Диссертация (1149454), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Был выявлен аномальный рост интенсивности рентгеновского игамма-излучения (на два-три порядка) в течение примерно минуты с максимумом спектра вобласти 50-60 кэВ. Наземные наблюдения обнаружили интенсивные вспышки рентгеновскогоизлучения с энергией квантов в несколько сотен кэВ, появление которых коррелировало сформированием лидера молниевой вспышки и стреловидного лидера триггерной молнии.Также были получены данные наблюдений всплесков гамма- (с энергией квантов порядка иболее МэВ), рентгеновского и ультрафиолетового излучений атмосферного происхождения наспутниках. Установлено, что гамма-всплески приходят с Земли из районов наиболееинтенсивной грозовой активности.
Теория генерации убегающих электронов и пробоя наубегающих электронах дает объяснение и этой стороне явления спрайтов [259]. Энергичныеквантымогутвозникатьврезультатетормозногоизлучениябыстрыхэлектронов,взаимодействующих с молекулами воздуха. Как следует из модельных расчетов, длительностьнаблюдаемых гамма-всплесков составляет несколько миллисекунд, а энергетический спектрсоответствует спектру при пробое на убегающих электронах.Известно, что максимум в спектре радиоизлучения грозовых разрядов приходится нанизкие частоты. Это очень низкочастотное (ОНЧ) излучение вследствие малого затуханияможет распространяться в атмосферном волноводе «земля-ионосфера» на большие расстояния.На дальностях более 200 км от точки возникновения разряда импульсное радиоизлучениепостепенно переходит в квазисинусоидальные колебания с максимумом энергии в двухполосах: 7-12 кГц и в низкочастотной части - менее 1 кГц).
В то же время, атмосферик можетсопровождаться так называемым "низкочастотным хвостом", с которым в некоторых случаяхсвязывают спрайты [166].75Рисунок 3.4. ОНЧ атмосферики с СНЧ-цугами с высоким временным разрешением. На верхнейпанели СНЧ-цуг запоздал относительно начала ОНЧ-сферика на ~1 мс, на нижней панелиначало СНЧ-цуга совпадает с началом ОНЧ-атмосферика.Считается, что это сверхнизкочастотное (СНЧ, 30-300 Гц) излучение отражает медленныйток после основного грозового разряда.
Примеры записи ОНЧ-атмосфериков с такими СНЧцугами излучения приведены на рисунке 3.4. Экспериментально соответствие СНЧ-цугапоявлению спрайта показано, например, в исследованиях Barrington-Leigh [13] Исследованияоснованы на фотометрических измерениях, записях электромагнитного поля магнитнойантенной и высокоскоростных видеозаписях.С собственно спрайтом связан второй, дополнительный цуг в СНЧ -атмосферике [39,161, 167]. В большинстве случаев СНЧ атмосферики сопровождают положительные наземныеразряды, переносящие к земной поверхности положительный грозовой заряд облаков. В этойсвязи представляют интерес записи электромагнитных сигналов, произведенные в Якутии водной из высокоширотных областей с повышенной вероятностью наблюдения положительныхразрядов.Подтверждением повышенной вероятности положительных грозовых разрядов исвязанных с ними разрядов в ионосферу [42, 210] в высоких широтах могут быть материалызаписей ОНЧ-радиошумов, полученных в ходе экспедиции в Верхоянском районе на северовостоке Якутии летом 2008 г.
Записи электромагнитных сигналов разрядов осуществлялись впериод умеренной грозовой активности на территории Якутии. Картина грозовой активности поданным грозопеленгатора-дальномера в Якутске в период двухчасовой записи сигналов21.08.2008 вблизи п. Батагай представлена на рисунке 3.5. Наиболее высокая активностьнаблюдалась к западу от Якутска, второй, высокоширотный, очаг существовал вдоль р. Лена,76т.е. западнее места, где осуществлялась запись сигналов, причем его высокоширотная частьдостигала побережья Северного ледовитого океана, т.е.
широт 73º N.Сигналыпринималисьнавертикальнуюштыревуюантеннувысотой10м,подключенную через усилитель (коэффициент усиления К=40) с резистивным делителемнапряжения 0,25 ко входу АЦП ноутбука с частотой дискретизации 62,5 кГц и диапазоном +/5 В (рисунок 3.6). Регистрация производилась в окрестностях пункта Батагай в точке скоординатами 67.95º N, 134.95º E на высоте ≈ 450 м над уровнем моря, в основном, в часымаксимальной грозовой активности (15-18 час местного времени). Местное время LT = UT + 10.Условия записи были благоприятны с точки зрения отсутствия каких-либо сетевых ипромышленных радиопомех.На рисунке 3.7 приведен характерный принимаемый радиосигнал, состоящий из атмосферика изадержанного на 2 мс последовавшего за ним СНЧ - радиоимпульса.
Пример на рисунке 3.8, гдеОНЧ-сигналы (атмосферики) из-за малой развертки по оси времени выглядят вертикальнымилиниями, показывает, насколько могла быть высокой частота наблюдения грозовых разрядовСНЧ-цугов в данные дни (на рисунке 3.8 три больших импульса зарегистрированы за 140 мс,причем это не повторные грозовые разряды).Рисунок 3.5 Грозовая обстановка на территории Якутии в период двухчасовой записи сигналов21.08.2008 во время экспедиционных измерений в Верхоянье.77Рисунок 3.6. Схема подключения антенны с усилителем к ноутбуку.Рисунок 3.7.
Пример характерного радиосигнала атмосферика с СНЧ-сигналом.Рисунок 3.8. Пример последовательности атмосфериков с СНЧ-сигналами.78Из записей от 28 августа 2008 года, которые составляли несколько часов, более детальнорассмотрен период наблюдения сигналов, принятых после 17 часов по местному времени. Дляобработки последовательно отобрано 180 разрядов, большая часть которых для исключениянеправильной оценки характеристик, выбиралась без перекрытия событий по времени, то естькак изолированные сигналы. События с отсутствием после атмосферика СНЧ-радиоимпульсов,или очень малой их амплитудой отбраковывались. Также не рассматривались СНЧ-сигналы безпредшествующего атмосферика, которые, впрочем, были, вероятно, неразличимы из-за наличиярадиошума. Амплитуда атмосферика (основного грозового разряда) в единицах квантованияАЦП оценивалась по квазиполупериоду атмосферика с максимальной амплитудой,.
Величинаже СНЧ-сигнала предварительно усреднялась, чтобы избавиться от шумовой составляющей(убиралась высокочастотная часть спектра сигнала), и затем находилась его амплитуда - такжев разрядах АЦП. Интервал временной задержки между разрядом молнии и рассматриваемымимпульсом определялся по начальному полученному сигналу с ценой деления в 1 мс.Рассмотрение меньших значений длительности невозможно было из-за ограниченныххарактеристикоборудования.Знакимпульсовустанавливалсяпознакупервогоквазиполупериода.
Так как компонента шума составляла значительную долю от величиныполезного сигнала, то определение знака было довольно затруднительным для некоторого частиданных.Было установлено, что задержка между ОНЧ-атмосфериком и СНЧ-излучением лежала впределах 7 мс, с наиболее вероятными значениями в 2 и 1 мс (37,7% и 36,6% соответственно)(рисунок 3.9). Вероятность отсутствия задержки составила 10%, а появление радиоимпульса смаксимальной длительностью в 6-7 мс – 1,67%. Отсутствие задержки соответствует событиям,приведенным на рисунке 3.10, когда СНЧ-колебания начинались на фоне атмосфериков (илиможно сказать, наоборот, атмосферики заканчивались уже на фоне СНЧ-сигналов).По данным обработки, 76,7% положительных разрядов «облако-земля» сопровождалосьзарегистрированнымСНЧ-излучением.23,3%событийСНЧ-импульсовпорожденыотрицательными разрядами.
Примеры сигналов с разными знаками СНЧ-сигналов приведенына рисунке 3.11. Но нужно отметить, что в 9,4% случаев из этих 23,3% определение знака былозатруднено из-за малого соотношения сигнал−шум.79Рисунок 3.9. Гистограмма временной задержки между СНЧ-сигналом и атмосферикомРисунок 3.10. Пример СНЧ-сигнала с нулевой задержкой относительно атмосферика(начинающегося одновременно с ОНЧ атмосфериком).Большинство СНЧ-сигналов имели положительный знак первого квазиполупериода приположительном сферике – 63,3%.
что согласуется сутверждением о необходимостиположительного разряда для возникновения СНЧ-излучения [21, 214, 259]. Согласно рисунку3.12, наиболее вероятным значениям запаздывания по времени между атмосфериком молнии ипоследующим СНЧ-излучением в 1 и 2 мс соответствуют 2-, либо 3-квазиполупериодные СНЧсигналы.80Длительность СНЧ-сигнала лежала в интервале от 6 до 56 мс с модой в 14 мс (рисунок3.13). Наиболее вероятная длительность первого квазиполупериода СНЧ-импульса равна 4 мс, авторого – 7 мс. На рисунке 3.14 показан разброс частот первого, второго и третьегоквазиполупериодовСНЧ-сигнала.Дляпервогоквазиполупериодаимеетместоярковыраженный максимум при значении 166,7 Гц, что соответствуют длительности 6 мс.
Частотавторого квазиполупериода импульса имеет уже менее острый максимум, приходящийся назначение 71,4 Гц или для длительности в 7 мс. Для третьего квазиполупериода равновероятныуже три значения частот: 56 Гц, 62,5 Гц и 71,4 Гц. Сопоставление максимальных амплитудсигнала атмосферика с соответствующими максимальными значениями первого (рисунок 3.15)и второго (рисунок 3.16) квазиполупериодов СНЧ-излучения не дает четкой зависимости междуэтими величинами. Однако положительная корреляция все же наблюдается - с ростомамплитуды атмосферика молнии отмечается относительный рост амплитуды СНЧ-сигнала.Рисунок 3.11. Примеры сигналов с разными знаками первых полупериодов СНЧколебаний.81Рисунок 3.12. Время запаздывания СНЧ-сигнала в зависимости от количества егоквазиполупериодов.Рисунок 3.13.
Гистограмма распределения длительности СНЧ-сигнала.Рисунок 3.14. Гистограмма распределения частоты СНЧ-сигналов.82Рисунок 3.15. Максимальные значения амплитуды (в разрядах АЦП) атмосфериков взависимости от соответствующих максимальных значений амплитуды первогоквазиполупериода СНЧ-сигнала.Рисунок 3.16.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
