НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ГОЛОВНА АСТРОНОМІЧНА ОБСЕРВАТОРІЯ

На правах рукопису

ЦВЄТКОВ ЛЕВ ІВАНОВИЧ

УДК 523.98

МІКРОХВИЛЬОВА АКТИВНІСТЬ СОНЦЯ:

ФІЗИЧНІ ПРОЦЕСИ В ПЕРЕХІДНІЙ ЗОНІ

ХРОМОСФЕРА-КОРОНА ТА ЇХ ДІАГНОСТИКА

Спеціальність: 01.03.02 – астрофізика,

радіоастрономія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора фізико-математичних наук

Київ - 1998

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Кримській астрофізичній обсерваторії

Міністерства України у справах науки і технологій, Крим.

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук , професор

Содін Леонід Григорович, Радіоастрономічний інститут НАН

України, головний науковий співробітник.

доктор фізико-математичних наук

Курочка Лев Миколайович, Астрономічна обсерваторія Київського Национального університету, провідний науковий співробітник.

доктор фізико-математичних наук

Богод Володимир Михайлович, Спеціальна астрономічна обсерваторія

Російської АН, С.-Петербургське відділення,

провідний науковий співробітник.

Провідна установа: Головна астрономічна обсерваторія

Російської академії наук, Пулково, Санкт-Петербург.

Захист відбудеться “ 24 ” грудня 1998 року на засіданні Спеціалізованої ради Д 26.208.01 при Головній астрономічній обсерваторії НАН України ( 252650, м. Київ - 22, Голосіїв). Початок засідань об 11 годині.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Головної

астрономічної обсерваторії НАН України.

Автореферат розісланий “ 26 “ листопада 1998 р.

Вчений секретар Спеціалізованої вченої ради,

кандидат фізико-математичних наук Гусєва Н.Г.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сонячна активність виявляє широкий вплив на процеси, які відбуваются на Землі, шляхом активного або непрямого впливу на іоносферу, тропосферу і біосферу. Циклічні та спонтанні зміні окремих компонентів сонячного випромінювання сприймаються людиною і тваринами як безпосередньо, так і через зміни в погоді, кліматі, магнітному полі Землі. Виникнення сонячних спалахів, найбільш потужних явищ на Сонці, приводить до змін магнітосфери та іоносфери. Під час спалахів порушуєтся радіозв’язок на коротких хвилях, виникає радіаційна небезпека для космонавтів.

Радіоастрономічні досліження Сонця в міліметровому і короткохвильовій частині сантиметрового діапазонів цінні новизною отримуваних відомостей про фізичні процеси в перехідній області хромосфера-корона Сонця. Дослідження мікрохвильової активності і радіопульсацій Сонця у вказаних діапазонах має важливе значення для розкриття природи геліоактивності. Прогнозування сонячної активності – одна з ключових проблем сонячної і сонячно-земної фізики. В її вирішенні досягнуті певні успіхи, однак на багато важливих питань задовільних відповідей ще не отримано. Велике значення для загальної проблеми геліоактивності має облік тісного взаємозв’язку між його часовою і просторовими структурами. Особливої уваги заслуговує проблема проявлення глобальних коливань Сонця в його мікрохвильовому випромінюванні.

Для радіодіапазону характерний дуже низький енергетичний вплив на Землю, однак варіації мікрохвильового випромінювання дуже інформативні для розв’язання задач діагностики плазми сонячної атмосфери і, надалі, для оперативного прогнозу геліоактивності, що має першорядне значення для попередження негативного впливу сонячної активності на навколоземний простір і біосферу.

Відомо, що поява на диску Сонця активної області супроводжується підвищенням рівня радіовипромінювання локальних джерел (ЛД) в інтенсивності, пов’язаних з групами сонячних плям. Імовірність виникнення спалаху підвищується пропорційно рівню радіовипромінювання ЛД в інтенсивності при певній структурі розподілу поляризованого випромінювання по диску Сонця. Характер спалаху і його геоефективність залежать від спектру випромінювання супутнього радіосплеску. Через різноманітність спалахів не було запропоновано єдиної теорії, здатної пояснити кожну конкретну подію, однак, центральною особливістю спалахів є роль магнітного поля, як джерела енергії спалаху. Тому дуже важливі поляризаційні спостереження сплесків, які дозволяють оцінити можливі зміни магнітного поля під час спалахів.

Розвиток методів радіодіагностики сонячної активності істотний для великого класу задач фізики Сонця. Міліметрові і сантиметрові хвилі дозволяють досліджувати ранні стадії формування сонячних активних областей, динаміку пересполучення магнітних полів, утворення і розриви струмових шарів. Вивчення активних областей і проблеми виходу релятивістських частинок під час спалахових процесів здійснюється за спостереженнями на унікальних радіотелескопах РАТАН-600, VLA, ССРТ, БПР. Разом з тим ряд питань діагностики геліоактивності можно розв’язувати на радіотелескопі з середньою роздільною здатністю (РТ-22), вимірюючи інтегральні характеристики радіовипромінювання окремих комплексів активності та інших великомасштабних утворень на диску Сонця.

Таким чином, для ефективної діагностики сонячної активності і геоефективності спалахів потрібні спектрально-поляризаційні спостереження в широкому діапазоні хвиль із залученням оптичних даних і, по можливості, супутникових вимірювань в рентгенівськім діапазоні. Для розв’язання цього завдання передусім потрібний радіотелескоп з достатньо високою просторовою роздільною здатністю, вдосконалення радіоастрономічної апаратури і методики спостережень.

Ця робота виконувалась у відповідності до планових тем науково-дослідних робіт, які проводяться в лабораторії радіоастрономії Кримської астрофізичної обсерваторії, в тому числі:

1-3.1.3.1. Вивчення сонячних активних областей, рег.№ 7107466 – “Дослідження активних областей, нестаціонарних і квазіперіодичних процесів на Сонці за спостереженням їх радіовипромінювання (в тому числі і поляризованого) в діапазоні ММ- і СМ-хвиль із залученням даних оптичних спостережень, а також відомостей про сонячні магнітні поля з метою вивчення природи сонячної активності” (до 1991 р.).

Субпроект ”Тригер”: Дослідження передспалахових явищ і спалахів на різних стадіях розвитку при поляризаційних спостереженнях в СМ-діапазоні довжин хвиль. Розробка методу прогнозування спалахової активності за радіоданими (1992-1994 рр).

Субпроект “Діагностика”: Мікрохвильова діагностика сонячної активності за спектрально-поляризаційними спостереженнями. Геліосейсмологічні дослідження Сонця і прогноз його спалахової активності за радіоспостереженнями (1995-1999 рр).

Субпроект “Радіотелескопи і радіометри”: Розробка технічної пропозиції на радіоастрономічний комплекс “Станція оперативного прогнозу сонячної активності за радіоспостереженнями” (СОПСА-Р) (1994-1999рр).

Мета і задачі дослідження. Основною метою дисертації є всебічне вивчення фізичних процесів в перехідній зоні хромосфера-корона Сонця на базі оригінального експериментального матеріалу, одержаного в результаті спектрально-поляризаційних спостережень на РТ-22 КрАО в ММ- і СМ-діапазонах довжин хвиль протягом 1965-1997 рр. Для досягнення поставленої мети були виконані такі роботи:

1. Розробка і створення систем радіополяриметрії, призначених для спостережень радіовипромінювання Сонця на РТ-22 КрАО в діапазоні 1,9-3,5 см. Модернізація системи опромінювання антени і уточнення електродинамічних характеристик радіотелескопа РТ-22 КрАО.

2. Проведення спостережень радіовипромінювання Сонця на РТ-22 КрАО за допомогою розроблених багатохвильових радіометричних комплексів сантиметрового діапазону довжин хвиль і за допомогою спектрографів з метою визначення характеристик сплескової активності Сонця.

3. Одержання параметрів радіовипромінювання локальних джерел, сплесків, спокійного Сонця, радіогрануляції і корональних дір для діагностики нестаціонарних процесів в хромосфері і нижній короні на основі аналізу коливань сонячного радіовипромінювання.

4. Співставлення спектрів радіопульсацій 3-х міліметрового і 2-х сантиметрового випромінювання Сонця з теоретичними спектрами, що витікають з моделі хромосферного резонатора. Вибір адекватних механізмів модуляції випромінювання сонячних мікрохвильових сплесків і активних областей в інтервалі періодів від сотень мілісекунд до сотень секунд.

5. Розвиток методів геліосейсмології і одержання достовірної інформації про прояву p-, f- і g-мод осциляцій Сонця в його мікрохвильовому випромінюванні.

6. Обгрунтування методики діагностики фізичних процесів в хромосфері і короні Сонця для цілей прогнозування передспалахового накопичення енергії і енергетики сонячних спалахів за рядом ефектів в радіовипромінюванні діапазону 1,3-13см.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. За результатами спостережень сонячного затемнення 22.09.1868 р. вперше виявлена тонка просторова структура джерел поляризованого випромінювання на хвилі 3,15 см з розмірами меньше 5 кут.сек і виявлено зв’язок змін поляризованого випромінювання з відкриттям та закриттям пагорбів магнітного поля.

2. На основі спостережень 28 активних областей в діапазоні 1,9-3,5 см уточнені характеристики спрямованості випромінювання, значення оптичної товщини і границі змін магнітного поля після протонних спалахів; виявлені ознаки протонності, засновані на співвідношенні ступеня поляризації випромінювання в крайніх точках вказаного діапазону.

3. Вперше виявлені мілісекундні пульсації міліметрового випромінювання трьох активних областей, які розвиваються і , таким чином, показана можливість існування пульсуючого джерела на вершині арки або в області пересполучення магнітних полів.

4. Одержали подальший розвиток дослідження появи зміни знаку поляризації радіовипромінювання джерел сплесків: визначено імовірний інтервал критичних частот, на яких можна очікувати появу лінійно-поляризованого випромінювання.

5. Вперше виявлено ефект модуляції радіовипромінювання на імпульсній фазі розвитку відповідного сплеску, що дозволило встановити нові властивості тригера первинного сонячного спалаху.

6. Вперше за радіоспостереженнями в роки мінімуму сонячної активності між 20 і 21 циклами встановлено зв’язок малоконтрастних радіовипромінюючих областей з флокулами і слабкими пагорбами магнітного поля, в основному, різної полярності.

7. Виявлені нові характеристики радіогрануляції Сонця на хвилі 3,3 мм, а саме: визначено просторовий масштаб і виявлена особливість тонкої структури масштабу 60-90 кут. сек, яка свідчить про якісний зв’язок радіогрануляції з неоднорідностями хромосфери, які розташовуються вздовж лінії інверсії магнітного поля.

8. Одержали дальший розвиток дослідження в області геліосейсмології активних областей. Одержані вагомі докази проявлення p-мод осциляції Сонця в радіовипромінюванні локальних джерел, флокулів і спокійного Сонця. Показано, що коливання в радіовипромінюванні періоду 10,7 хвил. віддзеркалюють наявність хвильових процесів в перехідній зоні атмосфери Сонця з тим самим періодом.

9. Вперше доведена реальність існування хромосферного резонатора за радіоданими: спектр коливань міліметрового випромінювання Сонця містить перші, другі і треті гармоніки. Набір періодів резонансних коливань в хромосфері за радіоспостереженнями близький до значень фундаментальних періодів коливань, що випливають із моделі Ю.Д.Жугжди.

10. Вперше виявлені пульсації відносної (центр-край) радіояскравості в діапазоні 1,9-3,5 см, які супутні глобальним коливанням Сонця з періодом 160 хв. На основі багаторічних спостережень на хвилі 2,25 см виявлені сліди g-мод осциляцій Сонця в його радіовипромінюванні.

11. За результатами спостережень радіовипромінювання корональних дір вперше зареєстровані пульсації радіояскравості інтервалу f- мод осциляцій Сонця. Одержані докази синхронізації сонячної активності хвильовими рухами в атмосфері Сонця, які відповідають часовим змінам з періодами діапазону f-мод глобальних осциляцій Сонця.

Практичне значення одержаних результатів.

1. Розроблено і запроваджено в практику спостережень на РТ-22 КрАО комплект радіополяриметрів, який забезпечив спостережувальні програми з дослідження радіовипромінювання Сонця протягом 20 років (1967-1987).

2. В результаті проведених досліджень і розробок РТ-22 КрАО був оснащений чутливою апаратурою на хвилі 1,95; 2,25; 2,8; 3,5 см, автоматизованою системою управління збору і обробки даних поляризаційних спостережень Сонця, що забезпечило зростання його ефективності та інформативності.

3. Здійснена модернізація опромінювання антени РТ-22 КрАО на основі ребристого широкосмугового рупора, яка дозволила оптимізувати параметри антени радіотелескопа в діапазоні частот 8-17 ГГц і більш ефективно використати цей інструмент.

4. Проведена технічна реалізація методу просторово-часової обробки сигналу, заснованого на модуляції параметрів телескопа за допомогою перемикання осесиметричних діаграм напрямленості (ДН) антени на хвилі 2,2 см.

5. На основі багаторічного досвіду автора цієї роботи в створенні радіоастрономічної апаратури вироблені рекомендації щодо вибору структури, апаратних засобів і конструктивних рішень для побудови нового комплексу ”Станція оперативного прогнозу сонячної активності з радіоспостережень”. В даний час ведеться підготовка для створення Служби Сонця в Україні. В зв’язку з цим обмірковувані в дисертації питання радіодіагностики Сонця дають основу для розробки науково обгрунтованих методів прогнозу геоефективних явищ.

6. Результати дослідження сонячних активних областей і сплесків, одержані автором, розширюють і доповнюють дані про тонку структуру радіосплесків, коливання поляризованого випромінювання локальних джерел на Сонці; дозволяють уточнити теорії сонячного радіовипромінювання і, разом з тим, удосконалити методи діагностики параметрів плазми активних областей.

7. Одержані в цій роботи нові, вельми повні, спектральні дані про модуляцію сонячного мікрохвильового випромінювання сплесків, стимулюють подальший розвиток теорії випромінювання сонячної плазми і повинні братися до уваги при дальшому розвитку моделей сплесків і уточнення фізичних умов в хромосфері і нижній короні Сонця.

8. Виявлені в міліметровому і сантиметровому випромінюванні Сонця дані спостережень про великомасштабні структури: корональні діри і комплекси активності, можуть значно поліпшити методику прогнозу геоефективних подій на основі радіоспостережень.

9. Результати дослідження фізичних процесів в сонячній атмосфері, узагальнюючи багаторічний досвід спостережень на РТ-22 КрАО в сантиметровому і міліметровому діапазонах довжин хвиль, використовувались і можуть бути використані надалі при аналізі спостережень, виконаних на інших сонячних радіоастрономічних інструментах ближнього (ССРТ, РАТАН-600, БПР) і дальнього (OVRO, VLA, WSRT) зарубіжжя.

10. Приведені в дисертації дані про довгоперіодичні пульсації радіояскравості в інтервалі можливого існування p- , f- і g-мод осциляцій представляють собою унікальний матеріал, який має безпосереднє значення для вивчення внутрішньої будови Сонця. Вони можуть бути корисними при наземній підтримці космічних проектів, планованих Українським Космічним Агентством.

Особистий вклад автора. Автору належать основні ідеї технічних рішень, значна частина розробок НВЧ елементів, конструкцій і електронних схем радіоастрономічної апаратури сантиметрового діапазону довжин хвиль, призначених для спостережень на РТ-22 КрАО.

Дослідження електродинамічних характеристик радіотелескопа і антенні вимірювання (2 статті) , налагодження апаратури і обробка методики спостережень (3 статті) , а також обробка результатів вимірювань і їх аналіз проводились при безпосередній участі автора дисертації. В публікаціях, які відносяться до досліджень, пов’язаних з застосуваниям розроблених автором спектрально-поляриметричних комплексів і написаних в співавторстві з іншими працівниками обсерваторії, особиста участь дисертанта є такою:

·

· в спостереженнях на хвилях 1,9; 2,5 і 3,5 см (12 статей) – постановка задачі, підготовка і забезпечення спостережень, обробка даних і аналіз результатів спостережень;

· в роботі з розрахунків характеристик схем поляриметрів – постановка задачі;

· в спостереженнях на хвилі 2,25 см (2 статті) – постановка задачі, проведення спостережень, підготовка даних для спектральної обробки; участь в інтерпретації результатів;

· в спостереженнях на хвилях 1,95; 2,25; 2,8; 3,5 см (7 статей) – постановка задачі, участь в спостереженнях, обробка і аналіз даних спостережень.

В публікаціях, які відносятся до спільних (КрАО-НДРФІ, КрАО-ІПФ РАН) досліджень і написаних в співавторстві (6 статей і тези доповідей), особиста участь дисертанта: постановка задачі, розробка схеми компоновки експедиційної апаратури і проведення спостережень, первинна обробка даних і участь в інтерпретації результатів спостережень.

В публікаціях, які відносяться до розробки проекту “Станція оперативного прогнозу сонячної активності з радіоспостережень” (4 публікації) , автору дисертації належить ідеологія структури і технічних рішень, вибір засобів і методів реалізації цього проекту.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідались на семінарах КрАО, ГАО і САО АН СРСР, а також на багатьох конференціях, симпозіумах, нарадах і семінарах робочих груп, в тому числі на: всесоюзних конференціях з радіоастрономії (Рига,1968; Горький,1972; Єреван,1989; Єреван,1990; Пущино,1993; С.-Петербург,1995; С.-Петербург,1997); всесоюзних і між-регіональних конференціях з радіоастрономічних досліжень сонячної системи (Київ,1981; Звенигород,1984; Ленінград, 1986; Сімферополь,1988; Н.Новгород,1992); всесоюзному семінарі-симпозіумі з теми “Радіоастрономічні дослідження Сонця і планет”, Київ,1987; наукових семінарах робочої групи “Хвилі в атмосфері Сонця” (Тбілісі,1988; Іркутськ,1991); Soviet-Finnish Symposium on Radio Astronomy, Armenia, Erevan, 1990; XXII YERAC, Kharkov, 1989; IUA Colloquim No 144 “Solar coronal structures”, Tatranska Lomniсa, 1993; Workshop on coronal magnetic energy release, Caputh, Germany, 1994; 5-th ISRAMT-95, Kiev, 1995; JENAM, Catania, Italy, 1995; 4-th SOHO Workshop “Helioseismology”, Stanford, USA, 1995; міжнародному семінарі “Фізика космічної плазми”, Київ, 1993; 4-ій Кримській конференції і виставці "НВЧ-техніка і супутниковий прийом”,Севастополь,1994; 5-ій Кримській конференції “НВЧ-техніка і супутникові телекомунікаційні технології", Севастополь, 1995.

Публікації. Результати дисертації опубликовані в 51 статті і 35 тезах доповідей. Основний зміст дисертації опубліковано в 53 друкованих працях, з них - 7 праць виконано самостійно.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, семи розділів, закінчення і трьох додатків. Вона містить 260 сторінок основного тексту, 65 малюнків, розміщених на 47-ми сторінках і 22 таблиці - на 23-х сторінках та список літератури з 348 найменувань. Загальних обсяг - 407 сторінок.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми, сформулювані мета і задачі дослідження, показана наукова новизна і практичне значення дисертації, показані особистий внесок автора і апробації результатів. На початку кожного розділу надано короткий огляд літератури з питань, стосовних даного розділу, а в кінці сформульовані висновки.

Розділ 1. Радіотелескоп РТ-22 КрАО, методика спостережень і обробки. Радіодиагностика геліоактивності. РТ-22 КрАО займає гідне місце в ряді найбільших радіотелескопів світу: за відношенням точності поверхні дзеркала до діаметру і за коефіцієнтом напрямленої дії - четверте и пяте місця.

В підрозділах 1.1 і 1.2 подані результати вимірювань діаграми напрямленості антени РТ-22 КрАО, ефективної площі дзеркала і рівня кросполяризаційних пелюстків ДН в діапазоні 1,9-3,5 см. Кутова роздільна здатність радіотелескопа на хвилях 1,95; 2,25; 2,8 і 3,5 см складає 3,6; 4,1; 5,0 і 6,0 кут. хв. при значеннях ефективної площі 240-280 кв.м і рівня інструментальної поляризації 0,3-0,05%.

Підрозділи 1.3 і 1.4 присвячені дослідженню флюктуацій радіовипромінювання несонячного походження в інтервалі періодів від n*10 сек до n*100 хв. Старанно виміряні вібрації конструкції радіотелескопа в діапазоні частот 0,2-200 Гц. Спектр вібропереміщень вторинного дзеркала антени містить сильні гармонічні складові на частотах 1,75; 2,75; 3,0; 4,5 і 4.75 Гц, що відповідає динамічним помилкам ведення антени в інтервалі 1,5-5,0 кут. сек.

В підрозділах 1.5 і 1.6 описана методика диференційних вимірювань пульсацій радіояскравості Сонця на масштабах 10-12 кут. хв. і модифікований метод діаграмної модуляції. В першому випадку застосовувався режим перестановки антени з дискретністю 5 хв., в другому випадку здійснювалася просторово-часова модуляція параметрів радіотелескопу на хвилі 2,25 см за допомогою перемикання осесиметричних ДН.

В підрозділі 1.7 надано короткий опис нині існуючої автоматизованої системи керування РТ-22 КрАО і приймальної апаратури СМ-діапазону. Конфігурація технічних засобів, призначених для керування радіометрами, реєстрації і відображення прийнятих даних про радіовипромінювання Сонця, службової інформації, а також для взаємодії з системою управління антеною радіотелескопа і спостерігачем, реалізована на базі ПЕОМ IBM-PC/AT.

Підрозділ 1.8 присвячений методиці визначення параметрів мікрохвильового випромінювання Сонця: потоків радіо-випромінювання, яскравісних температур, спектральних індексів, ступенів поляризації радіовипромінювання ЛД і середнього МП на рівнях генерації радіовипромінювання в атмосфері Сонця. Наводяться розрахункові формули, традиційно використовувані в радіоастрономічній практиці з врахуванням параметрів радіотелескопа.

В підрозділі 1.9 описані методики одержання спектрів потужності досліджувальних нестаціонарних процесів в сонячному радіовипромінюванні. Аналіз спектрів потужності (СпП) радіопульсацій, що характеризують часові серії сплесків, проводився шляхом співставлення з спектральними характеристиками імпульсних сигналів. Метод швидкого перетворення Фур’є (ШПФ) застосовувався при вивченні пульсацій радіовипромінювання спокійного Сонця. МESA-метод використовувався при аналізі коливань радіовипромінювання ЛД. В пп.1.9.1, 1.9.2, 1.9.3 наведені формули, які складають алгоритм програми розрахунку СпП.

В підрозділах 1.10 и 1.11 розглянуті методики прогнозу сонячної активності (СА) за радіоданими, використовуваними в даний час, і запропоновані для реалізації нові критерії діагностики СА, засновані на даних, які будуть одержані при допомозі “СОПСА-Р”, проект якої розроблений під керівництвом автора даної роботи.

Розділ 2. Спектрально-поляриметричний комплекс для спостереження Сонця на РТ-22 КрАО. Визначення характеристик фізичних процесів в атмосфері Сонця на основі радіоастрономічних спостережень за допомогою РТ-22 КрАО вимагало розробки і створення такої приймальної аппаратури, яка була б сумісна з конструкцією антени і забезпечувала б високу точність вимірювань поляризованої складової випромінювання АО. Цей розділ роботи присвячений опису ряду технічних розробок автора в хронологічному порядку.

В підрозділі 2.1 описані принцип дії і структурні схеми поляриметрів діапазону 1,9-3,5 см. Принцип дії поляриметра на хвилю 3,15 см заснований на модуляції фазової затримки поляризованої хвилі при допомозі обертової чвертьхвильової пластинки і реєстрації вихідних сигналів, пропорційних параметрам Стокса (I,U,Q.V). Перші спостереження на РТ-22 КрАО проведені в 1967 р. Наступним приладом для поляризаційних спостережень був поляриметр на хвилі 1,9; 2,5 и 3,5 см з одночасною реєстрацією інтенсивності (I) і поляризованого по колу випромінювання (V). В свій час (1971 р) він не мав аналогів в радіоастрономічній практиці. Принцип дії поляриметра заснований на частотній селекції ортогональних складових сигналу з наступною фазовою модуляцією. В 1979 р. було закінчено впровадження в дію поляриметра на хвилю 2,25 см з послідовним аналізом стану поляризації, призначеного для вимірювання еліптичної поляризації сонячного випромінювання (параметри Стокса I,Q; I,V). Принцип дії поляриметра заснований на розділенні складових поляризованого сигналу в турнікетному сполученні з наступною модуляцію сигналів в НВЧ-тракті. У 1988 р. вступив в експлуатацію поляриметричний комплекс сантиметрових хвиль (ПКСХ), призначений для роботи з РТ-22 КрАО по схемі Кассегрена з широкосмуговим випромінювачем. Він дозволяє реєструвати повну інтенсивність (I) і поляризовані компоненти (V,Q) випромінювання на хвилях 3,5; 2,8; 2,25 і 1,95 см одночасно. В кінці підрозділу приведені електрична схема і параметри калібровочних еталонів поляризованого випромінювання.

Підрозділ 2.2 вміщує аналітичне дослідження схем поляриметрів. Тут наводяться лише необхідні для розуміння матриці, схематичні зображення НВЧ-трактів поляриметрів, короткий опис алгоритму програми розрахунків на ЕОМ і остаточні вирази для інтенсивності сигналу на вході змішувача радіометра.

В підрозділах 2.3 і 2.4 наведені основні характеристики спектрографів НДРФІ діапазонів 7,8-12,2 і 12,0-17.0 ГГц та радіометричного комплексу ІПФ РАН діапазону довжин хвиль 3-4 мм, які застосовувались при спостереженнях на РТ-22 КрАО в рамках договорів про науково-технічну співпрацю з організаціями м. Н.Новгорода, а також параметри штатної апаратури РТ-22 КрАО ММ-діапазону.

Підрозділ 2.5 містить опис схемних рішень модифікованих радіометрів діапазона 1,9-3,5 см, призначених для диференційних вимірювань пульсацій сонячного випромінювання. В п.2.5.3. описано принцип дії трьоххвильового (3,5;2,8;2,2 см) апаратурного комплексу з сумарно-різницевою обробкою сигналу.

В підрозділах 2.6 і 2.7 подано опис структури і базової конструкції вхідних НВЧ- і вихідних НЧ-обладнань поляриметрів СМ-діапазону. Дизайн і компоновка поляриметричних комплексів на антені радіотелескопа представлена на фотографіях.

Підрозділ 2.8 присвячений розробці перспективних напрямків розвитку досліджень Сонця на РТ-22 КрАО. Обгрунтовується необхідність створення регіонального радіоастрономічного комплексу з метою моніторингу сонячної активності в рамках національного проекту “Служба Сонця в Україні”. Пропонується оптимальна структура спостережувальних засобів СОПСА-Р.

Розділ 3. Спектрально-поляризаційні спостереження сонячних активних областей в діапазоні 1,9-3,5 см. Вивчення спектру і поляризаційних характеристик СМ-випромінювання активних областей, пов’язаних з групами плям і флокулами, безпосередньо відповідає тематиці роботи - діагностика геліоактивності на основі визначення фізичних умов в перехідній зоні хромосфера- корона Сонця.

Підрозділ 3.1 присвячений вивченню геометрії локальних джерел (ЛД) на Сонці за спостереженням затемнень 20.05.1966 р. і 22.09.1968 р. В першому випадку спостереження проводились на малому радіотелескопі на хвилі 3,15 см, а в другому - на РТ-22 КрАО за допомогою поляриметра на хвилі 3,15 см. За кривою затемнення 20.05.1966 р. визначені розміри випромінюючих областей , потоки і їх яскравісні температури. Найбільш якісні і надійні результати одержані нами при спостереженнях часткового сонячного затемнення 22.09.1968 р., оскільки було досягнуто максимально можливу роздільну здатність при даному методі спостережень Сонця рівну ~3 кут. сек. Показано, що розміри ЛД в поляризованому випромінюванні на хвилі 3,15 см точно співпадають з розмірами тіней плям при наявності ядер з розмірами менше 5 кут. сек., а висоти генерації радіовипромінювання досягають 45 т. км.

В підрозділі 3.2 подані результати вивчення зв’язку між радіояскравістю ЛД і площами груп плям (ГП) на хвилі 3,15 см з притягуванням даних на інших хвилях. Показано, що коефіцієнт кореляції між радіояскравістю ЛД і видимими площами ГП не залежить від довжини хвилі, а при переході до розгляду істинних площ ГП значення коефіцієнтів кореляції істотно падають при зростанні довжини хвилі. На основі розгляду двох залімбових АО визнано, що верхні межі утворення поляризованого випромінювання розташовуються на висотах 16 і 35 т. км над фотосферою.

В підрозділі 3.3 здійснена спроба виявити ознаки протонності АО за спостереженнями на хвилях 3,5; 2,5 і 1,9 см девятьох ЛД на Сонці. Для протонних областей характерно зменьшення спектрального індексу в інтервалі 3,5-2,5 см, помітне зростання густини потоку в 6-8 разів радіовипромінювання при збільшенні площі плям лише в 2 рази.

В підрозділі 3.4 розглянуті часові зміни поляризованого випромінювання потужної АО на Сонці протягом 01.07-07.07.1974 р, яка мала високу спалахову активність: 03.07 и 04.07.1974 р. в ній виникали протонні спалахи. Середнє значення ступеня поляризації за розглянутий період на хвилі 3,5 см складало 8%, на хвилі 2,5 см -13%, на хвилі 1,9 см - 17%, однак, на різних хвилях він змінюється неоднаково. Аналізуються зміни спектру ступеня поляризації, викликані перебудовою МП в результаті протонних спалахів.

Підрозділ 3.5 присвячений вивченню коливань ступеня поляризації радіовипромінювання протонної області на Сонці в липні 1974 р. З цією метою були вирахувані СпП досліджуваних процесів: Фур’є-спектри і MESA-спектри, які дозволили оцінити амплітуди і більш точно періоди коливань. Для найбільш сильного коливання ступеня поляризації з періодом 350 хв. оцінена напруженість поздовжної складової МП в нижній короні над АО та її можливі зміни.

В підрозділі 3.6 подані результати вимірювань параметрів трьох АО за поляризаційними спостереженнями в діапазоні 1,95-3,5 см в роки максимуму 22 циклу СА. Спостереження проводились за допомогою поляриметричного комплексу на хвилях 3,5; 2.8; 2,25 і 1,95 см в жовтні 1989 р. (ГП СД No 401)*) і липні-серпні 1991 р. (ГП СД No 296 і No 311). Потоки радіовипромінювання ГП СД No 401 в середньому в два раза були вище потоків радіовипромінювання інших ГП. Це знаходиться в узгодженні зі сплескової активністю ЛД: 19.10. и 23.10.1989 р. нами зареєстровані потужні сплески з потоком в 4000-7000 с.о.п., які супроводжували протонні спалахи. Підтверджено характерний для протонних подій зріст ступеня поляризації радіовипромінювання зі зменшенням довжини хвилі. Параметри ЛД: густина потоку, ступінь поляризації, спектральні індекси, яскравісні температури і середнє МП представлені в таблиці.

Розділ 4. Динаміка сонячних сплесків за спостереженням в короткохвильовій частині сантиметрового діапазона довжин хвиль. Перехідний шар від хромосфери до корони відповідальний за випромінювання в КХ-частині СМ-діапазону довжин хвиль, тому ряд проблем, пов'язаних з визначенням центрів енерговиділення і фізичних умов в цій області атмосфери Сонця, вимагають спектрально-поляриметричних спостережень на радіотелескопі з високою кутовою роздільною здатністю.

В підрозділі 4.1 розглянута сплескова активність ЛД за спостереженнями на РТ-22 КрАО на хвилі 1,95 см 06.07.1974 р. Виявлені певні етапи в розвитку сплескової активності, кожний із яких складається з декількох сплесків-провісників, які є попередниками відносно сильного сплеску.

*) ГП СД No – група плям з бюлетеня “Сонячні дані” №.

Підрозділ 4.2 присвячений подальшому вивченню сплескової активності ЛД СД No 96 1974 р. методом Фур’є-аналізу даних, характеризуючих передспалахові стани АО. Співставлення СпП зі спектральними характеристиками пачки імпульсів показало, що аналізовані процеси представляють собою групи квазіперіодичних сплесків з нестаціонарною амплітудою, певної середньої тривалості і періодом повторення.

В підрозділі 4.3 на ряді прикладів проілюстровані передсплескові зміни поляризованого СМ-випромінювання перед потужними сплесками. Виявлені такі особливості: виникненню сплеска 12.07.1968 р. передував наступ балансу інтенсивностей різного знака поляризації, перед потужним сплеском 04.07.1974 р. спостерігалось зменшення ступеня поляризації випромінювання на хвилі 1,9 см зі згасаючими квазіперіодичними коливаннями з середнім періодом 20 хв.

В підрозділі 4.4 представлені деякі результати спільних (КрАО-СибІЗМІРАН) і (КрАО-НДРФІ) досліджень динаміки спектрів випромінювання радіосплесків за спостереженнями на РТ-22 КрАО на дискретних частотах і в безперервних частотних діапазонах (8-12), (12-17) ГГц. Аналізуються істотні градієнти в спектрі радіовипромінювання на початковій стадії розвитку деяких складних сплесків. Вивчена динаміка передсплескових явищ в інтервали часу, беспосередньо примикаючі до імпульсної фази послідуючого сплеску.

Підрозділ 4.5 містить результати аналізу сплескової активності трьох АО, які спостерігались в жовтні 1989 р. і в липні-серпні 1991 р., на основі каталогу із 94 сплесків з потоком радіовипромінювання менше 100 с.о.п. З метою вивчення статистичних властивостей сплесків були визначені такі їх параметри: значення потоків на чотирьох хвилях, ступені поляризації і спектральних індексів з потоку.

В підрозділі 4.6 розглянуто явище інверсії знаку кругової поляризації сплесків в діапазоні 1,9-3,5 см: визначений діапазон критичних частот, в якому можна очікувати виникнення еліптично поляризованого радіовипромінювання. Сценарії цього явища інтерпретовані в рамках модельних уявлень, розроблених В.В.Железняковим.

Підрозділ 4.7 присвячений проблемі взаємодії віддалених джерел на диску Сонця, а саме, аналізу відповідного сплеска 11 липня 1991 р., зареєстрованого на РТ-22 КрАО в поляризованому випромінюванні на хвилях 1,95; 2,25; 2,8 і 3,5 см. Розглянута схематична модель арочних структур двох взаємодіючих АО, визначені параметри радіовипромінювання на різних стадіях розвитку сплеску, оцінена швідкість тригера вторинного сплеску і спектр коливань радіовипромінювання.

В підрозділі 4.8 докладно описані 11 подій з наявністю квазі-періодичних пульсацій в інтенсивності і поляризованому радіовипромінюванні сонячних сплесків. Виявлені характерні коливні структури, накладені на часові профілі сплесків: під час провісників існують коливання з малими періодами 10-20 сек, в стадії зросту інтенсивності з’являються коливання на субгармоніках 20-60 сек, а в стадії спаду інтенсивності період коливань поступово збільшується до сотень секунд при зростанні амплітуди коливань.

Підрозділ 4.9 - діагностика плазми сонячного спалаху 02.11. 1988 р.- демонструє, як на основі параметрів коливної структури радіосплеска можна проводити діагностику визначеного класу сонячних спалахів. За основу взята модель Зайцева-Степанова. Приведені разрахункові формули і визначені температура, густина еруптивної плазми і середнє МП спалахової петлі.

В підрозділі 4.10 розглянуті деякі моделі коливань радіовипромінювання під час спалахових процесів: моделі Зайцева-Степанова, Альфвена, Таппінга і Петрухіна. Спектрально-часовий аналіз коливань радіовипромінювання мікрохвильових сплесків в інтервалі періодів 10-60 сек за даними спостережень на РТ-22 КрАО дає деякі основи для коректування ряду моделей спалахових процесів.

В підрозділі 4.11 представлені результати спостережень мілісекундних пульсацій радіовипромінювання ЛД на хвилі 3,3 мм. Спостерігались три АО 14.05.-16.05.1988 р., які мали компактні ядра з відстанями між ними 80-90 кут.сек.(оптичні аналоги - флокул і ГП). Обгрунтовуєтся сонячне походження пульсації ММ-випромінювання тривалістю 260 і 200 мсек. Наявність компактних ядер в АО свідчить про можливе існування арочної структури з джерелом субсекундних пульсацій в її вершині.

Розділ 5. Великомасштабні структури на Сонці і їх радіозображення в ММ- і СМ-діапазонах. Радіовипромінювання Сонця характеризується не тільки нестаціонарними процесами, але й випромінюванням великомасштабних структур: Сонця, як радіозірки, радіогрануляційних утворень, корональних дір (КД) і комплексів активності (КА).

Підрозділ 5.1 містить результати вимірювань яскравісної температури спокійного Сонця в діапазоні 1.9-3,5 см, які виконувались з використанням Місяця для абсолютної калібровки протягом кількох циклів спостережень на РТ-22 КрАО.

Виміряні значення яскравісної температури такі:

Хвиля, см 1,9 2,25 2,5 2,8 3,15 3,5

Яскр.Т, К 9700 10200 10800 11500 12300 13000

В підрозділі 5.2 викладаються результати вимірювань еліптичності радіозображення Сонця. Показано, що відношення ширин записів екваторіальних сканів диска Сонця до полярних складають (1,066-1,050) на хвилі 3,5 см;(1,040-1,028) на хвилі 2,5см ; (1,030-1,017) на хвилі1,9 см. Великі значення відносного поширення одержані в 1972 р. - в рік з високим рівнем активності Сонця.

В підрозділі 5.3 аналізується зв’язок радіовипромінюючих областей з флокулами і слабими пагорбами МП за спостереженнями в рік мінімуму сонячної активності (1976 р). Перевищення усереднених за джерелом яскравісних температур цих областей над рівнем спокійного Сонця дорівнює в середньому 3,8; 2,6 і 2,0% на хвилях 3,5; 2,5 і 1,9 см відповідно.

Підрозділ 5.4 присвячений визначенню параметрів радіогрануляційної структури радіовипромінювання спокійного Сонця на хвилі 3,3 мм. Обмірковуються просторові масштаби радіогрануляцій, які замкнені в трьох інтервалах (40-90); (120-150) і (190-500) кут.сек. Виявлена особливість радіогрануляції масштабу 60-90 кут.сек., яка свідчить про якісний зв’язок радіогрануляції з неоднорідністями хромосфери, які розташовані вздовж лінії інверсії МП.

В підрозділі 5.5 представлені відомості і результати спостережень на РТ-22 КрАО радіовипромінювання корональних дір в діапазоні 1,95-3,5 см. За вказаною тематикою проведено десять циклів спостережень протягом 1991-1996 р. Визначена середня величина депресії радіояскравості в областях розташування КД, складова біля 1% яскравісної температури спокійного Сонця на вказаних вище хвилях.

В підрозділі 5.6 на основі аналізу 12 радіозображень Сонця в повній інтенсивності і в поляризованому випромінюванні, одержаних за результатами одночасних спостережень на РТ-22 КрАО на хвилях 1,95; 2,25; 2,8 і 3,5 см в 1990-1992 рр., вироблени критерії для діагностики сонячної активності. Радіоастрономічними параметрами для прогнозу СА пропонується використати особливості великомасштабного розподілу поляризованого випромінювання в цьому діапазоні.

Розділ 6. Коливання радіовипромінювання Сонця в інтервалі p-мод. Постановка спостережень на РТ-22 КрАО з метою виявлення коливань радіовипромінювання, аналогічних глобальним p-модам, сприяла одержанню нових експериментальних даних з проблем геліосейсмології. Пошук слідів p-мод осциляції Сонця в модуляції СМ-випромінювання базується на матеріалах спостережень на РТ-22 КрАО протягом 7 років.

В підрозділі 6.1 коротко описані типи коливальних процесів, які протікають в підфотосферних шарах оболонки Сонця, на фотосферних рівнях і хромосферні осциляції в тіні сонячних плям, підтверджені оптичними спостереженнями. Наведені відомості про коливні процеси в перехідний зоні хромосфера-корона і в короні Сонця за результатами радіоастрономічних спостережень. Описані способи інтерпретації коливань і хвиль в атмосфері Сонця. Подані математичні вирази для розрахунку частот (періодів) коливань.

В підрозділі 6.2 вивчені амплітудно-частотні характеристики коливань в I- і V-компонентах 2-х СМ-випромінювання восьми ЛД в залежності від положення відповідних їм ГП на диску Сонця (спостереження 1980,1982р). Аналізуються багатомодові коливання в інтервалі періодів 140-650 c. Визначена амплітуда варіацій ефективної температури ЛД для поляризованого компонента і для повної інтенсивності радіовипромінювання ГП. Основна увага була приділена визначенню дискретності домінуючих піків СпП, яке виявилось кратним відомому розщеплюванню глобальних 5-хв. осциляції Сонця. Показано,що коливання радіовипромінювання з періодом 10.7 хв. віддзеркалюють хвильові процеси в перехідному шарі атмосфери Сонця.

Підрозділ 6.3 вміщує аналіз спостережень за коливаннями в радіовипромінюванні незбуреного Сонця, виконаних в період (1985-1986рр). Представлені докази проявлення глобальних 5-хв. осциляції фотосфери в модуляції радіовипромінювання на хвилі 2,25 см і стабільних коливань з періодами 373,3; 234,3; 171,6 с , зареєстрованих раніше оптичними і радіоспостереженнями. Середня амплітуда коливань радіояскравості в інтервалі 5-хв. осциляцій складає 0,7 K, а в інтервалі 3-хв. фотосферних осциляцій - 0,3 K.

В підрозділі 6.4 аналізуються результати спільних (КрАО-ІПФАН) спостережень на РТ-22 КрАО на хвилі 3,3 мм в період 1987-1991 рр. Більшість 3-хв. і 5-хв. коливань ММ-випромінювання за частотою модуляції (значенням періода) співпали з частотами осцилляції хромосфери і перехідного шару, одержаними з незалежних вимірювань. Показано, що відмінність фундаментальних періодів резонансних коливань в хромосфері за моделлю Ю.Д. Жугжди (183, 161, 145 c) від періодів коливань в ММ-випромінювані (189,166,156 c) може служити основою для деякого коректування моделі в виборі фізичних умов для розрахунку резонансних частот, що випливають із теорії.

В підрозділі 6.5 розглянуті питання трансформації і фільтрації хвиль в перехідній зоні атмосфери Сонця. Аргументовані факти проявлення акустичних p-мод пульсацій фотосфери в радіовипромінюванні незбуреного Сонця, які підтверджують сучасні уявлення про просочування акустико-гравітаційних хвиль в перехідну зону атмосфери Сонця. Розглянутий ряд сценаріїв модуляції мікрохвильового випромінювання Сонця. Запропонована якісна модель хромосферного резонатора, функціонуючого в режимі биття між основними більш високими частотами генерації.

Розділ 7. Пульсації радіовипромінювання спокійного Сонця в інтервалах f- і g- мод. Пошук довгоперіодичних коливань радіояскравості незбуреного Сонця за спостереженнями на РТ-22 КрАО в СМ-діапазоні довжин хвиль був ініційований А.Б.Сєвєрним. Найпершою метою була необхідність з’ясувати, чи з’являються пульсації фотосфери з періодом 160 хв. в радіовипромінюванні Сонця. Геліосейсмологічні спостереження проводились протягом 9 років, починаючи з 1977 р.

В підрозділі 7.1 наведені ввідні зауваження, які стосуються внутрішньої будови Сонця, гравітаційних хвиль і фундаментальної моди його осциляцій, а також формули для разрахунку періодів сонячних g-мод коливань.

Підрозділ 7.2 присвячений результатам спостережень коливань сонячного радіовипромінювання з періодом 160 хв. в діапазоні 1,9-3,5 см. Всього по цій програмі було виконано сім циклів спостережень тривалістю 54 дні (394 години). В роботі проведено співставлення середньої кривої для променевої швидкості і інфрачервоної яскравості (за вимірюваннями в КрАО) з кривою відносної радіояскравості для періоду 160,005 хв. Визначені статистична значимість, середня амплітуда і величина фазового запізнення. Зазначені деякі сценарії проявлення 160 хв. осциляції в модуляції сонячного радіовипромінювання.

В підрозділі 7.3 вивчений спектр коливань радіояскравості незбуреного Сонця за диференційними спостереженнями на хвилі 2,25 см в 1978-1984 рр. Сумарний інтервал часу спостережень - 528 годин. В середніх СпП флюктуацій радіояркості виявлено 12 домінуючих піків в інтервалі періодів 70-400 хв., не зв’язаних зі скважністю рядів спостережень. Визначена середня амплітуда цих коливань, яка відповідна змінам яскравісної температури спокійного Сонця.

В підрозділі 7.4 продовжено обміркування даних геліосейсмологічних спостережень на хвилі 2,25 см. Проведений сумісний аналіз гармонічних складових, виділених в середньому і когерентному СпП радіопульсації Сонця. В рамках відомих уявлень про взаємодії g-мод сонячних осциляцій показано, що в інтервалі 77-161 хв. заточені комбінаційні періоди коливань інтервалу 178-396 хв.

Підрозділ 7.5 містить результати спостережень корональних дір на РТ-22 КрАО на хвилях 2,2; 2,8