Воздействие взрыва сверхновой на ионосферу Земли по данным СДВ радиопросвечивания и магнитометров

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Орбитальные рентгеновские и гамма-телескопы зарегистрировали 9.X.2022 самый мощный из когда-либо наблюдаемых взрывов во Вселенной — гамма-всплеск GRB221009A. Отклик ионосферы Земли на это уникальное событие был обнаружен в принимаемых сигналах сверхдлинноволновых (СДВ) радиотрасс, проходящих как через дневную, так и ночную ионосферу. Возмущение в ночном секторе наблюдалось как внезапное уменьшение амплитуды до 7 дБ и резкий скачок фазы сигнала до 20…30°. В дневном секторе были обнаружены менее выраженные скачки амплитуды до 1.5 дБ. На магнитометрах в момент вспышки в ночные часы отмечено лишь появление слабого всплеска геомагнитного поля ~0.5 нТл. В дневные часы наблюдался изолированный геомагнитный импульс с амплитудой до 1 нТл. Появление геомагнитного отклика на гамма-вспышку представляется удивительным, т.к. ее излучение создает дополнительную ионизацию в стратосфере, существенно ниже проводящего Е-слоя ионосферы. Зарегистрированное событие показало, что внегалактические гамма-всплески вызывают заметное возмущение в земной ионосфере, а покрывающую нижнюю ионосферу сеть СДВ-радиотрасс можно рассматривать как гигантский гамма-детектор.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. А. Рябова

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук; Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: ryabovasa@mail.ru
Россия, Москва; Москва

В. А. Пилипенко

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук

Email: ryabovasa@mail.ru
Россия, Москва

Г. М. Коркина

Геофизическая служба РАН, Камчатский филиал

Email: ryabovasa@mail.ru
Россия, Петропавловск-Камчатский

М. С. Соловьева

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук

Email: ryabovasa@mail.ru
Россия, Москва

Ю. В. Поклад

Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского Российской академии наук

Email: ryabovasa@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Klebesadel R.W., Strong I.B., Olson R.A. Observations of gamma-ray bursts of cosmic origin // Astrophysical J. 1973. V. 182. Iss. L85. doi: 10.1086/181225.
  2. O’Connor B. Troja E., Ryan G. et al. A structured jet explains the extreme GRB 221009A // Science Advances. 2023. V. 9. Iss. 23. doi: 10.1126/sciadv.adi1405.
  3. Abdo A.A., Ackermann M., Arimoto M. et al. Fermi observations of high-energy gamma-ray emission from GRB 080916c // Science. 2009. V. 323. Iss. 5922. P. 1688–1693. doi: 10.1126/science.1169101.
  4. Позаненко А.С., Барков М.В., Минаев П.Ю. и др. Космические гамма-всплески: многоволновые исследования и модели // Письма в Астрономический журнал. 2021. T. 47. № 12. С. 823–865. doi: 10.31857/S0320010821120032.
  5. Carlson B.E., Lehtinen N.G., Inan U.S. Terrestrial gamma ray flash production by lightning current pulses // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2009. V. 114. Iss. 12. doi: 10.1029/2009JA014531.
  6. Surkov V.V., Pilipenko V.A. Estimate of the source parameters of terrestrial gamma-ray flashes observed at low-Earth-orbit satellites // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2022. V. 237. Iss. 23. doi: 10.1016/j.jastp.2022.105920.
  7. Hayes L.A., O’Hara O.S.D., Murray S.A. et al. Solar flare effects on the Earth’s lower ionosphere // Solar Physics. 2021. V. 296. Iss. 11. doi: 10.1007/s11207-021-01898-y.
  8. Williams M.A., Kennea J.A., Dichiara S., et al. GRB221009A: Discovery of an exceptionally rare nearby and energetic gamma-ray burst // Astrophysical J. Letters. 2023. V. 946. Iss. L24. DOI: 3847/2041-8213/acbcd1.
  9. Frederiks D., Svinkin D., Lysenko A.L. et al. Properties of the extremely energetic GRB221009A from Konus-WIND and SRG/ART-XC observations // Astrophysical J. Letters. 2023. V. 949. Iss. 1. doi: 10.3847/2041-8213/acd1eb.
  10. Штерн Б., Ткачев И. GRB221009A, его предшественник и два послесвечения в данных Ферми // Письма в ЖЭТФ. 2023. Т. 118. С. 562–569. doi: 10.31857/S123456782320003X
  11. LHAASO collaboration A tera–electron volt afterglow from a narrow jet in an extremely bright gamma-ray burst // Science. 2023. V. 380. Iss. 6652. P. 1390–1396. doi: 10.1126/science.adg9328.
  12. Соловьева М.С., Рожной А.А. Нарушения ОНЧ / НЧ сигналов на дальневосточных трассах 27 декабря 2004 г., вызванные гамма-вспышкой магнетара SGR 1806-20 // Геомагнетизм и аэрономия. 2015. T. 55. № 6. С. 833–838.
  13. Inan U.S., Lehtinen N.G., Lev-Tov S.J. et al. Ionization of the lower ionosphere by 7-rays from a magnetar: Detection of a low energy (3-10 keV) component // Geophysical Research Letters. 1999. V. 26. Iss. 22. P. 3357−3360.
  14. Fishman G., Inan U. Observation of an ionospheric disturbance caused by a gamma-ray burst // Nature. 1988. V. 331. P. 418–420. doi: 10.1038/331418a0.
  15. Hayes L.A., Gallagher P.T. A significant sudden ionospheric disturbance associated with gamma-ray burst GRB221009A // Research Notes of the AAS. 2022. V. 6. Iss. 10. doi: 10.3847/2515-5172/ac9d2f.
  16. Pal S., Hobara Y., Shvets A. et al. First detection of global ionospheric disturbances associated with the most powerful gamma ray burst GRB221009A // Atmosphere. 2023. V. 14. Iss. 2. doi: 10.3390/atmos14020217.
  17. Hayakawa M. Earthquake prediction with radio techniques. Singapore: Wiley, 2015. 294 p.
  18. Rozhnoi A., Solovieva M., Hayakawa M. VLF/LF signals method for searching of electromagnetic earthquake precursors // Earthquake prediction studies: seismo electromagnetics. Tokyo: TERRAPUB, 2013. P. 31–48.
  19. Шалимов С.Л., Рожной А.А., Соловьева М.С. и др. Воздействие землетрясений и цунами на ионосферу // Физика Земли. 2019. № 1. С. 199–213. doi: 10.31857/S0002-333720191199-213.
  20. Krucker S., Hurford G.J., Grimm O., et al., The spectrometer/telescope for imaging X-rays (STIX) // Astronomy and Astrophysics. 2020. V. 642. doi: 10.1051/0004-6361/201937362.
  21. Копылова Г.Н., Будилова Е.А., Соловьева М.С. и др. Модернизация системы радиоволнового мониторинга в КФ ФИЦ ЕГС РАН // Проблемы комплексного геофизического мониторинга сейсмоактивных регионов. Тр. VIII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Петропавловск-Камчатский: КФ ФИЦ ЕГС РАН, 2021. С. 405−409.
  22. Perona G.E. LF and VLF phase antinomies during solar X-ray flares // Radio Science. 1975. V. 10. Iss. 4. P. 435–444.
  23. Rozhnoi A., Solovieva M., Fedun V. et al. Strong influence of solar X-ray flares on low-frequency electromagnetic signals in middle latitudes // Annales Geophysicae. 2019. V. 37. P. 843–850. doi: 10.5194/angeo-37-843-2019.
  24. Polyanskaya E.A., Solovieva M.S., Pilipenko V.A. et al. Monitoring of the solar flare impact on the ionosphere with VLF radio sounding and magnetometers // Problems of Geocosmos–2022, Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences / eds. A. Kosterov, E. Lyskova, I. Mironova, S. Apatenkov, S. Baranov. 2023. P. 361–373.
  25. Grubor D., Sulic D., Zigman V. Classification of X-ray solar flares regarding their effects on the lower ionosphere electron density profile // Annales Geophysicae. 2008. V. 26. Iss. 7. P. 1731–1740. doi: 10.5194/angeo-26-1731-2008.
  26. Пархомов В.А. Геомагнитные пульсации, связанные с гамма-излучением солнечных вспышек // Геомагнетизм и аэрономия. 1992. Т. 32. С. 130−136.
  27. Матрончик А.Ю. О возможном механизме генерации геомагнитных пульсаций гамма-излучением солнечных вспышек // Геомагнетизм и аэрономия. 1995. Т. 34. № 6. С. 179−181.
  28. Moldavanov A.V. Stratospheric discharges during solar gamma flares // J. Physics. D: Applied Physics. 2003. V. 36. Iss. 1. doi: 10.1088/0022-3727/36/1/101.
  29. Shiokawa K., Nomura R., Sakaguchi K. et al. The STEL induction magnetometer network for observation of high-frequency geomagnetic pulsations // Earth Planets Space. 2010. V. 62. P. 517–524.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема СДВ радиотрасс, контролируемых (а) приемником в г. Петропавловске-Камчатском (PTK), (б) приемниками в г. Праге (PRG) и в г. Калининграде (KLD). Большой звездочкой показана подвспышечная точка.

Скачать (54KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Вариации гамма-излучения в разных энергетических каналах по данным прибора STIX (а) и вариации амплитуды сигнала, принимаемого в PTK по трассам JJY, JJI и NWC (б).

Скачать (36KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Вариации гамма-излучения в энергетическом канале 10…15 кэВ по данным прибора STIX (а) и возмущения амплитуды и фазы на радиотрассах JJY и NWC (б).

Скачать (28KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Вариации амплитуды сигнала, принимаемого в PRG по трассам DHO, GBZ, GQD и HWU. Вертикальный пунктир показывает момент гамма-вспышки.

Скачать (41KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Вариации амплитуды сигнала (в децибелах), принимаемого в KLD по трассам DHO, GBZ, GOD, HWU и NAA, (слева) и фазы сигнала, принимаемого в KLD по трассам GBZ, GOD и NAA (справа). Вертикальный пунктир показывает момент гамма-вспышки.

Скачать (74KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Магнитограммы X (слева) и Y (справа) компонент станций MMB, KAK, KNY в ночном секторе в северном полушарии. Вертикальный пунктир показывает момент гамма-вспышки.

Скачать (59KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Магнитограммы X (слева) и Y (справа) компонент станций ESC, HAD, VAL, WNG в дневном секторе. Вертикальный пунктир показывает момент гамма-вспышки.

Скачать (68KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024