Natural Sciences and Humanities Series / 2023 year / Issue 2

Представлены первые результаты работы пары мюонных телескопов, установленных на станциях Апатиты и Баренцбург (арх. Шпицберген) в дополнение к имеющимся нейтронным мониторам. Предложена методика выделения малых вариаций на фоне более сильных вариаций, вызванных солнечной активностью. С ее помощью выявлена небольшая анизотропия космических лучей между направлениями приема мюонных телескопов. О причинах такой анизотропии пока трудно судить, поскольку период солнечной активности составляет 11 лет, а наблюдения велись чуть более года.

Разработана система, позволяющая проводить оценку эквивалентной дозы излучения на высотах полета гражданских авиалайнеров в режиме реального времени. Представлено краткое описание методики вычислений, дается ссылка на информационный ресурс, предоставляющий данные в открытом доступе. Показан результат для типового спектра протонов космических лучей, полученного со спутника.

Построена численная модель предсказания параметров солнечной активности — числа солнечных пятен R и потока радиоизлучения на волне 10,7 см F10,7 вперед на 27 суток. Численная модель использует искусственную нейронную сеть (ИНС) с LSTM (Long short-term memory) слоями. Как для числа солнечных пятен, так и для потока радиоизлучения модель предсказывает уровни и пределы вариации значений на 27 дней. Средняя абсолютная ошибка предсказания модели составляет менее 6 %. Модель в реальном времени реализована на сайте http://aurora.pgia.ru и может быть дополнением к долгосрочным прогнозам других интернет-ресурсов.

На основе экспериментальных данных радара EISCAT и методов численного моделирования исследовано влияние потоков высыпающихся субрелятивистских (релятивистских) электронов внешнего радиационного пояса Земли на работу системы дальней навигации РСДН-20, работающей на частотах 11,905, 12,649 и 14,881 кГц. В результате вычислительных экспериментов на частоте 14,881 кГц при незначительном, менее порядка, увеличении концентрации электронов в D- и E-слоях ионосферы получено незначительное снижение затухания в возмущенных условиях. На меньших частотах и в случае увеличения концентрации в области отражения наблюдается увеличение затухания сигнала. Показано, что нарушение монотонности у частотной зависимости затухания сигнала связано с положением границы между областями с различным характером затухания сигнала и высотой отражения сигнала от ионосферы. В случае, когда точка пересечения высотного профиля частоты столкновений электронов υe с профилем удвоенной плазменной частоты 2ωe оказывается внутри области отражения сигнала, наблюдается нелинейный вид зависимости затухания от частоты. Фазы сигналов РСДН-20 слабо подвержены влиянию высыпаний в атмосферу электронов релятивистских энергий. Сравнение амплитуд сигналов, полученных в вычислительных экспериментах, и сигналов, зарегистрированных на обсерваториях ПГИ «Ловозеро» и «Баренцбург», показало частичное согласие в большей части изменений, зарегистрированных во время высыпания субрелятивистских электронов в полярной ионосфере. Представленные оценки могут быть использованы на коротких радиотрассах 100‒200 км в области высоких широт для мониторинга состояния ионосферы.

Проведен анализ влияния ионосферных возмущений на GPS-сцинтилляции в области аврорального овала с использованием приемника на станции Шиботн, Норвегия (Skibotn — SKN, CGM — 66,28 с. ш., 103,41 в. д.). Параметры ионосферы определялись по данным радара UHF EISCAT. Проанализированы случаи за 2015–2022 гг., когда были доступны данные GPS и EISCAT. В работе предствалены типичные события. Также использовались оптические наблюдения полярных сияний на станции SKN в спектральных линиях 557,7 и 630,0 нм. Показано, что наиболее сильные фазовые сцинтилляции GPS (σΦ > 1) вызывали ионосферные возмущения в Е-области (100–120 км), эти возмущения сопровождались появлением дуг полярных сияний. Возмущения ионосферы в F-области (> 200 км) не вызывают значительных фазовых сцинтилляций. Ночные и вечерние суббури, сопровождаемые отрицательной магнитной бухтой, вызывают наиболее сильные фазовые GPS-сцинтилляции. В то же время положительные магнитные бухты, связанные с усилением восточного электроджета, во время магнитной бури создают фазовые сцинтилляции, сравнимые с ночными суббурями. Заметного роста амплитудных сцинтилляций во время рассматриваемых событий не обнаружено.

Рассмотрена реакция геомагнитного поля на разрушение метеоров в Якутии (4 марта 2014 г.) и Хакасии (6 декабря 2016 г.) по данным магнитной обсерватории «Иркутск». Анализ вариаций компонент геомагнитного поля показал, что пролет и взрывы метеоров сопровождались появлением геомагнитных возмущений в районе обсерватории. Их появление может быть вызвано распространением ударных, внутренних гравитационных и магнитогидродинамических волн, образовавшихся в результате пролета и разрушения метеоров. Оценены периоды этих волновых возмущений и скорости их распространения от областей генерации.

Представлена методика расчета синтетических спектров излучения систем полос триплетных уровней молекулярного азота: Вегарда – Каплана VK N2( ???? Σ???? → ????Σ???? ), первой положительной системы 1 PG N2( ????Π� → ???? Σ????), второй положительной системы 2PG N2(???? Π� → ????Π????. При расчетах синтетических спектров учтены индивидуальные строения соответствующих молекул. Заселенности колебательных уровней триплетных состояний молекулярного азота рассчитаны с учетом передачи энергии между триплетными уровнями в столкновительных реакциях и внутримолекулярного перераспределения энергии. Представлены примеры расчета синтетических спектров.

Проведены расчеты концентраций N2(X1g+, v' = 1) и интенсивностей свечения инфракрасных полос озона О3 и закиси азота N2O на высотах 30–70 км средней атмосферы Земли при высыпании электронов с энергиями Е = 2, 4, 10 МэВ. Показано, что при заданном потоке релятивистских электронов 105 эл/см2·с·стер концентрации колебательно-возбужденного молекулярного азота N2(X1g+, v' = 1) получаются порядка 105–106 см–3 на высотах 50–70 км средней атмосферы. Проведен расчет профилей свечения инфракрасных полос озона 4,7 и 9,9 мкм, а также инфракрасной полосы закиси азота 4,5 мкм для высыпания высокоэнергичных электронов с энергиями Е = 2, 4, 10 МэВ. Впервые показано, что колебательно-возбужденный азот N2(X1g+, v' = 1) принимает активное участие в изменении инфракрасного баланса средней атмосферы в результате неупругих молекулярных столкновений с молекулами О3 и N2O во время высыпаний высокоэнергичных электронов.

Проводится сравнение результатов теоретических расчетов интенсивностей свечения различных систем полос электронно-возбужденного молекулярного кислорода с экспериментальными данными по ночному свечению О2, полученными с космического шаттла «Дискавери». Представлены рассчитанные значения интегральной светимости (гистограммы) для расчетных месяцев года Земли. Показано, что на средних широтах Земли в период низкой солнечной активности максимальные значения интегральной светимости для полос Герцберга I и Чемберлена в июле, для Атмосферных полос — в октябре.

В данной работе изложен способ организации параллельных вычислений на графических процессорах с использованием технологии CUDA применительно к модели общей циркуляции нижней и средней атмосферы Земли. Эта модель разрабатывается в Полярном геофизическом институте и основана на численном интегрировании полной системы уравнений динамики вязкого атмосферного газа на пространственной сетке с высоким разрешением в сферическом слое вокруг поверхности Земли. В модель включен блок расчета переноса солнечного и теплового излучения, который также использует параллельные вычисления на основе технологии CUDA.

Работа посвящена исследованию малоизученного явления: возрастанию во время осадков рентгеновского и гамма-излучения, приходящего из атмосферы. В данной работе внимание сосредоточено на анализе событий длительных возрастаний, которые происходят редко и отличаются от типичных событий возрастаний медленным ростом, наличием многих максимумов. Используется измеритель дифференциального спектра электромагнитного излучения в диапазоне 0,1 –4 МэВ. Анализ спектров, измеренных в длительных событиях возрастания, показал, что характеристики спектров не отличаются от таких же характеристик в обычных возрастаниях. Делается вывод, что длительные события не отличаются от обычных и обусловлены теми же причинами.

По результатам исследований базальтоидных пород Западного Шпицбергена (Земля Норденшельда) рассмотрены особенности их геотектонической позиции и распределения по стратиграфическим комплексам осадочного чехла. Приведены некоторые характеристики геохимического состава пород. Дана оценка возрастного диапазона проявления магматизма на основе радиологических датировок и в сравнении с арх. Земля Франца-Иосифа. В контексте полученных данных высказаны соображения по поводу геодинамических условий формирования Баренцевоморской магматической провинции.