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

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

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.

Full Text

Restricted Access

About the authors

С. А. Рябова

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

Author for correspondence.
Email: ryabovasa@mail.ru
Russian Federation, Москва; Москва

В. А. Пилипенко

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

Email: ryabovasa@mail.ru
Russian Federation, Москва

Г. М. Коркина

Геофизическая служба РАН, Камчатский филиал

Email: ryabovasa@mail.ru
Russian Federation, Петропавловск-Камчатский

М. С. Соловьева

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

Email: ryabovasa@mail.ru
Russian Federation, Москва

Ю. В. Поклад

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

Email: ryabovasa@mail.ru
Russian Federation, Москва

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The shift diagram of radio tracks controlled by (a) a receiver in Petropavlovsk-Kamchatsky (PTK), (b) receivers in Prague (PRG) and Kaliningrad (KLD). A large asterisk indicates a sub-flash point.

Download (54KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Variations of gamma radiation in different energy channels according to the STIX instrument (a) and variations of the amplitude of the signal received in PTK along the JJY, JJI and NWC routes (b).

Download (36KB)
Indexing metadata
4. 3. Variations of gamma radiation in the 10...15 keV energy channel according to the STIX instrument (a) and amplitude and phase disturbances on the JJY and NWC radio paths (b).

Download (28KB)
Indexing metadata
5. 4. Variations in the amplitude of the signal received in the PRG along the DHO, GBZ, GQD and HWU routes. The vertical dotted line shows the moment of the gamma-ray flash.

Download (41KB)
Indexing metadata
6. 5. Variations in the amplitude of the signal (in decibels) received in KLD along the DHO, GBZ, GOD, HWU and NAA routes (left) and the phase of the signal received in KLD along the GBZ, GOD and NAA routes (right). The vertical dotted line shows the moment of the gamma-ray flash.

Download (74KB)
Indexing metadata
7. 6. Magnetograms of the X (left) and Y (right) components of the MMB, KAK, KNY stations in the night sector in the northern hemisphere. The vertical dotted line shows the moment of the gamma-ray flash.

Download (59KB)
Indexing metadata
8. 7. Magnetograms of the X (left) and Y (right) components of the ESC, HAD, VAL, and WNG stations in the daytime sector. The vertical dotted line shows the moment of the gamma-ray flash.

Download (68KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences