Метод Бесселя в дослідженні впливу сонячного затемнення на іоносферу

  • Ю. Б. Милованов Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна
  • В. Л. Дорохов Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна
Ключові слова: іоносфера, сонячне затемнення, метод Бесселя, повний електронний вміст, ПЕВ, фаза затемнення, дистанційне зондування, GPS, відносна освітленість

Анотація

Актуальність. Сонячне затемнення (СЗ) є глобальним збурюючим чинником, який суттєво змінює характеристики іоносфери. Як відомо, іоносфера впливає на поширення радіохвиль усіх діапазонів, а значить на роботу навігаційних і радіоастрономічних систем, радарів, на телекомунікацію, на дистанційне зондування навколоземного простору. Тому дослідження впливу СЗ на іоносферу є важливою задачею, яка у загальному вигляді складається з астрономічної і іоносферної частин роботи.

Мета цієї роботи – викладення елементів методик астрономічних розрахунків, розроблених для іоносферних досліджень, і опис результатів застосування цих методик для вивчення впливу СЗ на іоносферу.

Методи і методологія. Методики розроблені на базі методу Бесселя, який дозволяє істотно спростити розрахунки, використовуючи поняття фундаментальної площини.

Результати. Одержані аналітичні співвідношення для сліду місячної тіні на земній поверхні, фази затемнення, а також відносної освітленості в точці вимірювання. З використанням розроблених методик оптимально вибрані GPS-станції і прольоти супутників поточного угрупування супутників, встановлені час затримки основного відгуку іоносфери, який склав приблизно 30–40 хв, та залежність між величиною фази затемнення і зміною повного електронного вмісту (ПЕВ). Для фази затемнення 0.7 падіння ПЕВ склало 3.5 TECU або 19%.

Висновки. Розроблені методики дозволяють підвищити ефективність досліджень впливу СЗ на іоносферу.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Біографії авторів

Ю. Б. Милованов, Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна

майдан Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна

В. Л. Дорохов, Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна

майдан Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна

Посилання

1. Chapman S. The influence of a solar eclipse upon the upper atmospheric ionization. Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 1932;92:413–420. https://doi.org/10.1093/mnras/92.5.413
2. Lewis I. M. Formulas for the ionosphere track in eclipses. The Astronomical J. 1940;49(1122):4–7. https://doi.org/10.1086/105607
3. Chernogor LF., Mylovanov YuB. Ionospheric Effects from the June 10, 2021 Solar Eclipse in the Polar Region. Kinematics and Physics of Celestial Bodies. 2022;38(4):29–52. https://doi.org/10.15407/kfnt2022.04.029 [In Ukrainian].
4. Chernogor LF, Mylovanov, YuB. Ionospheric Effects of the August 11, 2018, Solar Eclipse over the People’s Republic of China. Kinemat. Phys. Celest. Bodies. 2020;36(6):37–64. https://doi.org/10.15407/kfnt2020.06.037. [In Ukrainian].
5. Chernogor LF., Mylovanov YuB., Luo Y. Effects from the June 10, 2021 solar eclipse in the high-latitude ionosphere: results of GPS observations. Radio Phys. Radio Astron. 2022;27(2):93–109 https://doi.org/10.15407/rpra27.02.093. [In Ukrainian].
6. Chernogor LF, Mylovanov YuB, Dorokhov VL, Podnos VA, Tsymbal AM, Shevelev MB. TEC variations in equatorial ionosphere during June 21, 2020 solar eclipse. Visnyk of V.N. Karazin Kharkiv National University, series “Radio Physics and Electronics”. 2022;36:49–65. https://doi.org/10.26565/2311-0872-2022-36-04 [In Ukrainian].
7. Chernogor LF, Garmash KP. Ionospheric Processes during the Partial Solar Eclipse above Kharkiv on June 10, 2021. Kinematics and Physics of Celestial Bodies. 2022;38(2):3–22. https://doi.org/10.15407/kfnt2022.02.003. [In Ukrainian]
8. Chernogor LF, Garmash KP, Zhdanko YH, Leus SG, Luo Y. Features of ionospheric effects from the partial solar eclipse over the city of Kharkiv on 10 June 2021. Radio Phys. Radio Astron. 2021;26(4):326–343. https://doi.org/10.15407/rpra26.04.326 [In Ukrainian].
9. Chernogor LF, Mylovanova LI, Mylovanov YuB, Tsymbal AM, Luo Y. Effects from the June 10, 2021 solar eclipse in the ionosphere over Kharkiv: results from ionosonde measurements. Visnyk of V.N. Karazin Kharkiv National University, series “Radio Physics and Electronics”. 2021;35:60–78. [In Ukrainian]. https://doi.org/10.26565/2311-0872-2021-35-06
10. Huang F., Li Q., Shen X., Xiong C., Yan R., Zhang S.‐R., et al. Ionospheric responses at low latitudes to the annular solar eclipse on 21 June 2020. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2020;125:1–16, e2020JA028483. https://doi.org/10.1029/2020JA028483
11. Tsai H. F., Liu J. Y. Ionospheric total electron content response to solar eclipses. J. Geophys. Res. 1999;104(A6):12657–12668. https://doi.org/10.1029/1999JA900001
12. Zhang R., Le H., Li W., Ma H., Yang Y., Huang H., et al. Multiple technique observations of the ionospheric responses to the 21 June 2020 solar eclipse. Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2020;125:1–15, e2020JA028450. https://doi.org/ 10.1029/2020JA028450
13. Gomez D. D. Ionospheric response to the December 14, 2020 total solar eclipse in South America. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2021;126:1–14, e2021JA029537. https://doi.org/10.1029/2021JA029537
14. Aa E., Zhang S-R., Erickson P. J., Goncharenko L. P., Coster A. J., Jonah O. F., Lei J., Huang F., Dang T., Liu L. Coordinated ground-based and space-borne observations of ionospheric response to the annular solar eclipse on 26 December 2019. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2020;125(11):1–17, e2020JA028296. https://doi.org/10.1029/2020JA028296
15. Cheng W., Xu W., Gu X., Wang S., Wang Q., Ni B., Lu Z., Xiao B., Meng X. A Comparative Study of VLF Transmitter Signal Measurements and Simulations during Two Solar Eclipse Events. Remote Sens. 2023;15 (3025):1–14. https://doi.org/10.3390/rs15123025
16. Harjosuwito J., Husin A., Dear V., Muhamad J., Faturahman A., Bahar A., Erlansyah, Syetiawan A., Pradipta R. Ionosonde and GPS total electron content observations during the 26 December 2019 annular solar eclipse over Indonesia. Ann. Geophys. 2023;41:147–172. https://doi.org/10.5194/angeo-41-147-2023
17. Verhulst T. G. W., Stankov S. M. The importance of the three-dimensional geometry of solar eclipses for analysis of the impact on the ionosphere. 2018 42nd COSPAR Scientific Assembly, Pasadena, California, USA, Abstract id. C1.1 79 18.
18. Verhulst T. G. W., Stankov S. M. Height dependency of solar eclipse effects: The ionospheric perspective. Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2020;125:1–20, e2020JA028088. https://doi.org/10.1029/2020JA028088
19. Stankov S. M., Bergeot N., Berghmans D., Bolsée D., Bruyninx C., et al. Multi-instrument observations of the solar eclipse on 20 March 2015 and its effects on the ionosphere over Belgium and Europe. J. Space Weather Space Clim. 2017; 7(A19):1–23. https://doi.org/10.1051/swsc/2017017
20. Sun Y.-Y., Chen C.-H., Su X., Wang J., Yu T., Xu H.-R., Liu, J.-Y. Occurrence of nighttime irregularities and their scale evolution in the ionosphere due to the solar eclipse over East Asia on 21 June 2020. Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2023;128:1–9. e2022JA030936. https://doi.org/10.1029/2022JA030936
21. Chauvenet W. Manual of Spherical and Practical Astronomy, 5-th ed. Vol.1. Philadelphia: J. B. Lippincott Co.; 1891. Reprinted 1960, New York: Dover Publications. 704 p.
22. Buchanan S. B. The mathematical theory of eclipses. Philadelphia and London: J. B. Lippincott Company; 1904. 292 p.
23. Smart W. M. Textbook on spherical astronomy, 6th ed. Cambridge: Cambridge University Press; 1977. 443 p.
24. Ball R. A Treatise On Spherical Astronomy. London: Cambridge University Press; 1908. 506 p.
25. Williams W. Jr. Prediction and Analysis of Solar Eclipse Circumstances. National Technical Information Service Technical Report NTIS No. AD726626, Springfield, Virginia; 1971. 131 p.
26. Explanatory Supplement to the Astronomical Ephemeris and the American Ephemeris and Nautical Almanac. London: H. M. Nautical Almanac Office; 1974. 547 p.
27. Seidelmann P. K., editor. Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac. California: University Science Books; 1992. 752 p.
28. Urban S. E., Seidelmann P. K., editors. Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac, 3d ed. Mill Valley, California: University Science Books; 2013. 768 p.
29. Meeus J., Grosjean C. C., Vanderleen W. Canon of Solar Eclipses. New York: Pergamon Press; 1966. 750 p.
30. Espenak F. Fifty Year Canon of Solar Eclipses: 1986–2035. Cambridge, Massachusetts: Sky Publishing Corp.; 1987. 278 p.
31. Espenak F., Meeus J. Five Millennium Catalog of Solar Eclipses: –1999 to +3000 (2000 BCE to 3000 CE). Revised NASA/TP-2009-214174; 2009. 278 p.
32. Meeus J. Elements of Solar Eclipses 1951–2200. Virginia, USA: Willmann Bell; 1989. 105 p.
33. Littmann M., Espenak F., Willcox K. Totality. Eclipses of the Sun, 3rd ed. Oxford, New York: Oxford University Press; 2008. 358 p.
34. Steele J. M. Observations and Predictions of Eclipse Times by Early Astronomers. Springer-Science+Business Media. 2000. 321 p.
35. https://www.iausofa.org
36. Meeus J. Astronomical Algorithms second edition. Virginia, USA: Willmann Bell; 1998. 477 p.
37. Meeus J. Mathematical Astronomy Morsels. Richmond, Virginia: Willmann-Bell; 1997. 379 p.
38. Meeus J. More Mathematical Astronomy Morsels. Richmond, Virginia: Willmann-Bell; 2002. 429 p.
39. Meeus J. Mathematical Astronomy Morsels III. Richmond, Virginia: Willmann-Bell; 2004. 374 p.
40. Meeus J. Mathematical Astronomy Morsels IV. Richmond, Virginia: Willmann-Bell; 2007. 373 p.
41. Meeus J. Mathematical Astronomy Morsels V. Richmond, Virginia: Willmann-Bell; 2009. 373 p.
42. Montenbruck O., Pfleger T. Astronomy on the Personal Computer. 4th, Completely Revised Edition. New York: Springer; 2000. 300 p.
43. Duffett-Smith P. Astronomy with your Personal Computer, 2nd ed. New York: Cambridge University Press; 1997. 259 p.
44. Duffett-Smith P., Zwart J. Practical Astronomy with your Calculator or Spreadsheet, 4th еd. New York: Cambridge University Press; 2012. 216 p.
45. https://eclipse.gsfc.nasa.gov/
46. https://www.eclipsewise.com/
47. Mahooti M. Standards of Fundamental Astronomy. MATLAB Central File Exchange. Retrieved June 30, 2023. https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/74523-standards-of-fundamental-astronomy
48. Eagle D. A MATLAB Implementation of Elements of Solar Eclipses. MATLAB Central File Exchange. Retrieved June 30, 2023. https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/71132-a-matlab-implementation-of-elements-of-solar-eclipses
49. Mahooti M. Solar Eclipse. MATLAB Central File Exchange. Retrieved June 30, 2023. https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/55279-solar-eclipse
50. Mahooti M. Local Circumstances of a Solar Eclipse. MATLAB Central File Exchange. Retrieved June 30. 2023. https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/55609-local-circumstances-of-a-solar-eclipse
51. Carton W. H. C. The speed of the lunar shadow on Earth during solar eclipses. J. Br. Astron. Assoc. 2011;121(2):105–108.
52. Pasachoff J. M., Fraknoi A. Resource Letter OSE-1: Observing Solar Eclipses. American Journal of Physics. 2017;85(7); 485–494. http://dx.doi.org/10.1119/1.4985062
53. Zillman M. P. Astronomy Resources on the Internet 2022. 2022;:1–28. http://www.AstronomyResources.info/
54. https://www.eclipsewise.com/solar/SEprime/2001-2100/SE2022Oct25Pprime.html
55. Moore P., Rees R. Patrick Moore’s Data Book of Astronomy. New York: Cambridge University Press; 2011. 576 p.
Опубліковано
2023-11-02
Цитовано
Як цитувати
Милованов, Ю. Б., & Дорохов, В. Л. (2023). Метод Бесселя в дослідженні впливу сонячного затемнення на іоносферу. Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. Серія «Радіофізика та електроніка», (39), 36-59. https://doi.org/10.26565/2311-0872-2023-39-04