Solnechno-Zemnaya Fizika Solnechno-Zemnaya Fizika Солнечно-земная физика 2712-9640 22347 10.12737/szf-52201911 Результаты исследований Results of current research Результаты исследований Ionospheric effects of two solar flares in the maximum of solar cycle 23 and in the minimum of solar cycle 24 Ионосферные эффекты двух солнечных вспышек максимума 23-го и минимума 24-го циклов солнечной активности Смирнов Владимир Михайлович Smirnov Vladimir Mihaylovich vsmirnov@ire.rssi.ru Смирнова Елена Владимировна Smirnova Elena Vladimirovna Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН Фрязино Россия Kotelnikov IRE RAS Fryazino Russian Federation ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН Россия ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН Russian Federation ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН Фрязино Россия ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН Фрязино Russian Federation 5 2 82 88 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/22347/view

На основе данных навигационных спутниковых систем GPS и ГЛОНАСС рассмотрены отклики среднеширотной ионосферы на экстремальные солнечные вспышки, произошедшие в максимуме 23-го (28 октября 2003 г.) и минимуме 24-го (6 сентября 2017 г.) циклов солнечной активности в одно время года и при близких зенитных углах Солнца. Для выделения отклика использовалась скорость изменения полного электронного содержания, которая практически не зависит от характеристик аппаратуры и определяется только параметрами среды распространения, в данном случае ионосферы. Показано, что форма отклика ионосферы практически не зависит от общей длительности вспышки. В обоих случаях длительность основного отклика по уровню 0.5 составляет примерно 1.5–2 мин, при этом общая длительность отклика составляет около 10 мин и почти не зависит от мощности солнечной вспышки.

Using data from the GPS and GLONASS navigation satellite systems, we analyze the responses of the mid-latitude ionosphere to the extreme solar flares that occurred at the maximum of solar cycle 23 (October 28, 2003) and at the minimum of solar cycle 24 (September 6, 2017) during the same season at close solar zenith angles. To obtain the response, we use the rate of change of the total electronic content, which is practically independent of characteristics of equipment and is determined only by parameters of a propagation medium (the ionosphere in our case). The ionospheric response is shown to be almost independent of the total duration of the flare. In both cases, the duration of the main response at a level of 0.5 is about 1.5–2 min, whereas the total duration of the response is about 10 min and fairly independent of solar flare importance.

 ионосфера солнечные вспышки навигационные спутниковые системы метод радиопросвечивания электронное содержание ionosphere solar flares navigation satellite systems radio translucence method electron content

Авакян С.В., Вдовин А.И., Пустарнаков В.Ф. Ионизирующее и проникающее излучение в околоземном космическом пространстве. СПб.: Гидрометеоиздат, 1994. 501 c. Afraimovich E.L. GPS global detection of the ionospheric response to solar flares. Radio Sci. 2000, vol. 35, pp. 1417-1424. DOI: 10.1029/2000RS002340. Андрианов В.А., Смирнов В.М. Определение высотного профиля электронной концентрации ионосферы Земли по двухчастотным измерениям радиосигналов искусственных спутников Земли // Радиотехника и электроника. 1993. Т. 38, № 7. С. 1326-1335. Afraimovich E.L., Perevalova N.P. GPS-monitoring verkhnei atmosfery Zemli [GPS Monitoring of the Earth’s Upper Atmosphere]. Irkutsk, 2006, 480 p. (In Russian). Андрианов В.А., Арманд Н.А., Мосин Е.Л., Смирнов В.М. Результаты использования навигационной системы «Навстар» для мониторинга ионосферы Земли // Исследование Земли из космоса. 1996. № 2. С. 10. Andrianov V.A., Smirnov V.M. Determining a height profile of Earth’s ionosphere electron density from double-frequency measurements of satellite radio signals. Radiotekhnika i elekctronika [J. of Communications Technology and Electronics]. 1993, vol. 38, no. 7, pp. 1326-1335. (In Russian). Андрианов В.А., Мосин Е.Л., Смирнов В.М. Определение регулярных вариаций F2-области ионосферы Земли по измерениям параметров сигналов навигационных спутников // Исследование Земли из космоса. 2000. № 1. С. 15. Andrianov V.A., Armand N.A., Mosin E.L., Smirnov V.M. Results of using NAVSTAR navigation system for Earth’s ionosphere monitoring. Issledovanie Zemli iz kosmoca [Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics]. 1996, no. 2, p. 10. (In Russian). Афраймович Э.Л., Перевалова Н.П. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли. Иркутск: ГУНИ РВХ ВСНЦ СО РАМН, 2006. 480 с. Andrianov V.A., Mosin E.L., Smirnov V.M. Determining regular variations of the Earth’s ionosphere F2 region from measurements of signal parameters of navigation satellites. Issledovanie Zemli iz kosmoca [Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics]. 2000, no. 1, p. 15. (In Russian). Белов А.В., Гайдаш С.П., Иванов К.Г., Канониди Х.Д. Необычно высокая геомагнитная активность в 2003 г. // Космич. исслед. 2004. Т. 42, № 6. С. 563-573. Avakyan S.V., Vdovin A.I., Pustarnakov V.F. Ioniziruyushchee i pronikayushchee izluchenie v okolozemnom kosmicheskom prostranstve [Ionizing and Penetrating Radiation in the Near-Earth Space]. Saint Petersburg, Gidrometeoizdat Publ., 1994, 501 p. (In Russian). Веселовский Л.С., Панасюк М.И., Авдюшин С.И. и др. Солнечные и гелиосферические явления в октябре-ноябре 2003 г. Причины и следствия // Космич. исслед. 2004. Т. 42, № 5. С. 453-508. Belov A.V., Gaidash S.P., Ivanov K.G., Kanonidi Kh.D. Unusually high geomagnetic activity in 2003. Cosmic Res. 2004, vol. 42, no. 6, pp. 541-550. DOI: 10.1007/s10604-005-0001-0. Колосов М.А., Арманд Н.А., Яковлев О.И. Распространение радиоволн при космической связи. М.: Связь, 1969. 155 с. Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Collins J. Global Positioning System: Theory and Practice. 2nd ed., New York, Springer-Verlag, 1992, 347 p. Куницын В.Е., Назаренко М.О., Нестеров И.А., Падохин А.М. Влияние солнечных вспышек на ионизацию верхней атмосферы. Анализ ряда значительных событий 23-го и 24-го солнечных циклов // ВМУ. Серия 3. Физика. Астрономия. 2015. № 4. С. 95. Kolosov M.A., Armand N.A., Yakovlev O.I. Rasprostranenie radiovoln pri kosmicheskoi svyazi [Radio Wave Propagation in Space Communication]. Moscow, Svyaz’ Publ., 1969, 155 p. (In Russian). Митра А. Воздействие солнечных вспышек на ионосферу Земли. М.: Мир, 1977. 370 с. Kunitsyn V.E., Nazarenko M.O., Nesterova I.A., Pado-khin A.M. Solar flare forcing on ionization of upper atmosphere. Comparative study of several major X-class events of 23rd and 24th solar cycles. Moscow University Phys. Bull. 2015, vol. 70, no. 4, pp. 312-318. DOI: 10.3103/S0027134915040128. Смирнов В.М. Решение обратной задачи радиопросвечивания ионосферы Земли градиентными методами // Радиотехника и электроника. 2001. Т. 46, № 1. С. 47-52. Le H., Liu L., Chen Y., Wan W. Statistical analysis of ionospheric responses to solar flares in the solar cycle 23. J. Geophys. Res. 2013, vol. 118, pp. 576-582. DOI: 10.1029/2012JA017934. Смирнов В.М., Смирнова Е.В. Временные вариации ионосферы во время солнечной вспышки 28 октября 2003 г. по данным сети GPS // Геомагнетизм и аэрономия. 2005. Т. 45, № 1. C. 127-134. Leonovich L.A., Taschilin A.V., Portnyagina O.Y. Dependence of the ionospheric response on the solar flare parameters based on the theoretical modeling and GPS data. Geomagn. Aeron. 2010, vol. 50, pp. 201-210. DOI: 10.1134/ S0016793210020076. Смирнов В.М., Смирнова Е.В. Отклик ионосферы на экстремальную вспышку 28 октября 2003 года // Геомагнетизм и аэрономия. 2014. Т. 54, № 1. С. 94-100. DOI: 10.7868/S0016794014010155. Liu L., Wan W., Chen Y., Le H. Solar activity effects on the ionosphere: a brief review. Chinese Sci. Bull. 2011, vol. 56, no.12, pp. 1202-1211. DOI: 10.1007/s11434-010-4226-9. Afraimovich E.L. GPS global detection of the ionospheric response to solar flares // Radio Sci. 2000. V. 35. P. 1417-1424. Liu J.-Y., Lin C.H., Tsai H.F., Liou Y.A. Ionospheric solar flare effects monitored by the ground-based GPS receivers: Theory and observations. J. Geophys. Res. 2004, vol. 109, A01307. DOI: 10.1029/2003JA009931. Le H., Liu L., Chen Y., Wan W. Statistical analysis of ionospheric responses to solar flares in the solar cycle 23 // J. Geophys. Res. 2013. V. 118. P. 576-582. DOI: 10.1029/2012 JA017934. Mitra A. Vozdeistvie solnechnykh vspyshek na ionosferu Zemli [Effects of Solar Flares on Earth's Ionosphere]. Moscow, Mir Publ., 1977. 370 p. (In Russian). English edition: Mitra A.P. Ionospheric Effects of Solar Flares. Dordrecht, D. Reidel Publ. Co., 1974, 305 p. Leonovich L.A., Taschilin A.V., Portnyagina O.Y. Dependence of the ionospheric response on the solar flare parameters based on the theoretical modeling and GPS data // Geomagn. Aeron. 2010. V. 50. P. 201-210. DOI: 10.1134/ S0016793210020076. Smirnov V.M. Solution of the inverse problem of electromagnetic transmission probing of the Earth ionosphere by gradient methods. J. Communications Technology and Electronics. 2001, vol. 46, no. 1, pp. 41-45. Liu J.-Y., Lin C.H., Tsai H.F., Liou Y.A. Ionospheric solar flare effects monitored by the ground-based GPS receivers: Theory and observations // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. A01307. DOI: 10.1029/2003JA009931. Smirnov V.M., Smirnova E.V. Time variations in the ionosphere during the solar flare of October 28, 2003, according to data of the GPS network. Geomagn. Aeron. 2005, vol. 45, no. 1, pp. 122-128. Liu L., Wan W., Chen Y., Le H. Solar activity effects on the ionosphere: a brief review // Chinese Sci. Bull. 2011. V. 56, N 12. P. 1202-1211. DOI: 10.1007/s11434-010-4226-9. Smirnov V.M., Smirnova E.V. Ionospheric response to the extreme solar burst of October 28, 2003. Geomagn. Aeron. 2014, vol. 54, no. 1, pp. 87-93. DOI: 10.1134/ S0016793214010149. Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Collins J. Global Positioning System: Theory and Practice. New York: Springer-Verlag, 1992. 347 p. Veselovsky I.S., Panasyuk M.I., Bogomolov A.V., Denisov Yu.I., Dmitriev A.V., Zhukov A.N., Zeldovich M.A., et al. Solar and heliospheric phenomena in October-November: causes and effects. Cosmic Res. 2004, vol. 42, no. 5, pp. 435-488. Zhang D.H., Xiao Z. Study of ionospheric response to the 4B flare on 28 October 2003 using International GPS Service network data // J. Geophys. Res. 2005. V. 110, A03307. DOI: 10.1029/2004JA010738. Zhang D.H., Xiao Z. Study of ionospheric response to the 4B flare on 28 October 2003 using International GPS Service network data. J. Geophys. Res. 2005, vol. 110, A03307. DOI: 10.1029/2004JA010738. URL:https://www.spaceweatherlive.com (дата обращения: 10 ноября 2018 г.). URL: https://www.spaceweatherlive.com (accepted November 10, 2018). URL:https://www.spaceweatherlive.com/en/archive/2003/10/28/xray (дата обращения: 10 ноября 2018 г.). URL: https://www.spaceweatherlive.com/en/archive/2003/10/ 28/xray (accepted November 10, 2018). URL:https://www.spaceweatherlive.com/en/reports/sunspot-report (дата обращения: 10 ноября 2018 г.). URL: https://www.spaceweatherlive.com/en/reports/sun-spotreport (accepted November 10, 2018). URL: https://www.swpc.noaa.gov/products/goes-x-ray-flux (дата обращения: 7 сентября 2017 г.). URL: https://www.swpc.noaa.gov/products/goes-x-ray-flux (accepted September 7, 2017).