Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Стара Загора, Болгария
С целью исследования динамики верхней атмосферы рассматриваются результаты фотометрии ночной атмосферы с применением цветной ПЗС-камеры с учетом собственного излучения верхней атмосферы и особенностей его спектрального состава. Использовались данные наблюдений свечения ночной атмосферы за 2010–2015 гг. в Геофизической обсерватории (ГФО) ИСЗФ СО РАН (52° N, 103° E) камерой с охлаждаемой цветной ПЗС-матрицей KODAK KAI-11002. Получены оценки средней светимости ночного неба в спектральных диапазонах R-, G-, B-каналов цветной камеры для региона Восточной Сибири с характерными значениями ~0.008–0.01 эрг·см–2·с–1. Определен сезонный ход светимостей ночного неба в R-, G-, B-каналах цветной камеры, характеризующихся понижением в весенние месяцы, возрастанием в осенние месяцы и наличием летнего максимума, который объясняется рассеянным солнечным светом и связан с месторасположением Геофизической обсерватории. Рассматриваются геофизические явления, имеющие оптические проявления в R-, G-, B-каналах цветной камеры. Показана возможность для некоторых геофизических явлений (геомагнитных бурь, внезапных зимних стратосферных потеплений) количественно связывать усиление сигналов в G- и R-каналах с ростом интенсивностей дискретных эмиссий 557.7 и 630.0 нм, которые доминируют в спектре собственного излучения верхней атмосферы.
Свечение атмосферы, фотометрия
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. Аммосов П.П., Гаврильева Г.А. Цифровая камера для регистрации пространственной структуры свечения ночного неба // Приборы и техника эксперимента. 1999. № 3. С. 120-124.
2. Аммосов П.П., Гаврильева Г.А., Колтовский И.И. Наблюдения короткопериодических волн камерой всего неба в инфракрасном свечении ОН над Якутском // Геомагнетизм и аэрономия. 2006. Т. 46, № 6. С. 801-805.
3. Будник А.П., Лунев В.П. Свечение ночного неба Препринт ФЭИ (Физико-энергетический институт) - 3139. Обнинск. 2008. 61 с.
4. Зуев В.Е., Белан Б.Д., Задде Г.О. Оптическая погода. Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1990. 192 с.
5. Михалев А.В, Белецкий А.Б, Костылева Н.В., Черниговская М.А. Среднеширотные сияния на юге Восточной Сибири во время больших геомагнитных бурь 29-31 октября и 20-21 ноября 2003 г. // Космические исследования. 2004. Т. 42, № 6. С. 616-621.
6. Михалев А.В. Вариабельность атмосферной эмиссии 557.7 нм // Солнечно-земная физика. Вып. 17. 2011. С. 184-188.
7. Михалев А.В., Ратовский К.Г., Медведев А.В. и др. Одновременные наблюдения усиления атмосферной эмиссии 557.7 нм [OI] и образования спорадических слоев в периоды температурных возмущений в страто-мезосфере // Оптика атмосферы и океана. 2007. Т. 20, № 12. С. 1071-1076.
8. Михалев А.В., Подлесный С.В., Стоева П.В. Оптические характеристики ночного неба в Восточной Сибири после падения Челябинского метеорита. I. Яркость ночного неба // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27, № 12. С. 1085-1089.
9. Подлесный С.В., Михалев А.В. Спектрофотометрия среднеширотных сияний, наблюдаемых в регионе Восточной Сибири во время магнитных бурь 27 февраля 2014 г. и 17 марта 2015 г. // Международная Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике. Труды XIV конференции молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом». Иркутск 2015. С. 175-177.
10. Тащилин М.А., Белецкий А.Б., Михалев А.В. и др. некоторые результаты наблюдений пространственных неоднородностей в эмиссии гидроксила // Солнечно-земная физика. 2010. Вып. 15. С. 131-134.
11. Харитонов А.В., Терещенко В.М., Князева Л.Н. Сводный спектрофотометрический каталог звезд. Алма-Ата: Наука, КазССР. 1978. 198 с.
12. Фишкова Л.М. Ночное излучение среднеширотной верхней атмосферы Земли. Тбилиси: МЕЦНИЕРЕБА, 1983. 271 с.
13. Шефов Н.Н. Атлас спектра излучения ночного неба λλ 3000-12400 Å. Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН. Москва, 1962. 31 с.
14. Шефов Н.Н., Семенов А.И., Хомич В.Ю. Излучение верхней атмосферы - индикатор ее структуры и динамики. М.: ГЕОС, 2006. 741 с.
15. Leinert Ch., Bowyer S., Haikala L.K., et al. The 1997 reference of diffuse night sky brightness // Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 1998. V. 127. P. 1-99.
16. Mikhalev А.V. Variability of the 557.7 nm atmospheric emission // Geomagnetism and Aeronomy. 2011. V. 51, N 7. P. 968-973.
17. 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. Atm. Solar-Terr. Phys. 2001. V. 63, N 9. P. 865-868.
18. Vázquez M., Vaquero J.M., Gallego M.C., et al. Long-term trends and Gleissberg cycles in aurora borealis records (1600-2015).// Solar Phys. 2016. V. 291, iss. 2, P. 613-642. DOI:https://doi.org/10.1007/s11207-016-0849-6.
19. URL: http://videoscan.ru/ (дата обращения 19 апреля 2016).
