Иркутск, Россия
Иркутск, Иркутская область, Россия
УДК 55 Геология. Геологические и геофизические науки
Корреляционная кривая (КК) — это зависимость от времени суммы модулей комплексных коэффициентов корреляции сигналов, получаемых каждой парой антенн. Такие зависимости строятся на каждой рабочей частоте Сибирского радиогелиографа (СРГ). Коэффициент корреляции зависит не только от степени пространственной когерентности падающего на антенны микроволнового излучения, но и от коэффициентов передачи антенн, поэтому необходимо учитывать реальные коэффициенты передачи антенн СРГ и влияние их взаимного затенения. Корреляционные кривые, получаемые СРГ, определяются плотностью микроволнового потока Солнца и пространственной структурой источников микроволнового излучения. Наряду с этим КК отражают изменение диаграммы направленности СРГ при неизменных плотности потока и пространственной структуре источников. В течение наблюдений изменяется угловое положение Солнца, соответственно изменяются проекции антенных баз радиогелиографа, а значит, и его диаграмма направленности. Это приводит к появлению вариаций КК, которые можно спутать с динамикой солнечной активности, такой, например, как квазигармонические колебания интенсивности микроволнового излучения источников, расположенных над пятнами. Наибольший вклад в вариации КК вносит излучение спокойного Солнца. Чем компактнее источник микроволнового излучения, тем меньше вариации соответствующих КК, вызванные изменением диаграммы направленности. Относительно быстрые вариации КК обусловлены откликами длинных антенных баз, исключать которые при построении КК нежелательно. Кроме того, как показывает практика, чувствительность КК выше при суммировании откликов от всех антенных баз. Вариации КК заметно сказываются при исследовании микроволновых проявлений эруптивных событий. Изменение потока излучения во время таких событий сравнимо с вариациями КК как по величине, так и по характерному времени. Поэтому представляется разумным построить полную модель отклика СРГ на спокойное Солнце и с ее помощью корректировать КК. В данной работе предлагается метод моделирования КК, позволяющий корректировать изменения, вызванные зависимостью отклика СРГ на солнечный диск от времени и от частоты. Учитывается также влияние взаимного затенения антенн, ближайших к центру антенной решетки СРГ. Моделирование корреляционных кривых СРГ производится путем либо вычисления откликов каждой пары антенн на модель солнечного диска, либо суммирования соответствующих значений функции видности диска Солнца при допущении, что эта функция ~J1(x)/x, где J1(x) — функция Бесселя первого рода.
солнечный радиотелескоп, функция видности, корреляция, радиоинтерферометр.
ВВЕДЕНИЕ
Исследование слабых по энергетике событий на Солнце актуально по причине их большого числа, что позволяет более достоверно выявлять статистические закономерности солнечной активности. К тому же общее уменьшение уровня солнечной активности в текущем цикле позволяет наблюдать события, которые в периоды высокой активности маскируются более мощными событиями. Интерес к слабым по энергетике событиям вызван тем, что, по некоторым предположениям, нагрев солнечной короны происходит в результате большого количества слабых солнечных вспышек, возникающих практически непрерывно [Parker, 1988; Knizhnik et al., 2018]. Поэтому вопрос о том, сколь слабые вспышки могут быть обнаружены путем наблюдения микроволнового излучения солнечной короны, также актуален. В данной работе анализируются инструментальные особенности многочастотного Сибирского радиогелиографа (СРГ), созданного при модернизации Сибирского солнечного радиотелескопа [Grechnev et al., 2003; Lesovoi et al., 2012, 2017]. Наиболее чувствительными по плотности потока микроволнового излучения данными СРГ являются так называемые корреляционные кривые (КК) — суммы модулей комплексных коэффициентов корреляции сигналов от пар антенн СРГ [Lesovoi, Kobets, 2017]. Эти кривые удобны и при исследовании динамики солнечной активности в течение дня или день за днем. Удобство обусловлено компактностью представления данных и высокой чувствительностью — до 0.01 с.е.п. (солнечных единиц потока). Однако КК меняются во времени не только вследствие изменения плотности потока падающего излучения. Причиной изменения КК может быть изменение пространственной структуры источников микроволнового излучения или диаграммы направленности (ДН) СРГ. Вариации КК во времени, вызванные изменением ДН, могут быть немонотонными и поэтому могут маскировать слабую солнечную активность. Наиболее контрастно вариации КК проявляются при отклике на солнечный диск, их уровень может достигать 0.1 %, что соответствует плотности потока излучения 0.5–1.0 с.е.п. в зависимости от рабочей частоты. Уровень отклика от компактных источников обычно составляет несколько процентов, поэтому влияние вариаций КК на такой отклик малозаметно. Однако при исследовании сверхслабой солнечной активности нужно корректировать отклик с учетом этих вариаций. Для коррекции вариаций КК, вызванных изменением отклика на солнечный диск, из полного отклика нужно вычесть этот отклик. Пример вариаций КК представлен на рис. 1. Отмеченные овалом «холмики» на двух кривых, соответствующих высоким частотам, проявляются на других частотах в виде более плоских участков или даже участков с общим длительным повышением уровня отклика. На рис. 2 показано, как эти вариации наблюдаются в течение года. Светлые дуги, расположенные симметрично относительно кульминации, соответствуют вариациям КК, отмеченным овалом на рис. 1. Во время слабой активности такие вариации хорошо заметны. С появлением активных областей, даже в отсутствие вспышек, вариации КК маскируются шумами активной области. В этом случае особенно важно подавить такие вариации, чтобы не спутать их с откликом на шум активной области.
В данной работе мы предлагаем метод моделиро¬вания корреляционных кривых как отклика СРГ на излучение спокойного Солнца. Модельные КК больше всего похожи на реальные КК в предположении, что край солнечного диска размыт. Суть метода заключается в том, что каждая точка КК рассчитывается как сумма определенного набора значений функции видности солнечного диска. Соответствующие значения функции видности солнечного диска определяются временем наблюдений и рабочей частотой СРГ. Факторами, влияющими на результат, являются радиус диска спокойного Солнца, степень размытости края солнечного диска, модули коэффициентов передачи антенн и влияние взаимного затенения антенн СРГ.
___________________________________________________________________________________
Работы по разделу «Влияние взаимного затенения антенн на корреляционные кривые СРГ» выполнены за счет средств Российского научного фонда (проект №18-12-00172), по остальным разделам — в рамках государственного задания на 2018 г. № 007-00163-18-00 от 12.01.2018.
1. Томпсон А.Р., Моран Дж.М., Свенсон Дж.У. Интерферометрия и синтез в радиоастрономии. М.: Физматлит, 2003. 634 с.
2. Grechnev V.V., Lesovoi S.V., Smolkov G.Ya., et al. The Siberian Solar Radio Telescope: the current state of the instrument, observations, and data // Solar Phys. 2003. V. 216, iss. 1. P. 239-272. DOI:https://doi.org/10.1023/A:1026153410061.
3. Knizhnik K.J., Uritsky V.M., Klimchuk J.A., DeVore C.R. Power-law statistics of driven reconnection in the magnetically closed corona // Astrophys. J. 2018. V. 853, iss. 1, article id. 82. 14 p. DOI:https://doi.org/10.3847/1538-4357/aaa0d9.
4. Lesovoi S.V., Kobets V. Correlation plots of the Siberian Radioheliograph // Solar-Terr. Phys. 2017. V. 3, iss. 1. P. 19-25. DOI:https://doi.org/10.12737/article58f96eeb8fa318.06122835.
5. Lesovoi S.V., Altyntsev A.T., Ivanov E.F. Gubin A.V. The Multifrequency Siberian Radioheliograph // Solar Phys. 2012. V. 280, iss. 2. P. 651-661. DOI:https://doi.org/10.1007/s11207-012-0008-7.
6. Lesovoi S.V., Altyntsev A.T., Kochanov A.A., et al. Siberian Radioheliograph: first results // Solar-Terr. Phys. 2017. V. 3, iss. 1. P. 3-18. DOI:https://doi.org/10.12737/article_58f96ec60fec52.86165286.
7. Parker E.N. Nanoflares and the solar X-ray corona // Astrophys. J. 1988. V. 330. P. 474. DOI:https://doi.org/10.1086/166485.
