Особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний по наблюдениям космических радиоисточников в декаметровом диапазоне волн
Предмет и цель работы: С точки зрения радиоастрономии, ионосферные мерцания дискретных космических радиоисточников являются нежелательным эффектом. Вместе с тем ионосферные мерцания несут информацию о турбулентности ионосферы и являются отдельным объектом исследования. По наблюдениям на радиотелеско...
Saved in:
| Published in: | Радиофизика и радиоастрономия |
|---|---|
| Date: | 2019 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Радіоастрономічний інститут НАН України
2019
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/150205 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний по наблюдениям космических радиоисточников в декаметровом диапазоне волн / С.К. Панишко, О.А. Литвиненко // Радиофизика и радиоастрономия. — 2019. — Т. 24, № 1. — С. 44-54. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859611974315278336 |
|---|---|
| author | Панишко, С.К. Литвиненко, О.А. |
| author_facet | Панишко, С.К. Литвиненко, О.А. |
| citation_txt | Особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний по наблюдениям космических радиоисточников в декаметровом диапазоне волн / С.К. Панишко, О.А. Литвиненко // Радиофизика и радиоастрономия. — 2019. — Т. 24, № 1. — С. 44-54. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Радиофизика и радиоастрономия |
| description | Предмет и цель работы: С точки зрения радиоастрономии, ионосферные мерцания дискретных космических радиоисточников являются нежелательным эффектом. Вместе с тем ионосферные мерцания несут информацию о турбулентности ионосферы и являются отдельным объектом исследования. По наблюдениям на радиотелескопе УРАН-4 мощных космических радиоисточников (3С144, 3С274, 3С405 и 3С461) на частотах 20 и 25 МГц получены оценки параметров ионосферных мерцаний: индекса, характерного периода и спектрального индекса. Взаимосвязь спектрального индекса мерцаний, измеренного по временному спектру мерцаний, со спектральным индексом пространственного спектра неоднородностей позволяет рассматривать первый как показатель изменения неоднородной структуры ионосферы. Целью работы является анализ особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний в сравнении с поведением индекса ионосферных мерцаний на разных временных интервалах.
Предмет і мета роботи: З точки зору радіоастрономії, іоносферні мерехтіння дискретних космічних радіоджерел є небажаним ефектом. Разом з тим іоносферні мерехтіння несуть інформацію про турбулентність іоносфери і є окремим об’єктом дослідження. За спостереженнями на радіотелескопі УРАН-4 потужних космічних радіоджерел (3С144, 3С274, 3С405 та 3С461) на частотах 20 і 25 МГц одержано оцінки параметрів іоносферних мерехтінь: індексу, характерного періоду і спектрального індексу. Взаємозв’язок спектрального індексу, виміряного за часовим спектром мерехтінь, зі спектральним індексом просторового спектру неоднорідностей дозволяє розглядати перший як показник зміни неоднорідної структури іоносфери. Метою роботи є аналіз особливості поведінки спектрального індексу іоносферних мерехтінь у порівнянні з поведінкою індекса іоносферних мерехтінь на різних часових інтервалах.
Purpose: With relation to radio astronomy, ionospheric scintillation of discrete cosmic radio sources is an undesirable effect. At the same time, ionospheric scintillations carry information on the ionospheric turbulence and are a separate object of study. From observations at the URAN-4 radio telescope of the power cosmic radio sources (3C144, 3C274, 3C405, and 3C461) at 20 and 25 MHz, the ionospheric scintillation parameters: index, characteristic period and spectral index were estimated. Correlation between spectral index measured from scintillation time spectrum and spectral index of space spectrum of irregularities have allowed considering the first of them as an index of ionospheric irregularity structure changing. Peculiarities of the ionospheric scintillation spectral index behavior compared with ionospheric scintillation index are analyzed for several time intervals.
|
| first_indexed | 2025-11-28T13:58:26Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 24, № 1, 201944
Радіофізика і радіоастрономія. 2019, Т. 24, № 1, c. 44–54
© С. К. Панишко, О. А. Литвиненко, 2019
С. К. ПАНИШКО, О. А. ЛИТВИНЕНКО
Обсерватория “УРАН-4”,
Радиоастрономический институт НАН Украины,
ул. Пушкинская, 37, г. Одесса, 65011, Украина
E-mail: spanishko@ukr.net, uran4@te.net.ua
ÎÑÎÁÅÍÍÎÑÒÈ ÏÎÂÅÄÅÍÈß ÑÏÅÊÒÐÀËÜÍÎÃÎ ÈÍÄÅÊÑÀ
ÈÎÍÎÑÔÅÐÍÛÕ ÌÅÐÖÀÍÈÉ ÏÎ ÍÀÁËÞÄÅÍÈßÌ
ÊÎÑÌÈ×ÅÑÊÈÕ ÐÀÄÈÎÈÑÒÎ×ÍÈÊÎÂ
 ÄÅÊÀÌÅÒÐÎÂÎÌ ÄÈÀÏÀÇÎÍÅ ÂÎËÍ
Предмет и цель работы: С точки зрения радиоастрономии, ионосферные мерцания дискретных космических радио-
источников являются нежелательным эффектом. Вместе с тем ионосферные мерцания несут информацию о турбу-
лентности ионосферы и являются отдельным объектом исследования. По наблюдениям на радиотелескопе УРАН-4
мощных космических радиоисточников (3С144, 3С274, 3С405 и 3С461) на частотах 20 и 25 МГц получены оценки
параметров ионосферных мерцаний: индекса, характерного периода и спектрального индекса. Взаимосвязь спектраль-
ного индекса мерцаний, измеренного по временному спектру мерцаний, со спектральным индексом пространственного
спектра неоднородностей позволяет рассматривать первый как показатель изменения неоднородной структуры ионо-
сферы. Целью работы является анализ особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний в сравне-
нии с поведением индекса ионосферных мерцаний на разных временных интервалах.
Методы и методология: Для анализа данных ионосферных мерцаний применялись статистические методы.
Результаты: Получены оценки параметров ионосферных мерцаний космических радиоисточников за период 1998–2007 гг.
Показано, что средние для каждого радиоисточника значения спектрального индекса зависят от угловой высоты,
на которой наблюдается источник, чего не обнаружено для индекса мерцаний. Сравнение трендов среднегодовых
значений не показывает корреляции спектрального индекса с индексами солнечной и геомагнитной активности
(F10.7 – потоком солнечного радиоизлучения на длине волны 10.7 см, и pA -индексом). Для среднемесячных значений
характерна хорошо выраженная сезонно-суточная зависимость. Максимальные значения спектрального индекса
проявляются, в основном, в ночное время суток, но наблюдается также небольшое увеличение в дневное время с 9:00
до 11:00. Для разных временных интервалов поведение параметров ионосферных мерцаний, полученных для радиоисточ-
ников, наблюдающихся на больших угловых высотах (3С405 и 3С461), заметно отличается от поведения параметров
для радиоисточников, наблюдающихся на более низких угловых высотах.
Заключение: Использование данных, полученных в результате многолетнего мониторинга группы дискретных косми-
ческих радиоисточников на радиотелескопе УРАН-4, позволило исследовать поведение спектральных индексов ионо-
сферных мерцаний на большом временном интервале. Обнаруженные особенности поведения спектральных индексов
ионосферных мерцаний космических радиоисточников требуют дальнейшего анализа для объяснения в рамках суще-
ствующих сейчас представлений о распространении радиоволн в такой неоднородной среде, как ионосфера.
Ключевые слова: дискретные радиоисточники, ионосферные мерцания, индекс мерцаний, спектральный индекс, сезон-
но-суточная зависимость
DOI: https://doi.org/10.15407/rpra24.01.044
УДК 537.874.4; 550.388.2
PACS numbers: 94.20.dm,
94.20.Vv, 94.20 ws
1. Ââåäåíèå
При наблюдениях космических радиоисточников
в декаметровом диапазоне волн существенным
является влияние земной ионосферы. Ионосфе-
ра – неоднородная по своей структуре среда, с нео-
днородностями различных пространственных мас-
штабов, от нескольких метров до тысяч километ-
ров [1]. Спектр неоднородностей электронной
концентрации ионосферы в предположении их изот-
ропности имеет степенной вид [2], ( ) ~ ,n
N k k
где k – пространственное волновое число,
2 3.6n в интервале размеров от нескольких
метров до нескольких километров [3]. Взаимодей-
ствие сигнала от дискретного космического радио-
источника с неоднородной ионосферой приводит
к флуктуациям амплитуды сигнала со временем
в месте наблюдений – мерцаниям. Эффект мерца-
ний можно характеризовать такими параметрами,
как индекс, характерное время (период) и пока-
затель наклона спектра (спектральный индекс)
флуктуаций.
Спектральный индекс временного спектра
флуктуаций сигнала радиоисточника, полученный
ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 24, № 1, 2019 45
Особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний по наблюдениям космических радиоисточников...
из наблюдений на радиотелескопе, связан с по-
казателем наклона пространственного спектра
ионосферных неоднородностей соотношением
1p n [4]. Такая взаимосвязь между этими
параметрами позволяет рассматривать индекс p
как показатель изменения неоднородной струк-
туры ионосферы.
Поскольку индекс мерцаний более подробно
рассматривался в предыдущей работе [5], а пе-
риод мерцаний, как будет показано ниже, связан
с индексом обратно пропорциональной зависи-
мостью, целью настоящей работы является ис-
следование особенностей поведения спектраль-
ного индекса в сравнении с поведением индекса
мерцаний.
2. Íàáëþäåíèÿ è ìåòîäèêà îáðàáîòêè
Настоящее исследование основано на наблюде-
ниях четырех мощных космических радиоисточ-
ников – 3С144, 3С274, 3С405, 3С461, на радио-
телескопе УРАН-4 в период с 1998 по 2007 г.
Наблюдения проводились на частотах 20 и 25 МГц
и на двух поляризациях. Они состояли в том, что
в течение суток с помощью модуляционного ра-
диометра (эквивалент перемножения сигналов
двух половин антенной решетки) записывалось не-
сколько прохождений каждого радиоисточника
через диаграмму направленности радиотелеско-
па, которая последовательно переключалась, при-
нимая ряд положений в интервале часовых углов
радиоисточника от h4 до h4 . Данные вводи-
лись в память компьютера и обрабатывались с
помощью разработанного пакета компьютерных
программ. Более подробно методика наблюдений,
оценка качества исходных данных и общая обра-
ботка записей рассмотрены в работе [6]. Здесь
кратко приведена методика получения оценок па-
раметров ионосферных мерцаний из записи наблю-
дений радиоисточника.
Чтобы выделить флуктуационную часть сиг-
нала радиометра, содержащую мерцания, в ис-
ходную запись сигнала ( ),iI t где i – номер отсчче-
та, вписывалась, с использованием метода наи-
меньших квадратов, диаграмма направленности
радиотелескопа ( ),iF t которая затем вычиталась
из исходного ряда. Амплитуда регулярной части
принимаемого сигнала А определялась как мак-
симум вписанной диаграммы направленности.
Для уменьшения влияния функции диаграммы
обрабатывались данные, относящиеся к интер-
валу длиной 16 мин вблизи максимума вписанной
диаграммы (ряд ( )),iS t интервал между отсче-
тами был равен 1 с,t соответственно длина
ряда – 960N отсчетов. В результате обработ-
ки числового ряда ( )iS t были получены пара-
метры ионосферных мерцаний.
Индекс мерцаний задавался следующим вы-
ражением:
21 ( ) ( ) .i iSI A S t S t
Характерный период мерцаний ST определял-
ся по автокорреляционной функции ( ),AC соот-
ветствующей ряду ( ).iS t Он равен смещению
по времени , при котором функция ( )AC впер-
вые достигает нулевого значения: ST при
( ) 0.AC Для определения используется ин-
терполяция дискретной автокорреляционной функ-
ции ( ) ( ) ( )j i i jAC S t S t вблизи нулевогоо
значения.
Показатель наклона спектра, или спектраль-
ный индекс, SP вычислялся на основе спектра
мощности мерцаний ( ),kP f который получался
в результате фурье-преобразования ряда ( ).iS t
Далее значения функции ( )kP f и ее аргумен-
та переводились в логарифмический масштаб.
В инерционной (ниспадающей) части спектра вы-
делялся участок в интервале частот, например,
0.02 0.05 Гц,kf в который вписывалась пря-
мая линия. Ее наклон и определяет спектральный
индекс .SP
На рис. 1 приведен пример последовательнос-
ти обработки записи сигнала для получения ин-
декса, периода и спектрального индекса ионо-
сферных мерцаний радиоисточника 3С405 на
частоте 25 МГц (поляризация A, часовой угол
m120 , время UT+2 ч; 0.32,SI 16 с,ST
3.5).SP Таким образом, были обработаны все
пригодные к обработке записи сигналов радиоис-
точников, которые наблюдались в период 1998–
2007 гг. Ниже рассмотрены результаты обработ-
ки и приведен анализ полученных данных.
3. Îáùèå õàðàêòåðèñòèêè ïàðàìåòðîâ
èîíîñôåðíûõ ìåðöàíèé
В табл. 1 приведены средние за весь рассматри-
ваемый период значения параметров ионосферных
46 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 24, № 1, 2019
С. К. Панишко, О. А. Литвиненко
мерцаний каждого радиоисточника на двух час-
тотах: индекса мерцаний ,SI периода мерцаний
ST и спектрального индекса SP. Указаны такжее
среднеквадратичные отклонения и количество
среднесуточных значений индексов m, по которым
проводилось усреднение.
В предыдущей работе было показано, что ин-
декс и период мерцаний связаны между собой
обратно пропорциональной зависимостью [6], что
согласуется с результатами спутниковых изме-
рений ионосферных мерцаний [3]. График этой
зависимости, построенный по данным из табл. 1,
продемонстрирован на рис. 2. Здесь и далее дан-
ные, полученные на частоте 20 МГц, изображе-
ны крестиками, а данные, полученные на часто-
те 25 МГц, – точками. Такой вид зависимости
обусловлен вытянутостью неоднородностей элек-
тронной концентрации ионосферной плазмы вдоль
линий геомагнитного поля (порядок следования
источников на представленном графике соответ-
Рис. 1. Пример обработки записи сигнала радиоисточника 3С405: а – исходная запись ( )I t с вписанной диаграммой направлен-
ности ( )F t (пунктирная линия); б – мерцания ( );S t в – автокорреляционная функция мерцаний ( );AC г – спектр мощностисти
мерцаний ( )P f в логарифмической шкале с вписанной прямой линией в выделенном участке в интервале частотт 0.02 0.05 Гц
3С144 1348 0.48 0.004 39.8 0.631 1.9 0.02 1358 0.40 0.004 36.6 0.631 1.9 0.02
3С274 1426 0.35 0.003 55.8 0.740 1.8 0.02 1450 0.32 0.003 52.5 0.834 1.8 0.02
3С405 1515 0.25 0.003 60.4 0.863 2.6 0.03 1587 0.25 0.003 39.8 0.631 2.8 0.03
3С461 1606 0.32 0.004 82.7 1.010 2.3 0.03 1597 0.24 0.004 90.8 1.096 2.3 0.02
Таблица 1. Средние значения параметров ионосферных мерцаний,
полученных по наблюдениям космических радиоисточников с 1998 по 2007 г.
Источник
Частота 20 МГц Частота 25 МГц
m mSI SIST, c ST, c SPSP
Рис. 2. Связь индекса ионосферных мерцаний с периодом
мерцаний
ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 24, № 1, 2019 47
Особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний по наблюдениям космических радиоисточников...
ствует увеличению угла между вектором напря-
женности геомагнитного поля на ионосферных
высотах и направлением на источник в момент
его кульминации).
На рис. 3 показаны зависимости параметров
мерцаний от прямого восхождения RA радиоис-
точников (верхние панели) и от их угла возвыше-
ния H над горизонтальной плоскостью (нижние
панели).
Исходя из вида графиков, источники можно
разделить на две группы. Первая группа – это
источники 3С144 и 3С274, которые наблюдают-
ся на более низких угловых высотах над гори-
зонтом, и вторая группа – источники 3С405
и 3С461, которые наблюдаются вблизи зенита.
Рис. 3, а и б подтверждают зависимость, изоб-
раженную на рис. 2. Из графиков на нижних
панелях можно сделать вывод, что индекс и
период мерцаний не зависят от угловой высоты
(рис. 3, г и д), тогда как спектральный индекс
показывает такую зависимость. На больших
угловых высотах наблюдаются более крутые
спектры ионосферных мерцаний с большими
значениями спектрального индекса, соответст-
вующие неоднородностям с большими простран-
ственными размерами. Этот эффект может быть
связан также с анизотропией ионосферных нео-
днородностей, обусловленной геомагнитным
полем.
4. Ñðåäíåãîäîâûå çàâèñèìîñòè èíäåêñà
è ïîêàçàòåëÿ íàêëîíà ñïåêòðà
èîíîñôåðíûõ ìåðöàíèé
Рассматриваемый временной интервал наблюде-
ний с 1998 по 2007 г. практически совпадает с 23-м
циклом солнечной активности, который начался
в мае 1996 г. и завершился в декабре 2008 г. [7].
Естественно было бы сравнить полученные сред-
негодовые оценки спектрального индекса с ин-
дексами солнечной и геомагнитной активности.
На рис. 4 приведены графики среднегодовых зна-
чений SP (справа), для сравнения – среднегодо-
вые значения индекса мерцаний SI (слева), а так-
же среднегодовые значения солнечной радиации
F10.7 на длине волны 10.7 см (внизу слева) и гео-
магнитного индекса pA (внизу справа). Здесь нуж-
но отметить, что в 2000 г. было мало данных, при-
годных для обработки, а в 2003 г. радиотелескоп
УРАН-4 работал только во второй половине года,
что привело к некоторой селективности данных
и отразилось на графиках.
Из рис. 4 можно видеть, что графики как ин-
декса мерцаний, так и спектрального индекса
мерцаний не отличаются подобием. Для того что-
бы проявить поведение спектральных индексов
в течение цикла солнечной активности, дан-
ные были преобразованы следующим образом.
В ряды среднегодовых значений индексов ,SI ,SP
Рис. 3. Средние значения параметров ионосферных мерцаний в зависимости от прямого восхождения (верхние панели)
и угловой высоты (нижние панели) радиоисточников: а, г – индекса мерцаний SI; б, д – периода мерцаний ST;
в, е – спектрального индекса SP
48 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 24, № 1, 2019
С. К. Панишко, О. А. Литвиненко
F10.7 и pA вписывались полиномы второго поряд-
ка для обозначения низкочастотных трендов. Эти
тренды нормировались на максимальное значение.
Графики полученных рядов приведены на рис. 5.
Здесь данные, как и ранее, обозначены крестика-
ми (20 МГц) и точками (25 МГц). На каждой па-
нели пунктирной линией изображен график индек-
са pA и сплошной линией – график F10.7.
Как отмечалось в предыдущем разделе, сред-
ние значения параметров ионосферных мерцаний
ведут себя по-разному для “низких” и “высоких”
радиоисточников, что справедливо и в случае
среднегодовых величин.
Из рис. 5 можно видеть, что индекс мерцаний,
в основном, следует поведению показателей сол-
нечной и геомагнитной активности, большее со-
Рис. 4. Среднегодовые значения индекса ионосферных мерцаний (слева) и спектрального индекса ионосферных мерцаний
(справа) на частотах 20 и 25 МГц в сравнении со среднегодовыми значениями индексов солнечной и геомагнитной актив-
ности F10.7 (внизу слева) и pA (внизу справа)
ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 24, № 1, 2019 49
Особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний по наблюдениям космических радиоисточников...
гласие наблюдается для “высоких” источников.
Для “низких” источников характерно то, что ин-
тенсивность мерцаний уменьшается очень мед-
ленно на ниспадающей ветви солнечного цикла.
Что касается спектрального индекса, то его
относительные изменения в течение цикла гораздо
меньше, чем индекса мерцаний, который меняет-
ся подобно индексам F10.7 и .pA Особенно
это заметно для “высоких” радиоисточников.
Параметры для “низких” меняются сильнее, но
“в противофазе” с F10.7 и .pA Такое поведение
параметров ионосферных мерцаний требует сво-
его объяснения.
5. Ñðåäíåñóòî÷íàÿ çàâèñèìîñòü
ñïåêòðîâ èíäåêñà èîíîñôåðíûõ
ìåðöàíèé
Как было показано в работе [5], среднемесячные
значения индекса мерцаний имеют хорошо выра-
женную сезонно-суточную зависимость. Разде-
лить влияние сезона и времени суток в сезонно-
суточной зависимости не всегда представляется
возможным из-за того, что каждому месяцу со-
ответствует свое время кульминации источника.
Сезонно-суточная зависимость спектрального
индекса выражена еще более заметно (рис. 6).
Рис. 5. Тренды среднегодовых значений индекса мерцаний (слева), спектрального индекса (справа), а также солнечного
потока F10.7 (сплошная линия) геомагнитного pA -индекса (пунктирная линия)
50 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 24, № 1, 2019
С. К. Панишко, О. А. Литвиненко
Из рис. 6 видно, что диапазон изменений спект-
рального индекса в течение интервала наблюде-
ний для “высоких” радиоисточников намного боль-
ше, чем для “низких”.
На рис. 7 представлены усредненные средне-
месячные значения (за весь рассматриваемый
период) спектрального индекса (панели справа)
и, для сравнения, индекса мерцаний (панели
слева). На верхней шкале каждой панели приве-
дены времена кульминаций радиоисточников в
месте наблюдения для середины соответствую-
щего месяца.
Можно видеть, что амплитуда изменений спек-
трального индекса гораздо выше для источников
3С405 и 3С461, чем для 3С144 и 3С274. Интен-
сивность мерцаний (индекс мерцаний) также
меняется значительно больше для “высоких”
радиоисточников. Зависимости индексов мерца-
ний 3С274 и 3С144 имеют два максимума (вто-
рой максимум в зависимости для 3С274 выра-
Рис. 6. Сезонно-суточная зависимость спектрального индекса, построенная по среднемесячным значениям
ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 24, № 1, 2019 51
Особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний по наблюдениям космических радиоисточников...
жен хорошо, а в зависимости для 3С274 – мень-
ше), для 3С405 и 3С461 наблюдаются более глад-
кие графики. В основном максимальные значе-
ния индекса мерцаний приходятся на летние и
осенние месяцы.
Что касается спектрального индекса, то его
максимальные значения наблюдаются для всех
радиоисточников в ночное и вечернее время и,
соответственно, в месяцы, когда источник в это
время суток наблюдался. На графике для радио-
источника 3С405 можно видеть существование
двух максимумов (май-июнь – главный макси-
мум, сентябрь-октябрь – локальный), остальные
графики не имеют каких-либо выраженных осо-
бенностей. В табл. 2 приведены значения макси-
мумов и минимумов спектрального индекса в
зависимости от месяца и времени суток наблю-
дения.
Графики зависимости спектрального индекса
от времени суток, полученные по измерениям
ионосферных мерцаний бортовых радиомаяков
искусственных спутников Земли в экваториаль-
ной зоне, приведенные, например, в работе [8],
демонстрируют более крутые спектры после
захода Солнца с максимальными значениями
около часа ночи. В нашем случае этот эффект не
Рис. 7. Усредненные ежемесячные многолетние (за весь период наблюдений) значения индекса мерцаний (панели слева)
и спектрального индекса мерцаний (панели справа). Верхняя шкала – время кульминации, нижняя – месяцы
52 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 24, № 1, 2019
С. К. Панишко, О. А. Литвиненко
так сильно выражен, возможно, из-за усреднения
большого числа данных без учета интенсивнос-
ти мерцаний, солнечной и геомагнитной актив-
ности. На рис. 8 изображены усредненные за весь
рассматриваемый интервал времени среднеча-
совые спектральные индексы. Кроме уже упо-
минаемого увеличения индекса SP в вечернее и
ночное время, наблюдается небольшой, но замет-
ный локальный дневной максимум в интервале
9:00–11:00. Скорее всего, он связан со споради-
ческим sE слоем ионосферы, который возникает
в дневное время и вызывает ионосферные мерца-
ния радиосигналов на средних широтах [9].
6. Âûâîäû
По данным регулярных наблюдений на радиоте-
лескопе УРАН-4 мощных радиоисточников 3С144,
3С274, 3С405, 3С461 на частотах 20 и 25 МГц
с 1998 по 2007 г. получены оценки индекса мерца-
ний и показателя наклона спектра ионосферных
мерцаний. Сравнение этих величин позволяет сде-
лать следующие выводы.
1. Средние значения спектрального индекса
мерцаний меняются в интервале 1.8 2.6 на час-
тоте 20 МГц и в интервале 1.8 2.8 на частоте
25 МГц.
2. В отличие от индекса мерцаний, средние
значения спектрального индекса мерцаний радио-
источников зависят от угловой высоты, на кото-
рой наблюдается источник.
3. Не наблюдается корреляции среднегодовых
значений спектрального индекса мерцаний и ин-
дексов солнечной и геомагнитной активности.
4. Среднемесячные значения спектрального
индекса мерцаний демонстрируют хорошо выра-
женную сезонно-суточную зависимость.
5. Минимальные значения спектрального ин-
декса мерцаний приходятся на дневное время
суток, а максимальные – на ночное, что указы-
вает на преобладание суточного цикла в поведе-
нии этого параметра. Усредненные за весь период
наблюдений среднечасовые значения спектраль-
ного индекса ионосферных мерцаний каждого
радиоисточника показывают небольшое увели-
чение в дневное время суток с 9:00 до 11:00.
6. По характеру изменений параметров ионос-
ферных мерцаний на разных интервалах усредне-
ния наблюдавшиеся радиоисточники можно раз-
делить на две группы. К первой относятся 3С144
и 3С274, которые наблюдаются на более низких
угловых высотах и при меньших углах меж-
ду вектором напряженности геомагнитного поля
и направлением на источник. Ко второй – 3С405
и 3С461, которые наблюдаются на больших угло-
Рис. 8. Усредненные за период наблюдения среднечасовые
значения спектрального индекса на частотах 20 и 25 МГц
3C144 04–06 14:00–16:00 11–01 22:00–02:00
3C274 06–08 17:00–21:00 02–04 01:00–05:00
3C405 12–02 10:00–14:00 04–06 02:00–06:00
3C461 02–04 12:00–16:00 08–10 22:00–02:00
Таблица 2. Распределение минимумов и максимумов
показателя наклона спектра в зависимости
от месяца и времени суток
Радио-
источник
Минимум SP Максимум SP
МесяцыМесяцы Время суток Время суток
ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 24, № 1, 2019 53
Особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний по наблюдениям космических радиоисточников...
вых высотах и при больших углах между векто-
ром напряженности геомагнитного поля и направ-
лением на источник.
Большинство полученных результатов требует
дальнейших исследований для объяснения. Но мож-
но сделать вывод, что изменения в неоднородной
структуре ионосферы, генерация крупномасштаб-
ных и диссипация мелкомасштабных неоднород-
ностей, о которых можно судить по поведению
спектральных индексов ионосферных мерцаний,
подчиняются определенным закономерностям,
которые могут быть использованы для прогнози-
рования состояния ионосферы как составляющей
космической среды.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
01. Солодовников Г. К., Новожилов В. И., Фаткуллин М. Н.
Распространение радиоволн в многомасштабной не-
однородной ионосфере. Москва: Наука, 1990. 198 с.
02. Yeh K. C. and Liu C.-H. Radio Wave Scintillations in the
Ionosphere. Proc. IEEE. 1982. Vol. 70, No. 4. P. 324–360.
DOI: 10.1109/PROC.1982.12313
03. Солодовников Г. К., Синельников В. М., Крохмальни-
ков Е. Б. Дистанционное зондирование ионосферы Зем-
ли с использованием радиомаяков космических аппа-
ратов. Москва: Наука, 1988. 191 с.
04. Яковлев О. И. Распространение радиоволн в космосе.
Москва: Наука, 1985. 216 с.
05. Derevyagin V. G., Isaeva E. A., Kravetz R. O., Litvinen-
ko O. A., and Panishko S. K. Observations of power cos-
mic radio sources on the radio telescope URAN-4 during
1998-2004. Astron. Astrophys. Trans. 2005. Vol. 24, No. 5.
P. 421–424. DOI: 10.1080/10556790600631652
06. Lytvynenko O. A. and Panishko S. K. Seasonal variations
of the ionosphere scintillation parameters obtained from
the long observations of the power cosmic radio sources
at decameter wave range. Odessa Astronomical Publi-
cations. 2015. Vol. 28, No. 2. P. 235–237. DOI: 10.18524/
1810-4215.2015.28.71031
07. Одесский астрономический календарь: 2009. Под ред.
В. Г. Каретникова. Одесса: Астропринт, 2008. Вып. 10.
C. 158–163.
08. Spatz D. E., Franke S. J., and Yeh K. C. Analysis and
interpretation of spaced receiver scintillation data recorded
at an equatorial station. Radio Sci. 1988. Vol. 23, No. 3.
P. 347–361. DOI: 10.1029/RS023i003p00347
09. Aarons J. Global morphology of ionospheric scintillations.
Proc. IEEE. 1982. Vol. 70, No. 4. P. 360–378. DOI:
10.1109/PROC.1982.12314
REFERENCES
01. SOLODOVNIKOV, G. К., NOVOZHYLOV, V. I. and FAT-
KULLIN, M. N., 1990. Radio wave propagation in multi-
scale irregularity ionosphere. Moskow, Russia: Nauka Publ.
(in Russian).
02. YEH, K. C. and LIU, C.-H., 1982. Radio Wave Scintilla-
tions in the Ionosphere. Proc. IEEE. vol. 70, no. 4,
pp. 324–360. DOI: 10.1109/PROC.1982.12313
03. SOLODOVNIKOV, G. K., SINELNIKOV, V. M. and
KROKHMALNIKOV, YE. B., 1988. Remote Sensing of
the Earth’s Ionosphere Using a Beacon Satellite. Moskow,
Russia: Nauka Publ. (in Russian).
04. YAKOVLEV, O. I., 1985. Radio wave propagation in space.
Moskow, Russia: Nauka Publ. (in Russian).
05. DEREVYAGIN, V. G., ISAEVA, E. A., KRAVETZ, R. O.,
LITVINENKO, O. A. and PANISHKO, S. K., 2005.
Observations of power cosmic radio sources on the radio
telescope URAN-4 during 1998-2004. Astron. Astrophys.
Trans. vol. 24, no. 5, pp. 421–424. DOI: 10.1080/
10556790600631652
06. LYTVYNENKO, O. A. and PANISHKO, S. K., 2015. Sea-
sonal variations of the ionosphere scintillation parameters
obtained from the long observations of the power cosmic
radio sources at decameter wave range. Odessa Astrono-
mical Publications. vol. 28, no. 2, pp. 235–237. DOI:
10.18524/1810-4215.2015.28.71031
07. KARETNIKOV, V. G., ed 2008. Odessa Astronomical Ca-
lendar: 2009. Odesa, Ukraine: Astroprint Publ, 2008.
vol. 10, pp. 158–163. (in Russian).
08. SPATZ, D. E., FRANKE, S. J. and YEH, K. C., 1988.
Analysis and interpretation of spaced receiver scintillation
data recorded at an equatorial station. Radio Sci. vol. 23,
no. 3, pp. 347–361. DOI: 10.1029/RS023i003p00347
09. AARONS, J., 1982. Global morphology of ionospheric
scintillations. Proc. IEEE. vol. 70, no. 4, pp. 360–378.
DOI: 10.1109/PROC.1982.12314
S. K. Panishko and O. A. Lytvynenko
Observatory URAN-4,
Institute of Radio Astronomy,
National Academy of Sciences of Ukraine,
37, Pushkinska St., Odesa, 65011, Ukraine
PECULIARITIES IN THE IONOSPHERIC
SCINTILLATION SPECTRAL INDEX BEHAVIOR
BY OBSERVATIONS OF THE COSMIC RADIO SOURCES
AT THE DECAMETER WAVELENGTHS
Purpose: With relation to radio astronomy, ionospheric scintil-
lation of discrete cosmic radio sources is an undesirable effect.
At the same time, ionospheric scintillations carry information
on the ionospheric turbulence and are a separate object of study.
From observations at the URAN-4 radio telescope of the po-
wer cosmic radio sources (3C144, 3C274, 3C405, and 3C461)
at 20 and 25 MHz, the ionospheric scintillation parameters:
index, characteristic period and spectral index were estimated.
Correlation between spectral index measured from scintillation
time spectrum and spectral index of space spectrum of irregula-
rities have allowed considering the first of them as an index
of ionospheric irregularity structure changing. Peculiarities of
the ionospheric scintillation spectral index behavior compared
with ionospheric scintillation index are analyzed for several time
intervals.
Design/methodology/approach: For analyzing the ionospheric
scintillation data, the statistical methods were used.
54 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 24, № 1, 2019
С. К. Панишко, О. А. Литвиненко
Findings: Estimations of ionospheric scintillation parameters
were obtained during 1998–2007. It has been shown that spec-
tral index mean values for each radio source depend on height at
which it is observed that was not found for scintillation index.
Comparison of yearly mean trends does not show the correla-
tion of spectral index with the solar and geomagnetic activity
indices (i.e. with the F10.7–flow of solar radiation at the wave
length of 10.7 cm and pA -index). The daily-seasonal depen-
dence is clearly seen for the monthly mean values. In general,
the maximum spectral index values were revealed at night, but
small increase was also observed in day-time during 9–11 hours.
For different time intervals, the behavior of ionospheric scintil-
lation parameters obtained for the radio source been observed
at greater angles of elevation (3C405 and 3C461) remarkably
differ from that for the radio sources observed at lower angles of
elevation.
Conclusions: Using the data obtained as a result of long-term
monitoring of the group of discrete cosmic radio sources at the
URAN-4 radio telescope made it possible to investigate the
behavior of spectral indices of ionospheric scintillations over a
large time interval. The peculiarities found in the ionospheric
scintillation spectrum index behavior require further analysis for
explaining within the limits of present conceptions of radio wave
propagation in such an irregularity medium as ionosphere.
Key words: discrete radio sources, ionospheric scintillations,
scintillation index, spectral index, daily-seasonal dependence
С. К. Панішко, О. О. Литвиненко
Обсерваторія УРАН-4,
Радіоастрономічний інститут НАН України,
вул. Пушкінська, 37, м. Одеса, 65011, Україна
ОСОБЛИВОСТІ ПОВЕДІНКИ ПОКАЗНИКА
СПЕКТРАЛЬНОГО ІНДЕКСУ ІНОСФЕРНИХ
МЕРЕХТІНЬ ЗА СПОСТЕРЕЖЕННЯМИ
КОСМІЧНИХ РАДІОДЖЕРЕЛ В ДЕКАМЕТРОВОМУ
ДІАПАЗОНІ РАДІОХВИЛЬ
Предмет і мета роботи: З точки зору радіоастрономії,
іоносферні мерехтіння дискретних космічних радіоджерел
є небажаним ефектом. Разом з тим іоносферні мерехтіння не-
суть інформацію про турбулентність іоносфери і є окремим
об’єктом дослідження. За спостереженнями на радіотелес-
копі УРАН-4 потужних космічних радіоджерел (3С144, 3С274,
3С405 та 3С461) на частотах 20 і 25 МГц одержано оцінки
параметрів іоносферних мерехтінь: індексу, характерного
періоду і спектрального індексу. Взаємозв’язок спектраль-
ного індексу, виміряного за часовим спектром мерехтінь,
зі спектральним індексом просторового спектру неодно-
рідностей дозволяє розглядати перший як показник зміни
неоднорідної структури іоносфери. Метою роботи є аналіз
особливості поведінки спектрального індексу іоносферних
мерехтінь у порівнянні з поведінкою індекса іоносферних
мерехтінь на різних часових інтервалах.
Методи і методологія: Для аналізу даних іоносферних ме-
рехтінь використовувались статистичні методи.
Результати: Отримано оцінки параметрів іоносферних ме-
рехтінь космічних радіоджерел за період 1998–2007 рр.
Показано, що середні для кожного радіоджерела значення
спектрального індексу залежать від кутової висоти, на якій
спостерігається джерело, чого не знайдено для індекса ме-
рехтінь. Порівняння трендів середньорічних значень не по-
казує кореляції спектрального індексу з індексами сонячної
і геомагнітної активності (F10.7 – потоком сонячного радіо-
випромінювання на довжині хвилі 10.7 см і pA -індексом).
Для середньомісячних значень характерна добре виражена
сезонно-добова залежність. Максимальні величини спект-
рального індекса проявляються, в основному, у нічний
час доби, але спостерігається також невелике підвищення
вдень з 9:00 до 11:00. Для різних часових інтервалів поведі-
нка параметрів іоносферних мерехтінь, отриманих для ра-
діоджерел, які спостерігаються на більших кутових висотах
(3С405 і 3С461), помітно відрізняються від поведінки пара-
метров радіоджерел, які спостерігаються на нижчих кутових
висотах.
Висновки: Використання даних, отриманих у результаті
багаторічного моніторингу групи дискретних космічних
радіоджерел на радіотелескопі УРАН-4, дозволило дослід-
жувати поводження спектральних індексів іоносферних ме-
рехтінь на великому часовому інтервалі. Виявлені особли-
вості поведінки спектральних індексів іоносферних мерехтінь
космічних радіоджерел потребують подальшого аналізу для
пояснення в межах сучасних уявлень про поширення радіох-
виль в такому неоднорідному середовищі, як іоносфера.
Ключові слова: дискретні радіоджерела, іоносферні мерех-
тіння, індекс мерехтінь, спектральний індекс, сезонно-добо-
ва залежність
Статья поступила в редакцию 22.10.2018
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-150205 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1027-9636 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T13:58:26Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Радіоастрономічний інститут НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Панишко, С.К. Литвиненко, О.А. 2019-04-02T17:22:59Z 2019-04-02T17:22:59Z 2019 Особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний по наблюдениям космических радиоисточников в декаметровом диапазоне волн / С.К. Панишко, О.А. Литвиненко // Радиофизика и радиоастрономия. — 2019. — Т. 24, № 1. — С. 44-54. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1027-9636 PACS numbers: 94.20.dm, 94.20.Vv, 94.20.ws DOI: https://doi.org/10.15407/rpra24.01.044 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/150205 537.874.4; 550.388.2 Предмет и цель работы: С точки зрения радиоастрономии, ионосферные мерцания дискретных космических радиоисточников являются нежелательным эффектом. Вместе с тем ионосферные мерцания несут информацию о турбулентности ионосферы и являются отдельным объектом исследования. По наблюдениям на радиотелескопе УРАН-4 мощных космических радиоисточников (3С144, 3С274, 3С405 и 3С461) на частотах 20 и 25 МГц получены оценки параметров ионосферных мерцаний: индекса, характерного периода и спектрального индекса. Взаимосвязь спектрального индекса мерцаний, измеренного по временному спектру мерцаний, со спектральным индексом пространственного спектра неоднородностей позволяет рассматривать первый как показатель изменения неоднородной структуры ионосферы. Целью работы является анализ особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний в сравнении с поведением индекса ионосферных мерцаний на разных временных интервалах. Предмет і мета роботи: З точки зору радіоастрономії, іоносферні мерехтіння дискретних космічних радіоджерел є небажаним ефектом. Разом з тим іоносферні мерехтіння несуть інформацію про турбулентність іоносфери і є окремим об’єктом дослідження. За спостереженнями на радіотелескопі УРАН-4 потужних космічних радіоджерел (3С144, 3С274, 3С405 та 3С461) на частотах 20 і 25 МГц одержано оцінки параметрів іоносферних мерехтінь: індексу, характерного періоду і спектрального індексу. Взаємозв’язок спектрального індексу, виміряного за часовим спектром мерехтінь, зі спектральним індексом просторового спектру неоднорідностей дозволяє розглядати перший як показник зміни неоднорідної структури іоносфери. Метою роботи є аналіз особливості поведінки спектрального індексу іоносферних мерехтінь у порівнянні з поведінкою індекса іоносферних мерехтінь на різних часових інтервалах. Purpose: With relation to radio astronomy, ionospheric scintillation of discrete cosmic radio sources is an undesirable effect. At the same time, ionospheric scintillations carry information on the ionospheric turbulence and are a separate object of study. From observations at the URAN-4 radio telescope of the power cosmic radio sources (3C144, 3C274, 3C405, and 3C461) at 20 and 25 MHz, the ionospheric scintillation parameters: index, characteristic period and spectral index were estimated. Correlation between spectral index measured from scintillation time spectrum and spectral index of space spectrum of irregularities have allowed considering the first of them as an index of ionospheric irregularity structure changing. Peculiarities of the ionospheric scintillation spectral index behavior compared with ionospheric scintillation index are analyzed for several time intervals. ru Радіоастрономічний інститут НАН України Радиофизика и радиоастрономия Радиоастрономия и астрофизика Особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний по наблюдениям космических радиоисточников в декаметровом диапазоне волн Особливості поведінки показника спектрального індексу іносферних мерехтінь за спостереженнями космічних радіоджерел в декаметровому діапазоні радіохвиль Peculiarities in the ionospheric scintillation spectral index behavior by observations of the cosmic radio sources at the decameter wavelengths Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний по наблюдениям космических радиоисточников в декаметровом диапазоне волн Панишко, С.К. Литвиненко, О.А. Радиоастрономия и астрофизика |
| title | Особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний по наблюдениям космических радиоисточников в декаметровом диапазоне волн |
| title_alt | Особливості поведінки показника спектрального індексу іносферних мерехтінь за спостереженнями космічних радіоджерел в декаметровому діапазоні радіохвиль Peculiarities in the ionospheric scintillation spectral index behavior by observations of the cosmic radio sources at the decameter wavelengths |
| title_full | Особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний по наблюдениям космических радиоисточников в декаметровом диапазоне волн |
| title_fullStr | Особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний по наблюдениям космических радиоисточников в декаметровом диапазоне волн |
| title_full_unstemmed | Особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний по наблюдениям космических радиоисточников в декаметровом диапазоне волн |
| title_short | Особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний по наблюдениям космических радиоисточников в декаметровом диапазоне волн |
| title_sort | особенности поведения спектрального индекса ионосферных мерцаний по наблюдениям космических радиоисточников в декаметровом диапазоне волн |
| topic | Радиоастрономия и астрофизика |
| topic_facet | Радиоастрономия и астрофизика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/150205 |
| work_keys_str_mv | AT paniškosk osobennostipovedeniâspektralʹnogoindeksaionosfernyhmercaniiponablûdeniâmkosmičeskihradioistočnikovvdekametrovomdiapazonevoln AT litvinenkooa osobennostipovedeniâspektralʹnogoindeksaionosfernyhmercaniiponablûdeniâmkosmičeskihradioistočnikovvdekametrovomdiapazonevoln AT paniškosk osoblivostípovedínkipokaznikaspektralʹnogoíndeksuínosfernihmerehtínʹzasposterežennâmikosmíčnihradíodžerelvdekametrovomudíapazoníradíohvilʹ AT litvinenkooa osoblivostípovedínkipokaznikaspektralʹnogoíndeksuínosfernihmerehtínʹzasposterežennâmikosmíčnihradíodžerelvdekametrovomudíapazoníradíohvilʹ AT paniškosk peculiaritiesintheionosphericscintillationspectralindexbehaviorbyobservationsofthecosmicradiosourcesatthedecameterwavelengths AT litvinenkooa peculiaritiesintheionosphericscintillationspectralindexbehaviorbyobservationsofthecosmicradiosourcesatthedecameterwavelengths |