Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
Stara Zagora, Bulgaria
TTo study dynamics of the upper atmosphere, we consider results of the night sky photometry, using a color CCD camera and taking into account the night airglow and features of its spectral composition. We use night airglow observations for 2010–2015, which have been obtained at the ISTP SB RAS Geophysical Observatory (52° N, 103° E) by the camera with KODAK KAI-11002 CCD sensor. We estimate average brightness of the night sky in R, G, B channels of the color camera for eastern Siberia with typical values ranging from ~0.008 to 0.01 erg·cm–2·s–1. Besides, we determine seasonal variations in the night sky luminosities in R, G, B channels of the color camera. In these channels, luminosities decrease in spring, increase in autumn, and have a pronounced summer maximum, which can be explained by scattered light and is associated with the location of the Geophysical Observatory. We consider geophysical phenomena with their optical effects in R, G, B channels of the color camera. For some geophysical phenomena (geomagnetic storms, sudden stratospheric warmings), we demonstrate the possibility of quantitative relationship between enhanced signals in R and G channels and increases in intensities of discrete 557.7 and 630 nm emissions, which are predominant in the airglow spectrum.
Airglow, photometry
ВВЕДЕНИЕ
Свечение ночной атмосферы (СНА) можно разделить на свечение, обусловленное внеатмосферными источниками (звезды, планеты, туманности), и свечение земного происхождения, к которому относят собственное излучение верхней атмосферы, рассеянный в тропосфере свет от внеземных источников и многократно рассеянный солнечный свет в области земной тени. В ясные безлунные ночи доля собственного излучения верхней атмосферы может достигать 60 % и более [Фишкова, 1983]. Собственное излучение несет ценную информацию об аэрономических процессах на высотах его высвечивания.
Составляющие свечения ночной атмосферы представляют самостоятельный интерес и, как правило, исследуются независимо друг от друга.
Между тем, в настоящее время появляются задачи, для решения которых требуются знания морфологии полной (в некотором спектральном диапазоне) интенсивности СНА. Прежде всего, это задачи, связанные с климатическими изменениями характеристик атмосферы [Шефов и др., 2006], и, в частности, с динамикой интегрального СНА, тенденциями и изменениями характеристик полярных сияний по сравнению с предыдущими веками [Vázquez et al., 2016]. Во-вторых, СНА является параметром, определяющим минимальную ночную освещенность, которую необходимо знать в ряде случаев для решения практических задач, связанных, например, с работой оптических систем наземного и космического базирования [Зуев и др., 1990], особенностями зрения человека и животных в условиях низких освещенностей, астрономическими наблюдениями [Leinert et al., 1998].
Следует отметить, что в последние годы большое внимание уделяется также световому загрязнению атмосферы. В этом случае СНА является естественным фоном, относительно которого может быть определен уровень светового загрязнения, что, в частности, определяет необходимость знания морфологии и физики собственного излучения верхней атмосферы в различных гелиогеофизических условиях.
Во многом появление отмеченных выше задач, как и возможности их решений, обусловлены в последние десятилетия широким внедрением в практику астрономических, атмосферных и прикладных исследований принципиально новых высокочувствительных приемников света на основе ПЗС-матриц.
Широкое использование современных фотокамер на основе цветных ПЗС-матриц и появившаяся практика публикации снимков в Интернете во время планетарных гелиогеофизических возмущений (большие геомагнитные бури, падение крупных метеоритов и пр.) открывает потенциальную возможность использования таких снимков в исследованиях СНА для получения информации об атмосферных возмущениях в регионах, в которых отсутствуют специализированные геофизические станции. Для этого необходима информация о реакции свечения атмосферы в спектральных диапазонах, используемых в цветовых каналах аппаратуры, на возмущения различной природы.
В настоящей работе представлены некоторые результаты исследований СНА в 2010–2015 гг. в ГФО с использованием цветной камеры.
1. Ammosov P.P., Gavril’eva G.A. A digital camera for recording the spatial structure of night airglow. Instruments and Experimental Techniques. 1999, vol. 42, no. 3, pp. 398-401.
2. Ammosov P.P., Gavril’eva G.A., Koltovsky I.I. Observation of short-period waves by the infrared all-sky camera in infrared OH emission over Yakutsk. Geomagnetizm i Aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2006, vol. 46, no. 6, pp. 801-805. (In Russian).
3. Budnik A.P., Lunev V.P. Svechenie nochnogo neba [Night airglow] Preprint. Obninsk. FEI - 3139. 2008, 61 p.
4. Fishkova L.M. Nochnoe izluchenie sredneshirotnoy verkhney atmosfery Zemli [The Night Airglow of Earth’s Mid-Latitude Upper Atmosphere]. Tbilisi: METSNIEREBA, 1983, 271 p. (In Russian).
5. Kharitonov A.V., Tereshchenko V.M., Knyazeva L.N. Svodnyi Spektrofotometricheskiy Katalog Zvezd [Compiled Spectrophotometric Catalog of Stars]. Alma-Ata: Nauka KazSSR, 1978. 198 p.
6. Leinert Ch., Bowyer S., Haikala L.K., Hanner M.S., Hauser M.G., Levasseur-Regourd A.-Ch., Mann I., Mattila K., Reach W.T., Schlosser W., Staude H.J., Toller G.N., Weiland J.L. The 1997 reference of diffuse night sky brightness. Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 1998, vol. 127, pp. 1-99.
7. Mikhalev A.V, Beletsky A.B, Kostyleva N.V., Chernigovskaya M.A. Mid-latitude auroras in the south of Eastern Siberia during strong geomagnetic storms on October 29-31, 2003 and November 20-21, 2003. Kosmicheskie issledovaniya [Cosmic Research]. 2004, vol. 42, no. 6, pp. 616-621. (In Russian).
8. Mikhalev А.V. Variability of the 557.7 nm atmospheric emission. Geomagnetism and Aeronomy. 2011, vol. 51, no. 7, pp. 968-973.
9. Mikhalev A.V. Variability of the 557.7 nm atmospheric emission. Solnechno-Zemnaya Fizika [Solar-Terrestrial Physics]. 2011, vol. 17, pp. 184-188. (In Russian).
10. Mikhalev A.V., Medvedeva I.V., Beletsky A.B., Kazimirovsky E.S. An Investigation of the Upper Atmospheric Optical Radiation in the Line of Atomic Oxygen 557.7 nm in East Siberia. J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2001, vol. 63, no. 9, pp. 865-868.
11. Mikhalev A.V., Ratovskiy K.G., Medvedev A.V., Chernigovskaya M.A., Medvedeva I.V. Simultaneous observations of 557.7 nm atmospheric emission intensification and formation of sporadic layers during temperature disturbances in the strato-mesosphere. Optika Atmosfery i Okeana [Atmospheric and Oceanic Optics]. 2007, vol. 20. no 12, pp. 1071-1076. (In Russian).
12. Mikhalev A.V., Podlesnyy S.V., Stoeva P.V. Optical characteristics of the night sky over Eastern Siberia after the Chelyabinsk meteoroid fall. I. Night sky brightness. Optika Atmosfery i Okeana [Atmospheric and Oceanic Optics]. 2014. vol. 27, no. 12. pp. 1085-1089. (In Russian).
13. Podlesnyi S.V., Mikhalev A.V. Spectrophotometry of mid-latitude auroras observed in the Eastern Siberia region during February 27, 2014 and March 17, 2015 magnetic storms. Mezhdunarodnaya Baikal’skaya Molodezhnaya Nauch-naya Shkola po Fundamental’noi Fizike. Trudy XIV Konferentsii Molodykh Uchenykh «Vzaimodeistvie Polei i Izlucheniya s Veshchestvom» [Proc. XIV Young Scientists’ Conference “Interaction of Fields and Radiation with Matter”]. Irkutsk, 2015. pp. 175-177. (In Russian).
14. Shefov N.N. Atlas Spektra Izlucheniya Nochnogo Neba λλ 3000-12400 Å [Atlas of the night airglow spectrum λλ 3000-12400 Å] A.M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS. Moscow, 1962. 31 p.
15. Shefov N.N., Semenov A.I., Khomich V.Yu. Izluchenie Verkhnei Atmosfery - Indikator Ee Struktury i Dinamiki [Airglow as an indicator of the upper atmospheric structure and dynamics]. Moscow: GEOS, 2006. 741 p.
16. Tashchilin M.A.,BeletskyA.B., Mikhalev A.V., Xu Jiyao, Yuan Wei. Some results of observation of spatial inhomogeneities in hydroxyl emission. Solnechno-zemnaya fizika [Solar-Terrestrial Physics]. 2010, iss.15, pp. 131-134.
17. Vázquez M., Vaquero J.M., Gallego M.C., Roca Cortés T., Pallé P.L. Long-term trends and Gleissberg cycles in aurora borealis records (1600-2015). Solar Phys. 2016, vol. 291, iss. 2, pp. 613-642. DOI:https://doi.org/10.1007/s11207-016-0849-6.
18. Zuev V.E., Belan B.D., Zadde G.O. Opticheskaya Pogoda [Optical Weather]. Novosibirsk: Nauka, Siberian Branch, 1990. 192 p.
19. URL: http://videoscan.ru/ (accessed April 19, 2016).
