scatter radars and GPS networks. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 191, 105051.
https://doi.org/10.1016/j.jastp.2019.05.015
55. Pitout F., Blelly P.-L., Alcayde D. (2013). High-latitude ionospheric response to the solar eclipse of 1 August 2008: EISCAT observations and TRANSCAR simulation. J. Atmos. and Solar-Terr. Phys. 105, 336—349.
https://doi.org/10.1016/j.jastp.2013.02.004
56. Schunk R. W., Nagy A. F. (2000). Ionospheres: Physics, Plasma Physics, and Chemistry. Cambridge: Cambridge Atmospheric and Space Science Series.
57. Sharma S., Dashora N., Galav P., Pandey R. (2010). Total solar eclipse of July 22, 2009: Its impact on the total electron content and ionospheric electron density in the Indian zone. J. Atmos. and Solar-Terr. Phys. 72(18), 1387—1392.
58. Stankov S. M., Bergeot N., Berghmans D., Bolsée D., Bruyninx C., Chevalier J. M., Clette F., de Backer H., de Keyser J., D’huys E., Dominique M., Lemaire J. F., Magdalenič J., Marqué C., Pereira N., Pierrard V., Sapundjiev D., Seaton D. B., Stegen K., Linden R. V., Verhulst T. G. W., West M. J. (2017). Multi-instrument observations of the solar eclipse on 20 March 2015 and its effects on the ionosphere over Belgium and Europe. J. Space Weather Space Clim. 7, A19.
59. The Receiver Independent Exchange Format. Version 3.02. International GNSS Service (IGS).
60. Universit@t Bern, Astronomisches Institut, ftp.aiub.unibe.ch/CODE/
61. Uryadov V. P., Kolchev A. A., Vybornov F. I., Shumaev V. V., Egoshin A. I., Chernov A. G. (2016). Ionospheric effects of a solar eclipse of March 20, 2015 on oblique sounding paths in the Eurasian longitudinal sector. Radiophys. Quantum Electron. 59(6), 431—441.
https://doi.org/10.1007/s11141-016-9711-9
62. Verhulst T. G. W., Sapundjiev D., Stankov S. M. (2016). High-resolution ionospheric observations and modeling over Belgium during the solar eclipse of 20 March 2015 including first results of ionospheric tilt and plasma drift measurements. Adv. Space Res. 57(11), 2407—2419.
https://doi.org/10.1016/j.asr.2016. 03.009
63. Wang N., Yuan Y., Li Z., Montenbruck O., Tan B. (2016). Determination of differential code biases with multi-GNSS observations. J. Geodesy. 90(3), 209—228.
https://doi.org/10.1007/s00190-015-0867-4
64. Wang W., Dang T., Lei J., Zhang S., Zhang B., Burns A. (2019). Physical processes driving the response of the F2 region ionosphere to the 21 August 2017 solar eclipse at Millstone Hill. J. Geophys. Res.: Space Phys. 124, 2978—2991.
65. World Data Center for Geomagnetism, Kyoto. URL: http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp
66. Zhang S.-R., Erickson P. J., Goncharenko L. P., Coster A. J., Rideout W., Vierinen J. (2017). Ionospheric bow waves and perturbations induced by the 21 August 2017 solar eclipse. Geophys. Res. Lett. 44, 12,067—12,073.