Мерцания космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн на элонгациях 43°−138°

На основе анализа данных наблюдений мерцаний космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн сделана оценка статистических характеристик межпланетных мерцаний в режимах сильного и слабого рассеяния (индекса мерцаний, энергетического спектра, кросс-корреляционной функции, функции р...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автор:	Калиниченко, Н.Н.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Радіоастрономічний інститут НАН України 2011
Назва видання:	Радиофизика и радиоастрономия
Теми:	Радиоастрономия и астрофизика
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98235
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Мерцания космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн на элонгациях 43°- 138° / Н.Н. Калиниченко // Радиофизика и радиоастрономия. — 2011. — Т. 16, № 4. — С. 386-393. — Бібліогр.: 23 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-98235
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-982352025-02-09T14:31:16Z Мерцания космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн на элонгациях 43°−138° Мерехтіння космічного радіоджерела 4С21.53 в декаметровому діапазоні хвиль на елонгаціях 43°−138° Scintillations of Radio Source 4C21.53 at Decameter Wavelengths and Elongations 43°−138° Калиниченко, Н.Н. Радиоастрономия и астрофизика На основе анализа данных наблюдений мерцаний космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн сделана оценка статистических характеристик межпланетных мерцаний в режимах сильного и слабого рассеяния (индекса мерцаний, энергетического спектра, кросс-корреляционной функции, функции распределения плотности вероятности мерцаний). Полученные ре- зультаты могут быть использованы для тестирования моделей мерцаний, которые используются для интерпретации данных наблюдений. Показана высокая эффективность широкополосного цифрового спектрального анализатора DSP-z при наблюдениях межпланетных мерцаний на декаметровых радиоволнах. На основі аналізу даних спостережень мерехтіння космічного радіоджерела 4С21.53 в декаметровому діапазоні хвиль виконано оцінку статистичних характеристик міжпланетного мерехтіння в режимах сильного та слабкого розсіювання (індексу мерехтіння, енергетичного спектру, крос-кореляційної функції і функції розподілу густини вірогідності мерехтіння). Отримані результати можуть бути використані для тестування моделей мерехтіння, які використовуються для інтерпретації даних спостережень. Показано високу ефективність широкосмугового цифрового спектрального аналізатора DSP-z у спостереженнях міжпланетного мерехтіння на декаметрових радіохвилях. The statistical quantities of interplanetary scintillations at decameter wavelengths (scintillation index, power spectrum, cross-correlation function, probability density function) for the strong and weak scattering cases are estimated by analyzing the observations of 4C21.53 radio source scintillations. The obtained results can be used to test the models applied for analyzing IPS data at decameter wavelengths. The high efficiency of the DSP-z wideband digital spectrum analyzer for IPS observations at decameter wavelengths is shown. Работа выполнялась при частичной финансовой поддержке целевой программы фундаментальных исследований НАН Украины “Исследование солнечно-земных связей и их влияния на функционирование геосистем (ГЕОКОСМОС)”. Автор выражает благодарность И. С. Фальковичу, В. А. Шепелеву и А. А. Коноваленко за полезные замечания. 2011 Article Мерцания космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн на элонгациях 43°- 138° / Н.Н. Калиниченко // Радиофизика и радиоастрономия. — 2011. — Т. 16, № 4. — С. 386-393. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. 1027-9636 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98235 523.164.42 ru Радиофизика и радиоастрономия application/pdf Радіоастрономічний інститут НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Радиоастрономия и астрофизика Радиоастрономия и астрофизика
spellingShingle	Радиоастрономия и астрофизика Радиоастрономия и астрофизика Калиниченко, Н.Н. Мерцания космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн на элонгациях 43°−138° Радиофизика и радиоастрономия
description	На основе анализа данных наблюдений мерцаний космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн сделана оценка статистических характеристик межпланетных мерцаний в режимах сильного и слабого рассеяния (индекса мерцаний, энергетического спектра, кросс-корреляционной функции, функции распределения плотности вероятности мерцаний). Полученные ре- зультаты могут быть использованы для тестирования моделей мерцаний, которые используются для интерпретации данных наблюдений. Показана высокая эффективность широкополосного цифрового спектрального анализатора DSP-z при наблюдениях межпланетных мерцаний на декаметровых радиоволнах.
format	Article
author	Калиниченко, Н.Н.
author_facet	Калиниченко, Н.Н.
author_sort	Калиниченко, Н.Н.
title	Мерцания космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн на элонгациях 43°−138°
title_short	Мерцания космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн на элонгациях 43°−138°
title_full	Мерцания космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн на элонгациях 43°−138°
title_fullStr	Мерцания космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн на элонгациях 43°−138°
title_full_unstemmed	Мерцания космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн на элонгациях 43°−138°
title_sort	мерцания космического радиоисточника 4с21.53 в декаметровом диапазоне волн на элонгациях 43°−138°
publisher	Радіоастрономічний інститут НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Радиоастрономия и астрофизика
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98235
citation_txt	Мерцания космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн на элонгациях 43°- 138° / Н.Н. Калиниченко // Радиофизика и радиоастрономия. — 2011. — Т. 16, № 4. — С. 386-393. — Бібліогр.: 23 назв. — рос.
series	Радиофизика и радиоастрономия
work_keys_str_mv	AT kaliničenkonn mercaniâkosmičeskogoradioistočnika4s2153vdekametrovomdiapazonevolnnaélongaciâh43138 AT kaliničenkonn merehtínnâkosmíčnogoradíodžerela4s2153vdekametrovomudíapazoníhvilʹnaelongacíâh43138 AT kaliničenkonn scintillationsofradiosource4c2153atdecameterwavelengthsandelongations43138
first_indexed	2025-11-26T22:45:07Z
last_indexed	2025-11-26T22:45:07Z
_version_	1849894751394856960
fulltext	Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №4, с. 386-393 ISSN 1027-9636 © Н. Н. Калиниченко, 2011 УДК 523.164.42 Мерцания космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн на элонгациях 43 138° − ° Н. Н. Калиниченко Радиоастрономический институт НАН Украины, ул. Краснознаменная, 4, г. Харьков, 61002, Украина E-mail: kalinich@ri.kharkov.ua Статья поступила в редакцию 29 сентября 2011 г. На основе анализа данных наблюдений мерцаний космического радиоисточника 4С21.53 в дека- метровом диапазоне волн сделана оценка статистических характеристик межпланетных мерцаний в режимах сильного и слабого рассеяния (индекса мерцаний, энергетического спектра, кросс-кор- реляционной функции, функции распределения плотности вероятности мерцаний). Полученные ре- зультаты могут быть использованы для тестирования моделей мерцаний, которые используются для интерпретации данных наблюдений. Показана высокая эффективность широкополосного цифро- вого спектрального анализатора DSP-z при наблюдениях межпланетных мерцаний на декаметровых радиоволнах. Ключевые слова: межпланетные мерцания, декаметровый диапазон, цифровой спектральный анализатор 1. Введение Мерцания – это вариации интенсивности при- нимаемого сигнала, вызванные движением нео- днородностей плазмы на пути его распрост- ранения [1]. В случае наблюдения космичес- ких радиоисточников рассеивающими средами являются межзвездная и межпланетная плаз- ма, а также ионосфера Земли. Исследования мерцаний на неоднородностях межпланетной плазмы позволяют получать информацию о параметрах солнечного ветра (в том числе в областях, недоступных для космических аппа- ратов), а также оценивать угловые размеры самих просвечивающих радиоисточников [2, 3]. Интенсивность мерцаний зависит от элонгации ε (угла между направлением на Солнце и на- правлением на просвечивающий радиоисточник) и длины волны .λ На больших элонгациях мерцания слабые из-за низкой электронной кон- центрации на луче зрения. С приближением к Солнцу мерцания усиливаются вследствие увеличения рассеяния на неоднородностях бо- лее плотной межпланетной плазмы, достигают максимума, затем постепенно ослабевают и, в конце концов, практически полностью ис- чезают. Элонгация max ,ε на которой наблю- даются максимальные флуктуации интенсив- ности принимаемого сигнала, увеличивается с длиной волны (от единиц градусов на санти- метровых волнах [4] до 100≈ ° на декаметро- вых [5]). Основной массив наблюдательных данных относится к элонгациям max ,ε ε ког- да реализуется режим слабого рассеяния, а дан- ные могут быть интерпретированы с помощью давно и хорошо развитых методов [2, 3, 6]. Теория сильного рассеяния, реализующегося на элонгациях max ,ε ≤ ε более сложна и хуже развита, что усложняет интерпретацию данных наблюдений. На высоких частотах интервал элонгаций maxε ≤ ε достаточно мал. Этого нельзя сказать о декаметровом диапазоне ра- диоволн, где он значительно больше. Важно отметить, что малое количество эксперимен- тальных данных по межпланетным мерцаниям радиоисточников на декаметровых радиовол- нах на элонгациях maxε ≤ ε обусловлено также высоким уровнем помех в дневное время. Дело Мерцания космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн на элонгациях 43 138° − ° 387Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №4 в том, что используемые для наблюдений мерца- ний в декаметровом диапазоне просвечивающие радиоисточники с малыми угловыми размерами (квазары и пульсары) имеют потоки излучения порядка 100 Ян и меньше (лишь компактный ис- точник в Крабовидной туманности имеет поток около 1000 Ян на частоте 25 МГц [7]). Неслож- ные расчеты по методике, представленной в ра- боте [8], показывают, что для получения энер- гетических спектров мерцаний этих радиоисточ- ников в динамическом диапазоне не менее двух порядков (что необходимо для надежного восста- новления параметров солнечного ветра или оцен- ки размеров радиоисточника) даже в случае наблюдений на таком большом радиотелескопе, как УТР-2, необходимо иметь приемное устройст- во с полосой пропускания fΔ порядка 1 МГц. Аналоговое устройство с такой полосой неслож- но изготовить [9, 10], но оно не позволяет полу- чать надежные данные в дневных условиях, ког- да эфир сильно насыщен помеховыми сигналами искусственного происхождения. В этой связи боль- шие перспективы обещает применение новых цифровых приемников с высоким динамическим диапазоном, таких как цифровой спектральный анализатор DSP-z [11]. Этот широкополосный ( 32fΔ = МГц) цифровой спектральный ана- лизатор имеет большой динамический диапазон (более 70 дБ/мкВ) и позволяет путем преобразо- вания Фурье принимаемого сигнала получить до 8192 отдельных частотных каналов с разре- шением 4 кГц. Последнее дает возможность при обработке эффективно исключать отдельные ка- налы, пораженные помехами, а все оставшиеся использовать для повышения чувствительности наблюдений. Цифровые спектральные анализа- торы DSP-z хорошо зарекомендовали себя при наблюдениях на декаметровых волнах радиоиз- лучения Солнца, планет и пульсаров [12]. Цель настоящей работы – оценка статисти- ческих характеристик мерцаний радиоисточни- ка на декаметровых волнах в режимах сильно- го и слабого рассеяния (индекса мерцаний, энергетического спектра, кросс-корреляционной функции и функции распределения плотности вероятности мерцаний), которые в последующем могут быть использованы для тестирования моделей мерцаний, используемых для интерпре- тации данных наблюдений, а также апробация цифрового спектрального анализатора DSP-z для исследований межпланетных мерцаний. 2. Наблюдения Наблюдения межпланетных мерцаний про- водились на радиотелескопе УТР-2 [13] в пе- риод с сентября 2010 г. по июнь 2011 г. ежеме- сячно сессиями по 7 дней, что обеспечило ши- рокий диапазон элонгаций 43 138 .° ÷ ° Широко- полосный (8 32÷ МГц) Т-образный радиотелес- коп УТР-2 состоит из двух антенных решеток: “С–Ю” (направление север – юг) и “З–В” (направление запад – восток) и имеет в нас- тоящее время наибольшую эффективную пло- щадь – 150 000 м2. В качестве просвечивающего источника был выбран радиоисточник 4С21.53 в созвездии Лисички. На радиоволнах источник 4С21.53 имеет сложную структуру [14], которая вклю- чает хорошо мерцающую компактную деталь, ассоциируемую с миллисекундным пульсаром PSR 1937+214 [15]. Наличие у радиоисточника генетически связанного остатка сверхновой остается открытым вопросом [16-18]. По дан- ным наблюдений межпланетных мерцаний на ча- стотах 20 и 25 МГц [19] плотность потока ра- диоизлучения источника составляет (250 50)± и (160 25)± Ян, угловые размеры компактной детали – 0.7 1.22+ − и 0.5 1.01.5+ − угловой секунды, доля мерцающей компоненты в полном потоке источ- ника – 0.85 0.15± и 0.07 0.20.93+ − соответственно. Радиоинтерферометрические наблюдения [20] радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диа- пазоне радиоволн показали, что поток излуче- ния компактной детали составляет не менее 70 % полного потока источника и ее размеры порядка 3 угловых секунд на частоте 25 МГц. Преимущество 4С21.53 перед другими хорошо мерцающими радиоисточниками, например 3С144, 3С196 и 3С254 состоит в том, что он достигает малых элонгаций в зимнее время, когда влияние помех в декаметровом диапазо- не минимально. Радиоисточник 4С21.53 наблюдался в интер- вале часовых углов 1h± вблизи верхней кульми- нации сканами по 4 .m На входы цифрового спек- трального анализатора DSP-z подавалась сум- ма и разность сигналов антенн “С–Ю” и “З–В”. Запись данных производилась в режиме пол- ной мощности со следующими параметрами анализа: полоса частот 20.63 28.88÷ МГц, постоянная усреднения индивидуальных спект- ров 20avt = мс. Режим полной мощности – один из возможных режимов работы DSP-z, при Н. Н. Калиниченко Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №4388 котором входной сигнал ( )x τ преобразуется в двумерную спектрограмму ( , )u t f или дина- мический спектр посредством преобразования Фурье [12]: 2( , ) ( , ) ,u t f X t f= (1) 2 2 2 1( , ) ( ) ( ) d . t T i f t T X t f x g t eT + − π τ − = τ τ − τ∫ Здесь ( )g t − τ – окно, T – длительность окна скользящего вдоль оси времени, t – положение его центра; ,w sT N t= Δ где wN – размер окна, 1 ,s st fΔ = sf – частота дискретизации данных. В нашем случае 142 16384, 66МГц,w sN f= = = и мы имеем 2048 частотных каналов, отстоя- щих на величину 4s wf f NΔ = ≈ кГц друг от друга. Полоса частот 20.63 28.88÷ МГц была выбрана с точки зрения меньшего влияния по- мех в верхней части диапазона рабочих частот радиотелескопа УТР-2. На рис. 1 показан пример динамического спектра мерцаний ( , )u t f радиоисточника 4С21.53 на элонгации 43ε = ° с частотным раз- решением 4 кГц (по наблюдениям 30 января 2011 года). Вертикальные светлые полосы – мерцания на неоднородностях электронной кон- центрации межпланетной плазмы. 3. Обработка данных и ее результаты Обработка данных состояла в следующем. На первом этапе из суммы и разности сигналов антенн “С–Ю” и “З–В” получался сигнал, соот- ветствующий карандашной диаграмме нап- равленности радиотелескопа УТР-2. Затем вы- бирались временные реализации длитель- ностью 30pT = с вблизи моментов прохожде- ния источника через максимум диаграммы направленности радиотелескопа и проводилось усреднение данных по 68 частотным каналам согласно формуле: 1 ( 1) 1( , ) ( , ), in j j k k n j U t f u t f n = + − = ∑ ( )1 ( 1) 2,j jn n jf f f + −= − где 68,n = 1, 2, ..., 30.j = Выбор конкретного числа усредняемых час- тотных каналов ( 68)n = был сделан на ос- нове предварительного анализа данных, полу- ченных в сентябре 2010 г. – июне 2011 г. С одной стороны, он обеспечил хорошее отно- шение сигнал/шум при оценке кросскорреляции между частотными каналами, а с другой сто- роны – достаточное частотное разрешение для селекции каналов, пораженных помехами. В других условиях наблюдений число усредня- емых каналов может быть изменено в сторону уменьшения или увеличения. Таким образом, при дальнейшей обработке анализировались 30 частотных каналов, перекрывающих всю по- лосу 20.63 28.88÷ МГц, каждый из которых имел ширину полосы 272 кГц. Далее оценивались коэффициенты корреляции между каналом 24.84f = МГц ( 16)j = в сере- дине полосы 20.63 28.88÷ МГц и всеми осталь- ными частотными каналами по формуле: ( )( )2 2 2 2IPS IPS (IPS ) (IPS ) ( ) ( ) ( ) ( ) ,l j l j j l j n l nl n j nj U t U t U t U t R + + = = σ σ − −σ σ σ σ Рис. 1. Пример динамического спектра мерцаний радиоисточника 4С21.53 на элонгации 43ε = ° с частотным разрешением 4 кГц в период прохож- дения источника через максимум диаграммы направ- ленности радиотелескопа УТР-2 Мерцания космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн на элонгациях 43 138° − ° 389Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №4 где 16;l = 1, 2, ..., 30;j = ( )lU t и ( )jU t – флук- туации интенсивности сигнала на частотах 24.84f = МГц и jf (черта сверху означает усреднение по времени); 2 IPS ,lσ 2 ,nlσ 2 (IPS )n l+σ – дисперсии процессов межпланетных мерцаний, шума и их суммы на частоте 24.84f = МГц соответственно; 2 IPS ,jσ 2 ,njσ 2 (IPS )n j+σ – анало- гичные параметры на частоте .jf Здесь и даль- ше дисперсии 2 (IPS )n+σ и 2 nσ определялись из соответствующих энергетических спектров пу- тем их интегрирования по частоте: 1 2 (IPS ) IPS 1 ( )d , av p t n n T P+ +σ = ν ν∫ 1 2 1 ( )d , av p t n n T Pσ = ν ν∫ где ν – флуктуационная частота; IPS ,nP + nP – энергетические спектры мерцаний и шума соответственно. Энергетический спектр IPS ( )nP + ν оценивал- ся с помощью процедуры, аналогичной той, что использовалась для получения динамических спектров (1): 2 IPS ( ) ( ) ,n pP F T+ ν = ν где ( )F ν – преобразование Фурье процесса мерцаний ( ),U t pT – длительность исследуе- мой реализации. При этом аргументом является не рабочая, а флуктуационная частота ,ν определяемая по- стоянной усреднения индивидуальных спектров avt max( 1 50avtν = = Гц). Спектральная плот- ность шума nP считалась постоянной в полосе анализа и равной высоте высокочастотного “хвоста” спектра IPS ( ).nP + ν Выбор канала 24.84f = МГц был сделан исходя из предварительного анализа обсуж- даемых данных и результатов работы [21], где на основе длительных наблюдений показано, что диапазон частот 24.8 25.0÷ МГц является оп- тимальным с точки зрения низкой вероятности возникновения помеховых сигналов на час- тотах 20 30÷ МГц. Если помеховый сигнал в канале 24.84f = МГц все же присутствовал, что случалось редко, то использовался соседний канал 24.57f = МГц ( 15).j = На рис. 2 а, б в качестве примера показан коэффициент кросс- корреляции R, рассчитанный согласно описан- ной выше процедуре, для двух реализаций про- цесса мерцаний в условиях слабой и сильной насыщенности диапазона 20.63 28.88÷ МГц помеховыми сигналами. Коэффициент кросс- корреляции плавно уменьшается к краям диа- пазона, что отражает наличие декорреляции вследствие эффектов распространения в меж- планетной плазме. Пораженные помехами ка- налы обнаруживают себя по аномально низким значениям коэффициента кросскорреляции, выпадающим из общей зависимости. Такие каналы устанавливались и исключались из даль- нейшей обработки. Оставшиеся частотные Рис. 2. Коэффициент корреляции между каналами в условиях слабой (а) и сильной (б) насыщенности полосы помеховыми сигналами Н. Н. Калиниченко Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №4390 каналы использовались для оценки индекса мер- цаний, энергетического спектра, кросс-корреля- ционной функции и функции распределения плот- ности вероятности мерцаний. Индекс мерцаний, энергетический спектр и функция распределения плотности вероятнос- ти мерцаний оценивались по шести свободным от помех частотным каналам вблизи середины частотного диапазона 20.63 28.88÷ МГц, для чего сигналы этих каналов усреднялись: 6 1 1( ) . 6 j j I t U = = ∑ Кросс-корреляционная функция определялась по двум полосам на краях диапа- зона 20.63 28.88÷ МГц, разнесенным минимум на 15 частотных каналов (4.1 МГц). Каждая полоса получалась усреднением трех частот- ных каналов: 3 1,2 1 1( ) . 3 j j I t U = = ∑ Индекс мерцаний рассчитывался по формуле: 2 2 (IPS )IPS , ( ) ( ) n nm I t I t +σ − σσ= = где ( )I t – средняя интенсивность источника, включающая вклад как мерцающей, так и не- мерцающей (протяженной) компонент. Кросс- корреляционная функция оценивалась согласно выражению 1 2( ) ( ) ( )d , p p T T R I t I t t − τ = + τ∫ а функция распределения плотности вероятности мерца- ний W – стандартным образом как вероятность флуктуаций ( ) .I I− σ Полученные статисти- ческие характеристики мерцаний усреднялись за всю сессию наблюдений (7 дней) для ослаб- ления влияния нестационарности параметров солнечного ветра. На рис. 3 показана зависимость индекса мерцаний m радиоисточника 4С21.53 от элон- гации .ε Индекс мерцаний монотонно растет от значения 0.12 на элонгации 138 ,° достигает максимума 0.29 на элонгации 95° и умень- шается до 0.14 на элонгации 43 .° Отличие ин- декса мерцаний от единицы в максимуме зави- симости объясняется как конечным размером компактной детали, так и значительным вкла- дом протяженной компоненты в общий поток радиоизлучения. При этом, как будет видно ниже, компактная деталь сильно мерцает на нео- днородностях солнечного ветра, поскольку энер- гетический спектр мерцаний имеет большой ди- намический диапазон. Сравним статистичес- кие характеристики мерцаний на элонгациях 43° (насыщенные мерцания), 95° (сильные мерца- ния) и 138° (слабые мерцания). Важно отме- тить, что параметры солнечного ветра при на- блюдениях в соответствующие периоды были достаточно стабильны и близки. Так, по дан- ным космического аппарата “Wind” с 24 по 31 января 2011 г. ( 43 )ε = ° скорость солнечного ветра изменялась в пределах 300 350÷ км/с, концентрация протонов составляла 10 частиц на кубический сантиметр, а с 18 по 22 октября 2011 г. ( 95 )ε = ° значения этих величин сос- тавляли 350 400÷ км/с и 7–8 частиц на куби- ческий сантиметр соответственно. И лишь в конце сессии, с 23 октября 2010 г., скорость нача- ла медленно расти, а плотность уменьшаться. В период с 25 по 31 июля 2011 г. ( 138 )ε = ° ско- рость солнечного ветра изменялась в пределах 300 500÷ км/с, а концентрация протонов – 1–3 частицы на кубический сантиметр. Отсутство- вали потоки, связанные с корональными выб- росами на Солнце. Таким образом, можно пред- положить, что отличия в статистических ха- рактеристиках мерцаний в указанные периоды в основном связаны с разными режимами рас- сеяния, имеющими место в этих случаях. Энергетические спектры мерцаний, получен- ные для элонгаций 43° (штриховые линии) и 95° (сплошные линии), представлены на рис. 4. Тонкими линиями показаны индивидуальные спектры для каждого дня наблюдений сессии, Рис. 3. Зависимость индекса мерцаний радиоисточ- ника 4С21.53 от элонгации Мерцания космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн на элонгациях 43 138° − ° 391Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №4 а жирными – результат их усреднения. На флук- туационных частотах меньше 0.1 Гц спектры выходят на плоский участок. Отсутствует подъем спектра, которого следует ожидать в случае су- щественного влияния ионосферы Земли. Это со- гласуется с результатами работы [22], где на основе анализа экспериментальных спектров по- казано, что в декаметровом диапазоне при наб- людениях на крупных радиотелескопах, таких, как УТР-2, энергетический спектр межпланетных мерцаний на частотах выше 0.02 0.03÷ Гц по- чти не искажается ионосферой, поскольку на этих частотах спектральная плотность ионо- сферных мерцаний меньше на 1.5 2÷ порядка (мелкомасштабные неоднородности ионосфе- ры усредняются радиотелескопом). Последнее означает, что в декаметровом диапазоне волн межпланетные мерцания можно надежно вы- делить на фоне ионосферных. На частотах 0.2 1÷ Гц спектры степенные со спектральны- ми индексами порядка 2.7 2.8.− ÷ − На часто- тах больше 2 Гц спектры выходят на участок с постоянной спектральной плотностью, соот- ветствующий спектру шума .nP Оценка энер- гетического спектра мерцаний для элонгации 138° также дала значение спектрального ин- декса в указанном интервале. На рис. 5 показаны кросс-корреляционные функции мерцаний: точки – элонгация 138 ,° сплошная линия – 95 ,° штриховая – 43 .° Видна высокая кросс-частотная корреляция мерцаний на элонгациях 138° и 95° (значение кросс-кор- реляционной функции в максимуме больше 0.8). На элонгациях mε < ε корреляция мерцаний уменьшается, хотя и остается достаточно вы- сокой ( 0.6R ≈ на элонгации 43 ).ε = ° Функции распределения плотности вероят- ности мерцаний оказались разными для рассмат- риваемых случаев (см. рис. 6 а, б). Разница состоит в наличии или отсутствии асиммет- ричности рассматриваемой функции. Аппрок- симация экспериментальных данных методом наименьших квадратов показала, что наблю- даемые флуктуации интенсивности на элонга- циях 43° и 95° соответствуют распределению Райса, а на элонгации 138° распределены по нормальному закону. Уменьшение частотной корреляции и изме- нение распределения плотности вероятности флуктуаций интенсивности при переходе от слабых к сильным мерцаниям согласуются с данными наблюдений на более высоких час- тотах (195, 430, 611 МГц) [23]. 4. Выводы Проведенные исследования подтвердили принципиальную возможность эффективных наблюдений межпланетных мерцаний радио- источников в декаметровом диапазоне волн с использованием цифровых спектральных ана- Рис. 4. Энергетические спектры мерцаний радио- источника 4С21.53 на элонгации 43° (штриховые линии) и элонгации 95° (сплошные линии). Тонкие линии – спектры, усредненные за один день наблю- дений; жирные линии – спектры, усредненные за всю сессию наблюдений Рис. 5. Кросс-корреляционные функции мерцаний: точки – элонгация 138 ,° сплошная линия – 95 ,° штриховая – 43° Н. Н. Калиниченко Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №4392 лизаторов DSP-z, в том числе на элонгациях mε < ε (для декаметровых радиоволн mε ле- жит в пределах 90 100 ).° ÷ ° Установлено, что на элонгациях mε ≥ ε имеет место высокая частотная корреляция межпла- нетных мерцаний (коэффициент корреляции 0.8).R > На элонгациях mε < ε корреляция мер- цаний уменьшается, хотя и остается достаточ- но высокой, по крайней мере до значения 43ε = ° ( 0.6R ≈ при разности частот 4.1 МГц). Оценки показали, что энергетические спектры мерцаний, полученные на элонгациях 43 ,° 95° и 138 ,° будучи усредненными на длительном временном интервале (7 дней), имеют близкие спектральные индексы порядка –2.8. На ма- лых и больших элонгациях имеют место раз- ные функции распределения плотности вероят- ности мерцаний – нормальное распределение на элонгациях mε > ε и распределение Райса на элонгациях .mε ≤ ε Измерена зависимость индекса мерцаний от элонгации для радиоис- точника 4С21.53. Полученные результаты важ- ны для тестирования корректности моделей мерцаний, используемых для интерпретации данных наблюдений, поскольку явление мерца- ний проявляет себя очень по-разному в разных предельных случаях. Работа выполнялась при частичной финан- совой поддержке целевой программы фун- даментальных исследований НАН Украины “Исследование солнечно-земных связей и их влияния на функционирование геосистем (ГЕОКОСМОС)”. Автор выражает благодарность И. С. Фаль- ковичу, В. А. Шепелеву и А. А. Коноваленко за полезные замечания. Литература 1. Hewish A., Scott P. F., and Wills D. Interplanetary Scin- tillation of Small Diameter Radio Sources // Nature. – 1964. – Vol. 203, Is. 4951. – P. 1214-1217. 2. Readhead A. C. S. Interplanetary scintillations of radio sources at metre wavelengths // Mon. Not. R. Astron. Soc. – 1971. –Vol. 155. – P. 185-197. 3. Coles W. A. Interplanetary scintillations // Space Sci. Rev. – 1978. – Vol. 21, No. 4. – P. 411-425. 4. Cohen M. H. High-Resolution Observations of Radio Sources // Ann. Rev. Astron. Astrophys. – 1969. – Vol. 7. – P. 619-664. 5. Жук И. Н. Исследование угловой структуры косми- ческих источников методом мерцаний // Известия вузов. Радиофизика. – 1980. – Т. 23, №8. – С. 893-918. 6. Coles W. A. and Kaufman J. J. Angular size of the Crab Pulsar at 74 МHz // Mon. Not. R. Astron. Soc. – 1977. – Vol. 181. – P. 57-59. 7. Bobeiko A. L., Bovkoon V. P., Braude S. Ya, Megn A. V., and Sergienko Yu. Yu. Measurements of radio emission from the compact source in the Crab Nebula with the URAN-1 interferometer at 16.7, 20 and 25 MHz // Astro- phys. Space Sci. – 1979. – Vol. 66, No. 1. – P. 211-220. 8. Kalinichenko N. N. A search for compact radio sources in supernova remnants using the interplanetary scin- tillation technique // Astrophys. Space Sci. – 2009. – Vol. 319, No. 2-4. – P. 131-138. 9. Фалькович И. С., Калиниченко Н. Н., Гридин А. А., Бубнов И. Н. О возможности широкополосных Рис. 6. Функции распределения плотности ве- роятности мерцаний: а) – данные наблюдений, б) – аппроксимирующие функции. Штриховые ли- нии ( 43 )ε = ° – распределение Райса, сплошные линии ( 95 )ε = ° – распределение Райса, точки ( 138 )ε = ° – нормальное распределение Мерцания космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн на элонгациях 43 138° − ° 393Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №4 наблюдений межпланетных мерцаний на декамет- ровых волнах // Радиофизика и радиоастрономия. – 2004. – Т.9, №2. – С. 121-129. 10. Фалькович И. С., Гридин А. А., Калиниченко Н. Н., Бубнов И. Н. Шестнадцатиполосный корреляцион- ный радиометр для наблюдения межпланетных мер- цаний // Радиофизика и радиоастрономия. – 2005. – Т. 10, №4. – С. 392-397. 11. Kozhin R. V., Vynogradov V. V., and Vavriv D. M. Low-noise, high dynamic range digital receiver/spec- trometer for radio astronomy applications // MSMW’07 Symposium proc. – Kharkiv (Ukraine). – 2007. – P. 736-738. 12. Ryabov V. B., Vavriv D. M., Zarka P., Ryabov B. P., Kozhin R. V., Vinogradov V. V. and Denis L. A low-noise, high-dynamic-range, digital receiver for radio astro- nomy applications: an efficient solution for observing radio-bursts from Jupiter, the Sun, pulsars, and other astrophysical plasmas below 30 MHz // Astron. Astrophys. – 2010. – Vol. 510, No. A16 – P. 1-13. 13. Брауде C. Я., Мень А. В., Содин Л. Г. Радиотелескоп декаметрового диапазона волн УТР-2 // Антенны. – М.: Связь, 1978. – Вып. 26. – С. 3-14. 14. Erickson W. C. What is 4C21.53? // Astrophys. J. – 1983. – Vol. 264, No. 1. – P. 13-17. 15. Backer D. C., Kulkarni S. R., Heiles C., Davis M. M., and Gross W. M. A millisecond pulsar // Nature. – 1982. – Vol. 300, Is. 5894. – P. 615-618. 16. Purvis A. 4C21.53: a possible supernova remnant in Vulpecula // Mon. Not. R. Astron. Soc. – 1983. – Vol. 202. – P. 605-614. 17. Sieber W. and Seiradakis J. H. Radio sources in the neighbourhood of the millisecond pulsar PSR 1937 + 214 // Astron. Astrophys. – 1984. – Vol. 130, No. 2. – P. 257-268. 18. Caswell J. L. and Landecker T. L. Radio sources near the millisecond pulsar PSR 1937+214 // Astron. J. – 1985. – Vol. 90, No. 3. – P. 488-482. 19. Бовкун В. П., Жук И. Н. Тонкая структура радиоис- точника 4С21.53 на декаметровых волнах // Астроно- мический журнал. – 1984. – Т. 61, №6. – С. 1108-1112. 20. Мень А. В., Брауде С. Я., Рашковский С. Л., Шары- кин Н. К., Шепелев В. А., Инютин Г. А., Ващи- шин Р. В., Браженко А. И., Булацен В. Г. Радиоинтер- ферометрические наблюдения космического радио- источника 4С21.53 с пульсаром PSR 1937 + 214 в декаметровом диапазоне радиоволн // Астроно- мический журнал. – 2002. – Т. 79, №2. – С. 127-136. 21. Коноваленко А. А., Соколов К. П., Степкин С. В. Определение оптимальних частот наблюдений на радиотелескопе УТР-2 в режиме радиообзора не- бесной сферы // Радиофизика и радиоастрономия. – 1997. – Т. 2, №2. – С. 188-198. 22. Bovkoon V. P. and Zhouck I. N. Scintillations of cosmic radio sources in the decameter waveband. I. Spectra of scintillations due to ionospheric and inter- planetary plasma fluctuations and the possibility of their separation // Astrophys. Space Sci. – 1981. – Vol. 79, No. 1. – P. 165-180. 23. Соhen M. H., Gundermann E. J., Hardebeck H. E., and Sharp L. E. Interplanetary scintillations. II. Observa- tions // Astrophys. J. – 1967. – Vol. 147, No. 2. – P. 449-465. Мерехтіння космічного радіоджерела 4С21.53 в декаметровому діапазоні хвиль на елонгаціях 43 138° − ° М. М. Калініченко На основі аналізу даних спостережень ме- рехтіння космічного радіоджерела 4С21.53 в декаметровому діапазоні хвиль виконано оцінку статистичних характеристик міжпланет- ного мерехтіння в режимах сильного та слабко- го розсіювання (індексу мерехтіння, енер- гетичного спектру, крос-кореляційної функції і функції розподілу густини вірогідності мерех- тіння). Отримані результати можуть бути вико- ристані для тестування моделей мерехтіння, які використовуються для інтерпретації даних спос- тережень. Показано високу ефективність ши- рокосмугового цифрового спектрального ана- лізатора DSP-z у спостереженнях міжпланет- ного мерехтіння на декаметрових радіохвилях. Scintillations of Radio Source 4C21.53 at Decameter Wavelengths and Elongations 43 138° − ° N. N. Kalinichenko The statistical quantities of interplanetary scin- tillations at decameter wavelengths (scintillation index, power spectrum, cross-correlation function, probability density function) for the strong and weak scattering cases are estimated by analyzing the observations of 4C21.53 radio source scintillations. The obtained results can be used to test the models applied for analyzing IPS data at decameter wave- lengths. The high efficiency of the DSP-z wide- band digital spectrum analyzer for IPS observa- tions at decameter wavelengths is shown.

Мерцания космического радиоисточника 4С21.53 в декаметровом диапазоне волн на элонгациях 43°−138°

Репозитарії

Схожі ресурси