Solnechno-Zemnaya Fizika Solnechno-Zemnaya Fizika Солнечно-земная физика 2712-9640 99656 10.12737/szf-121202610 yybrte Результаты исследований Results of current research Результаты исследований The first results of observations of auroral hiss during the «North Pole–41» expedition Первые результаты наблюдений авроральных шипений во время экспедиции «Северный полюс–41» https://orcid.org/0000-0002-5155-6055 Лебедь Ольга Михайловна Lebed Olga Mihaylovna olga.m.lebed@gmail.com

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Пильгаев Сергей Васильевич Pilgaev Sergey Vasilyevich pilgaev@pgia.ru https://orcid.org/0000-0002-5001-9768 Ларченко Алексей Викторович Larchenko Aleksey Viktorovich alexey.larchenko@gmail.com https://orcid.org/0000-0003-1752-3273 Благовещенская Наталья Федоровна Blagoveshchenskaya Nataly Fedorovna nataly@aari.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 https://orcid.org/0000-0001-7299-6546 Калишин Алексей Сергеевич Kalishin Alexey Sergeevich askalishin@aari.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 https://orcid.org/0000-0003-1727-5310 Борисова Татьяна Дмитриевна Borisova Tatiana Dmitrievna borisova@aari.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Стрибный Олег Юрьевич Stribny Oleg Yur'evich Филатов Михаил Валерьевич Filatov Michael Valer'evich Кузнецова Марина Владимировна Kuznetsova Marina Vladimirovna https://orcid.org/0000-0002-0715-3873 Никитенко Александр Сергеевич Nikitenko Aleksandr Sergeevich alex6657328@yandex.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 https://orcid.org/0000-0002-7538-8156 Бекетова Елена Борисовна Beketova Elena Borisovna elena.beketova@gmail.com https://orcid.org/0000-0002-9957-0921 Федоренко Юрий Валентинович Fedorenko Yuriy Valentinovich yury.fedorenko@gmail.com Полярный геофизический институт Апатиты Россия Polar Geophysical Institute Apatity Russian Federation Полярный геофизический институт Апатиты Россия Polar Geophysical Institute Apatity Russian Federation Полярный геофизический институт Апатиты Россия Polar Geophysical Institute Apatity Russian Federation Арктический и антарктический научно-исследовательский институт Санкт-Петербург Россия Arctic and Antarctic Research Institute St. Petersburg Russian Federation Арктический и антарктический научно-исследовательский институт Санкт-Петербург Россия Arctic and Antarctic Research Institute St. Petersburg Russian Federation Арктический и антарктический научно-исследовательский институт г. Санкт-Петербург Россия Arctic and Antarctic Research Institute St. Petersburg Russian Federation Арктический и антарктический научно-исследовательский институт St Petersburg RU Arctic and Antarctic Research Institute St Petersburg RU Полярный геофизический институт Murmansk RU Polar Geophysical Institute Murmansk RU Полярный геофизический институт Апатиты Россия Polar Geophysical Institute Apatity Russian Federation Филиал Мурманского арктического университета в г. Апатиты Апатиты Россия Apatity Branch of Murmansk Arctic University Apatity Russian Federation Полярный геофизический институт Апатиты Россия Polar Geophysical Institute Apatity Russian Federation 25 03 2026 25 03 2026 12 1 95 106 09 06 2025 11 11 2025 https://naukaru.ru/en/nauka/article/99656/view

Во время экспедиции «Северный полюс–41» были проведены одновременные измерения трех компонент электромагнитного поля в ОНЧ-диапазоне на дрейфующей ледостойкой платформе, а также на станции «Ловозеро» и в обсерватории «Баренцбург». Рассмотрены три ОНЧ-события, произошедшие в магнитоспокойных условиях. Во время двух из них (события 24.01.2023 и 12.03.2024) на трех станциях, разнесенных на расстояние до 2600 км и находящихся в авроральной и приполярной областях, были зарегистрированы всплески аврорального хисса, причем спектрально-временные характеристики всплесков на всех станциях были практически одинаковы. Факт регистрации хисса с одинаковыми свойствами на столь больших расстояниях можно объяснить в рамках предположения об однородном во всей области высыпаний потоке авроральных электронов с энергиями от 0.1 до 10 кэВ, генерирующих квазиэлектростатические волны на высотах 10–20 тыс. км, в сочетании с одновременным присутствием мелкомасштабных ионосферных неоднородностей в окрестности каждой из трех станций, на которых происходит рассеяние этих волн в конус выхода к земной поверхности. Рассмотрен случай регистрации хисса (событие 25.01.2023), демонстрирующий локальность области его регистрации в течение одних суток — всплеск наблюдается сначала на одной станции, затем на другой. Вероятно, это связано с возникновением/исчезновением локальных областей мелкомасштабных неоднородностей, на которых происходит рассеяние квазиэлектростатических волн, обеспечивающее прохождение к земной поверхности.

During the North Pole–41 expedition, three components of the VLF electromagnetic field were simultaneously measured on a drifting ice-resistant platform and at the Lovozero and Barentsburg observatories. We consider three VLF events that occurred in magnetically quiet time. During two of them (the events on January 24, 2023 and March 12, 2024), auroral hiss bursts were recorded at three stations located in the auroral and circumpolar regions and spaced up to 2.600 km apart. The spectral and temporal characteristics of the bursts at all the stations were almost the same. The fact that hiss was recorded with the same properties at such large distances can be explained under the assumption of a homogeneous flow of auroral electrons with energies from 0.1 to 10 keV throughout the precipitation area, which generate quasi-electrostatic waves at altitudes 10–20 thousand km, along with the simultaneous presence of small-scale ionospheric irregularities in the vicinity of all three stations, where these waves are scattered into the propagation cone to the Earth surface. We examine the case of hiss recording (the January 25, 2023 event) demonstrating the locality of the hiss recording area during one day — a hiss burst is first observed at one station, then at another. This is probably due to the appearance/disappearance of local areas of small-scale irregularities, where quasi-electrostatic waves are scattered providing propagation to the Earth surface.

 авроральные шипения ионосфера ОНЧ-волна auroral hiss ionosphere VLF wave Финансирование экспедиции осуществлялось в рамках государственного задания ФГБУ «ААНИИ» The expedition was funded within the framework of the Government assignment from AARI

Клейменова Н., Маннинен Ю., Громова Л. и др. Всплески ОНЧ-излучений типа «авроральный хисс» на земной поверхности на L 5.5 и геомагнитные возмущения. Геомагнетизм и аэрономия. 2019, т. 59, № 3, с. 291–300. DOI: 10.1134/S0016794019030088. Budden K.G. The Propagation of Radio Waves: The Theory of Radio Waves of Low Power in the Ionosphere and Magnetosphere. Cambridge University Press, 1985, 669 p. Лебедь О.М., Федоренко Ю.В., Маннинен Ю. и др. Моделирование прохождения аврорального хисса от области генерации к земной поверхности. Геомагнетизм и аэрономия. 2019, т. 59, № 5, с. 618–627. DOI: 10.1134/S0016794019050079. Gurnett D.A. A satellite study of VLF hiss. J. Geophys. Res. 1966, vol. 71, p. 5500. Никитенко А.С., Лебедь О.М., Федоренко Ю.В. и др. Оценка положения и размера области рассеяния аврорального хисса по данным высокоширотных наблюдений в пространственно-разнесенных точках. Изв. РАН. Сер. физическая. 2021, т. 85, № 3, с. 398–403. DOI: 10.31857/S0367676521030200. Harang L., Larsen R. Radio wave emission in the VLF‐band observed near the auroral zone. 1. Occurrence of the emissions during disturbances. J. Atmos. Terr. Phys. 1965, vol. 27 (4), pp. 481–497. DOI: 10.1016/0021‐9169(65)90013‐9. Никитенко А.С., Федоренко Ю.В., Маннинен Ю. и др. Моделирование пространственной структуры волнового поля аврорального хисса и сравнение с результатами наземных наблюдений. Изв. РАН. Сер. физическая. 2023, т. 87, № 1, с. 134–140. DOI: 10.31857/S0367676522700259. Jørgensen T.S., Ungstrup E. Direct observation of correlation between auroras and hiss in Greenland. Nature. 1962, vol. 194, pp. 462–463. DOI: 10.1038/194462a0. Пильгаев С.В., Ларченко А.В., Филатов М.В. и др. Генератор сигналов специальной формы для калибровки регистраторов электромагнитного поля. Приборы и техника эксперимента. 2018, № 6, с. 49–55. DOI: 10.1134/S0032816218060125. Kimura I. Effects of Ions on Whistler-Mode Ray Tracing. Radio Sci. 1966, vol. 1, no. 3, pp. 269–284. DOI: 10.1002/rds196613269. Пильгаев С.В., Федоренко Ю.В., Клейменова Н.Г. и др. Первые результаты ОНЧ-наблюдений во время полярной экспедиции «Трансарктика–2019». Геомагнетизм и аэрономия. 2020, т. 60, № 2, с. 216–219. DOI: 10.31857/S0016794020020121. Kleimenova N., Manninen Yu., Gromova L., Gromov S., Turunen T. Bursts of auroral-hiss VLF emissions on the Earth’s surface at L~5.5 and geomagnetic disturbances. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2019, vol. 59, no. 3, pp. 291–300. (In Russian). DOI: 10.1134/S0016794019030088. Пильгаев С.В., Ларченко А.В., Федоренко Ю.В. и др. Трехкомпонентный приемник сигналов очень низкого частотного диапазона с прецизионной привязкой данных к мировому времени. Приборы и техника эксперимента. 2021, № 5, с. 115–125. DOI: 10.31857/S0032816221040248. Lebed’ O.M., Fedorenko Y.V., Nikitenko A.S., Manninen J., Kleimenova N.G. Modeling of the auroral hiss propagation from the source region to the ground. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2019, vol. 59, no. 5, pp. 618–627. (In Russian). DOI: 10.1134/S0016794019050079. Рытов С.М. Введение в статистическую радиофизику. М: Наука, 1966, 404 c. Makita K. VLF/LF hiss emissions associated with aurora. Memoirs of National Institute of Polar Research. Tokyo. Ser. A, 1979, no. 16, pp. 1–126. Budden K.G. The Propagation of Radio Waves: The Theory of Radio Waves of Low Power in the Ionosphere and Magnetosphere. Cambridge University Press, 1985, 669 p. Manninen J., Kleimenova N., Kozyreva O., Bespalov P., Kozlovsky A. Non-typical ground-based quasi-periodic VLF emissions observed at L 5.3 under quiet geomagnetic conditions at night. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2013, vol. 99, pp. 123–128. DOI: 10.1016/j.jastp.2012.05.007. Gurnett D.A. A satellite study of VLF hiss. J. Geophys. Res. 1966, vol. 71, p. 5500. Manninen J., Kleimenova N., Kozlovsky A., Fedorenko Y., Gromova L., Turunen T. Ground‐based auroral hiss recorded in Northern Finland with reference to magnetic substorms. Geophys. Res. Lett. 2020, vol. 47. DOI: 10.1029/2019GL086285. Harang L., Larsen R. Radio wave emission in the VLF‐band observed near the auroral zone. 1. Occurrence of the emissions during disturbances. J. Atmos. Terr. Phys. 1965, vol. 27 (4), pp. 481–497. DOI: 10.1016/0021‐9169(65)90013‐9. Means J.D. Use of the three-dimensional covariance matrix in analyzing the polarization properties of plane waves. J. Geophys. Res. (1896–1977). 1972, vol. 77, no. 28, pp. 5551–5559. DOI: 10.1029/JA077i028p05551. Jørgensen T.S., Ungstrup E. Direct observation of correlation between auroras and hiss in Greenland. Nature. 1962, vol. 194, pp. 462–463. DOI: 10.1038/194462a0. Nikitenko A.S., Lebed O.M., Fedorenko Yu.V., Manninen J., Kleimenova N.G., Gromova L.I. Estimating the size and location of the region of scattering of the auroral hiss, according to data from high-latitude observations at three separated places. Bull. Russian Academy of Sciences: Physics. 2021, vol. 85, no. 3, pp. 287–291. DOI: 10.3103/S1062873821030187. Kimura I. Effects of Ions on Whistler-Mode Ray Tracing. Radio Sci. 1966, vol. 1, no. 3, pp. 269–284. DOI: 10.1002/rds196613269. Nikitenko A.S., Fedorenko Yu.V., Manninen J., Lebed’ O.M., Beketova E.B. Modeling the spatial structure of the auroral hiss and comparing results to observations. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2023, vol. 87 (1), pp. 112–117. DOI: 10.3103/S1062873822700265. Makita K. VLF/LF hiss emissions associated with aurora. Memoirs of National Institute of Polar Research. Tokyo. Ser. A, 1979, no. 16, pp. 1–126. Pil’gaev S.V., Fedorenko Yu.V., Kleimenova N.G., Manninen J., Nikitenko A.S., Larchenko A.V., Filatov M.V., Lebed’ O.M., Frolov I.E., Kozelov B.V. First Results from VLF Observations during the Transarctica–2019 Polar Expedition. Geomagnetism and Aeronomy, 2020, vol. 60, no. 2, pp. 212–215. DOI: 10.1134/S0016793220020127. Manninen J., Kleimenova N., Kozyreva O., et al. Non-typical ground-based quasi-periodic VLF emissions observed at L 5.3 under quiet geomagnetic conditions at night. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2013, vol. 99, pp. 123–128. DOI: 10.1016/j.jastp.2012.05.007. Pil’gaev S.V., Larchenko A.V., Fedorenko Y.V., Filatov M.V., Nikitenko A.S. A three-component very low frequency signal receiver with precision data synchronization with universal time. Pribory i tekhnika eksperimenta [Instruments and Experimental Techniques]. 2021, no. 5, pp. 115–125. (In Russian). DOI: 10.31857/S0032816221040248. Manninen J., Kleimenova N., Kozlovsky A., et al. Ground‐based auroral hiss recorded in Northern Finland with reference to magnetic substorms. Geophys. Res. Lett. 2020, vol. 47. DOI: 10.1029/2019GL086285. Pilgaev S.V., Larchenko A.V., Filatov M.V., Fedorenko Y.V., Lebed O.M. A function generator for calibration of electromagnetic field recorders. Pribory i tekhnika eksperimenta [Instruments and Experimental Techniques]. 2018, no. 6, pp. 49–55. (In Russian). DOI: 10.1134/S0032816218060125. Means J.D. Use of the three-dimensional covariance matrix in analyzing the polarization properties of plane waves. J. Geophys. Res. (1896–1977). 1972, vol. 77, no. 28, pp. 5551–5559. DOI: 10.1029/JA077i028p05551. Rytov S.M. Vvedenie v statisticheskuyu radiofiziku [Introduction to Statistical Radiophysics]. Moscow: Nauka Publ., 1966, 404 p. (In Russian). Sazhin S.S., Bullough K., Hayakawa M. Auroral hiss: a review. Planet. Space Sci. 1993, vol. 41, pp. 153–166. DOI: 10.1016/0032-0633(93)90045-4. Sazhin S.S., Bullough K., Hayakawa M. Auroral hiss: a review. Planet. and Space Sci. 1993, vol. 41, pp. 153–166. DOI: 10.1016/0032-0633(93)90045-4. Sonwalkar V.S., Harikumar J. An explanation of ground observations of auroral hiss: Role of density depletions and meter-scale irregularities. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2000, vol. 105, A8, pp. 18867–18883. DOI: 10.1029/1999JA000302. Sonwalkar V.S., Harikumar J. An explanation of ground observations of auroral hiss: Role of density depletions and meter-scale irregularities. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2000, vol. 105, A8, pp. 18867–18883. DOI: 10.1029/1999JA000302. Stix T. Waves in Plasmas. American Inst. of Physics, 1992. Stix T. Waves in Plasmas. American Inst. of Physics, 1992. Vorobjev V.G., Yagodkina O.I. Auroral precipitation dynamics during strong magnetic storms. Geomagnetism and Aeronomy. 2007, vol. 47, no. 2, pp. 185–192. DOI: 10.1134/s0016793207020065. Vorobjev V.G., Yagodkina O.I. Auroral precipitation dynamics during strong magnetic storms. Geomagnetism and Aeronomy. 2007, vol. 47, no. 2, pp. 185–192. DOI: 10.1134/s0016793207020065. Yearby K.H., Smith A.J. The polarization of whistlers received on the ground near L=4. J. Atmos. Terr. Phys. 1994, vol. 56, no. 11, pp. 1499–1512. DOI: 10.1016/0021-9169(94)90117-1. Yearby K.H., Smith A.J. The polarization of whistlers received on the ground near L=4. J. Atmos. Terr. Phys. 1994, vol. 56, no. 11, pp. 1499–1512. DOI: 10.1016/0021-9169(94)90117-1. URL: http://apm.pgia.ru/ (дата обращения 20 апреля 2025 г.). URL: http://apm.pgia.ru/ (accessed April 20, 2025).