Диссертация (1149451), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Создание меридиональной оптической сети станцийВ настоящее время область мезопаузы авроральных широт относится кнаименее изученным областям атмосферы. Известно, что на авроральнойшироте температура мезопаузы может варьировать от 120 К в летние месяцыдо 210 К в зимние, и с уменьшением широты амплитуда сезонного изменениятемпература мезопаузы должна уменьшаться [Lubken, von Zahn, 1991]. Сцелью исследования вариаций температуры мезопаузы и волновых процессовс широтой, было принято решение создать меридиональную сеть, состоящуюиз инфракрасных спектрографов и камер всего неба.Первым этапом была установка инфракрасного спектрографа наполигоне ПГО Тикси в 2015 г.Предварительно оба спектрографа Shamrock в течение года прошликалибровочные измерения на оптическом полигоне Маймага.Во времяпроведения взаимной калибровки оба прибора были установлены рядом ибыли направлены на одну и ту же область неба.
При этом параметры съемки,охлаждения и моменты запусков были идентичны. На рисунке 2.17приводится пример сравнения вращательных температур полосы ОН(3,1),полученных двумя идентичными инфракрасными спектрографами Shamrockв течение ночи 14.08.2015 г.56 Рисунок 2.17. Сравнение вращательных температур полосы ОН(3,1)двух идентичных инфракрасных спектрографов Shamrock за ночь. Синиеточки вращательные температуры полосы ОН(3,1) полученные с прибора№1, красные – с прибора №2.Видно,Коэффициентчтодваприборакорреляциимеждухорошорядамисогласуютсямеждувращательныхсобой.температурдостигает до 0,9.Таким образом, приборы прошли все тестовые испытания и включеныв режим постоянного наблюдения.В 2015 г. инфракрасный спектрограф Shamrock №2 установлен наполигоне ПГО Тикси [Koltovskoi et al.
2016]. Все настройки и принципыработы идентичны спектрографу, установленному на оптическом полигоне57 Маймага. Вращательные температуры полосы ОН(3-1) были полученыметодикой описанной в главе 4.Сделано сравнение температуры атмосферы в области мезопаузы надвух разных широтах, на авроральной (Тикси 71.6°N) и субавроральной(Маймага 63°N), по измерениям, проведенным в первый сезон совместныхнаблюдений.Рисунок 2.18. Ход средненочных вращательных температур областимезопаузы, измеренных одновременно в Тикси (красная кривая) и Маймаге(синяя кривая).На рисунке 2.18 приведены средненочные вращательные температурыполосы ОН(3,1), измеренные на разных широтах в течение одногонаблюдательного сезона (2015-2016 гг). По измерениям, проведенным наоптическом полигоне Маймага, атмосфера на высоте излучения гидроксиланагревается с 150К в середине августа до 210К в зимние месяцы иохлаждается до 160К в весенний период.
В сентябре измеренные в полигонеТикси температуры мезопаузы чуть ниже, чем температуры, полученные в58 Маймаге. В октябре температура мезопаузы, в Тикси, становится выше, чем вМаймаге. В середине сезона наблюдений идет тенденция к выравниваниютемператур, измеренных на обеих станциях. Нужно особо отметить тот фактчто, несмотря на небольшие различия, отмеченные выше, вариациитемпературы мезопаузы на субавроральной и авроральной станцияхпрактическиидентичны.Коэффициенткорреляциимеждурядамисреднесуточных температур достигает до 0,83. Колебания температуры спериодами несколько суток, наблюдаемые одновременно на двух станциях ссередины января по конец марта, можно отнести к планетарным волнам.
Онине имеют фазового сдвига.Следующим этапом в развитии меридиональной сети планируетсяустановка оптической станции в окрестностях г. Нерюнгри (=56˚), котораябудет состоять из камеры всего неба и спектрографа на базе монохроматораМДР-23 с регистратором Andor. В настоящее время заканчиваетсяизготовление и испытания камеры и спектрографа на полигоне Маймага. Вперспективе наша меридиональная сеть может войти в международнуюпрограмму IMCP (International Space Weather Meridian Circle Program) подэгидой АН КНР.
Программа предусматривает создание меридиональной сетипо исследованию влияния элементов космической погоды на магнитосферу иатмосферу Земли, проходящей по 120 меридиану Восточной долготы и 60меридиану Западной долготы. В настоящее время проходят переговоры исогласованию по запуску программы.59 2.5. Заключение по главе 2Врезультате,наосновепроведенныхрасчетовиопытно-конструкторских, экспериментальных работ создан комплекс оптическихприборов, предназначенный для исследования теплового и динамическогорежимов, а также волновых возмущений области мезопаузы, состоящий изкамеры всего неба, инфракрасного цифрового спектрографа СП-50 и двухидентичныхавтоматическихинфракрасныхспектрографовShamrock,установленных на разных широтах (субавроральная и авроральная зона) сналаженной и полностью автоматизированной работой ведения наблюдений.Созданный оптический комплекс обладает достаточным временным ипространственнымразрешениемдляисследованияфизикиволновыхпроцессов (ВГВ) в области мезопаузы, точность измерения температуры вданной области составляет 1К с использованием спектрографа Shamrock.Дляудобстваобработкиианализа,данныеполученныесвышеописанных оптических приборов были внесены в единую базу данных.База данных хранится на сервере ИКФИА СО РАН, которая каждый деньавтоматически пополняется свежими данными.В данной главе сделано научно-техническое обоснование созданиямеридиональной сети оптических станций для исследования широтныхособенностей волновой активности в области мезопаузы, включающейинфракрасные спектрографы и камеры всего неба.В ближайшем будущем планируется получить новые результаты нетолько по исследованиям волновых процессов, но и по другим новымнаправлениям исследований высокоширотной мезопаузы.60 ГЛАВА 3.
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВНУТРЕННИХГРАВИТАЦИОННЫХ ВОЛНВданнойглавепредставленырезультатыстатистическихисследований пространственно-временных характеристик и параметроввнутренних гравитационных волн (ВГВ) по снимкам камеры всего небаизлучения гидроксила в области мезопаузы.Целью исследований является выявление особенностей характеристики динамики ВГВ в области мезопаузы высоких широт. Новизной данногоисследования является то, что впервые изучены параметры ВГВ на высокихширотах и на длительном ряде одномерного массива наблюдательныхданных. Так, наблюдения с помощью данной камеры на оптическомполигоне «Маймага» ведутся непрерывно в темное время суток, исключаялунные периоды с 1998 года по настоящее время.
За это время накопленобольшое количество экспериментальных данных. В данную работу включенырезультаты по измерениям длины волны, периода, фазовой скорости инаправления распространения ВГВ за 10 наблюдательных сезонов. При этомволновые структуры были выявлены при помощи метода, так называемого,«временнóго дифференцирования».По результатам измерений было сделано сравнение характеристиквысокоширотных ВГВ с измерениями на других широтах, проведенообсуждение полученных результатов.3.1. Методика обработки и анализа данных камеры всего небаДля исследования волновых процессов были использованы данные сдекабря по март 1998-2009 гг., полученные на оптическом полигонеМаймага.
Использовались ряды непрерывных измерений инфракрасной,цифровой камеры всего неба, подробно описанной в п. 2.1. Для обработки61 отбирались данные за ясные, безлунные ночи, без сияний. Прозрачностьатмосферы,оцениваласьналичиемчеткихизображенийфрагментовМлечного пути.
Основным критерием был выбран объективный способоценки прозрачности по методу Ван-Райна.На рисунке 3.1 приведен пример четкого изображения фрагментовМлечного пути.Рисунок 3.1. Изображение с камеры всего неба.Метод Ван-Райна основан на зависимости интенсивности свечениянеба от зенитного угла [van Rhijn, 1921]. Подробнее метод описан[Чемберлен,1963].Строитсягоризонтальныйразрезинтенсивностиизображения небосвода через зенит. Если разность между максимумом иминимумом интенсивности больше 2-х, то можно считать, что прозрачностьнеба хорошая.
В противном случае это означает, что небо затянуто облакамиили имеет большой континуум ночного неба (Рисунок 3.2).Рисунок 3.2. Пример оценки по ван-Райну: слева профиль ясного чистогонеба, справа – небо засвеченное (высокий континуум).62 Для поиска волновых структур использовался метод временногодифференцирования (time differencing (TD)). Впервые этот метод былпредложен в работе Swenson and Mende, 1994 с целью четкого выделенияпространственно-временных изменений в интенсивности излучения. Суть егозаключается в построении картины разности двух последующих кадров.
Приэтомстационарныеобъекты–звезды,континуумночногонеба,вычитываются, и остается только подвижные неоднородности ночного небамежду выбранными кадрами. Для гравитационных волн с периодами больше,чем частота съемки, TD-картина усиливает контраст в областях, где волныдвижутся, усиливаются или ослабляются. Метод TD для хорошо выделенныхмонохроматическихволнприводит к почтидвукратномуусилениюинтенсивности, так как измеряемый сигнал является разностью волновыхмаксимумов, которые последовательно переместились в пространстве наместо занятое ранее волновым минимумом. Для обработки использоваласьцентральная часть кадра соответствующая зенитным углам <45º, прикоторых изображение небосвода имеет наименьшее искажение. Болееподробно о методике наблюдения и обработки можно найти в работеГаврильева и Аммосов, 2001.Рисунок 3.3.
Пример кадра камеры всего неба и полученной с негоТD-картина волновой структуры63 Волна считалась зарегистрированной в случае четкой картины волны втечение 4 последовательных TD кадров, позволяющих оценить её скорость инаправление распространения.Рисунок 3.4. Пример обнаружения волновых структур:07.02.2011 (13:12-13:21 UT)Нарисунке3.4приведенпримеробнаружениячетырехпоследовательных TD-картин. На кадре наносятся вспомогательные линии ипо разности смещений их от кадра к кадру определяются параметрыволновых структур.Нужно отметить, что по сравнению со средними и низкими широтамина высоких широтах ВГВ наблюдаются не каждую ночь. Оценка ошибкиопределения параметров ВГВ показало, что они не превышают 10%.Благодаря вышеописанной выборке было выявлено 154 ночей с 225случаямиволновыхвозмущений,определенныхкаквнутренниегравитационные волны (ВГВ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
