- Trang Chủ
- Năng lượng
- Nghiên cứu nhiễu loạn lớp D tầng điện ly ở vùng vĩ độ thấp - trung bình do bùng nổ sắc cầu mặt trời
Xem mẫu
- ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL. 17, NO. 4, 2019 47
NGHIÊN CỨU NHIỄU LOẠN LỚP D TẦNG ĐIỆN LY Ở VÙNG VĨ ĐỘ THẤP -
TRUNG BÌNH DO BÙNG NỔ SẮC CẦU MẶT TRỜI
STUDY OF THE D-REGION IONOSPHERE DISTURBANCES IN
LOW-MID LATITUDES DUE TO SOLAR FLARES
Lê Minh Tân
Trường Đại học Tây Nguyên; tantaynguyen82@yahoo.com
Tóm tắt - Sóng vô tuyến tần số rất thấp (Very Low Frequency, VLF) Abstract - The radio waves at the Very Low Frequency (VLF) from
từ các trạm phát VLF có thể lan truyền trong ống dẫn sóng giữa the VLF transmitters can propagate in the Earth-ionosphere waveguide
Trái đất – tầng điện ly (Earth-ionosphere waveguide, EIWG). (EIWG). When solar flares occur, the D-region ionosphere induces
Khi bùng nổ sắc cầu Mặt trời xuất hiện, lớp D gây nhiễu tín hiệu disturbances of the VLF signals. Analyzing the perturbations of the
VLF. Phân tích nhiễu loạn tín hiệu VLF/19,8 kHz từ North West VLF/19.8 kHz signal from North West Cap, Australia recorded at
Cap, Australia ghi tại Trường Đại học Tây Nguyên (12,65oN, Tay Nguyen University (12.65oN, 108.02oE), Vietnam and Dunedin
108,02oE), Việt Nam và Dunedin (45,78oS, 170,47oE), New (45.78oS, 170.47oE), New Zealand to study the disturbances of the low-
Zealand để nghiên cứu nhiễu loạn lớp D vùng vĩ độ thấp và trung mid latitude D-region ionosphere. The results reveal that the variations
bình. Kết quả cho thấy, sự thay đổi biên độ/ pha nhiễu loạn và các of amplitude/phase and Wait’s parameters (reflection height h’ and
thông số Wait (độ cao phản xạ h’ và gradient mật độ điện tử β) như electron density gradient β) are as the sigmoid function of the peaks of
một hàm sigmoid của cường độ tia X cực đại. Sự tăng β theo X-ray flux. The increase of β via X-ray intensity in mid-latitude region is
cường độ tia X tại vùng vĩ độ trung bình nhanh hơn so với vùng vĩ faster than that in low-latitude region. The increase in β at the
độ thấp. Sự tăng β vùng vĩ độ trung bình còn có sự đóng góp đáng mid-latitude D region is also significantly contributed by ionization at the
kể của tia vũ trụ vào sự ion hóa lớp này ở độ cao 50 – 65 km. altitudes of 50–65 km as a result of galactic cosmic rays.
Từ khóa - Tín hiệu VLF; bùng nổ sắc cầu Mặt trời; lớp D tầng điện Key words - VLF signal; solar flares; D-region ionosphere;
ly; độ cao phản xạ; gradient mật độ điện tử reflection height; electron density gradient
1. Đặt vấn đề Cường độ tia X từ MT (IX) được đo bởi các vệ tinh GOES
Năng lượng cao của các bức xạ từ Mặt trời (các bức xạ (Geostationary operational environmental satellite). Căn
gồm tia tử ngoại, tử ngoại cực mạnh, tia X và bức xạ hạt), cứ vào cường độ, BNSCMT được chia thành các lớp đặc
tia vũ trụ làm ion hóa các nguyên tử chất khí ở tầng điện ly trưng cho các mức độ khác nhau, gồm lớp B (10 -7 W/m2
sinh điện tử tự do và các hạt mang điện tích dương. Tầng IX < 10-6 W/m2), C (10-6 W/m2 IX < 10-5 W/m2),
điện ly phân thành 3 lớp chính: D, E và F. Lớp D là lớp M (10-5 W/m2 IX < 10-4 W/m2) và X (IX 10-4 W/m2).
thấp nhất của tầng điện ly. Lớp D trong tầng điện ly có vai Ở mỗi lớp người ta chia ra làm 10 cấp cho nên cấp 10 của
trò quan trọng trong thông tin liên lạc, định vị bằng sóng loại thấp tương đương với cấp 1 của loại liền trên: C10 = M1,
dài và có thể hấp thụ sóng vô tuyến tần số cao [1]. M10 = X1, riêng loại X có cả trên 10 [1]. Trong điều kiện bình
Với độ cao 60 – 90 km, lớp D quá cao đối với kinh khí thường, vào ban ngày, dòng tia X từ MT có tác dụng ion hóa
cầu và quá thấp đối với vệ tinh trong hoạt động quan trắc. rất nhỏ đến lớp D. Tuy nhiên, khi có BNSCMT, dòng tia X
Mật độ điện tử của lớp D rất thấp làm hạn chế kết quả đo đạc trở thành nguồn ion hóa chính của lớp này. Tia X (bước sóng
bằng máy thăm dò thẳng đứng tầng điện ly và radar. Có thể dưới 1 nm) có tác dụng tăng tốc độ ion hóa các phân tử O2 và
quan trắc lớp D bằng tên lửa nhưng phương pháp này hạn N2, do đó làm tăng mật độ điện tử ở lớp D. Điều này có thể
chế về thời gian và không gian quan trắc [1]. Lớp D làm vai làm tăng sự hấp thụ sóng vô tuyến và làm mất dần sóng ngắn
trò biên dẫn phía trên của ống dẫn sóng Trái đất - tầng điện hoặc tạo nhiễu vô tuyến băng rộng và nhiễu này cộng hưởng
ly (Earth-ionospherewaveguide, EIWG) có thể phản xạ sóng trực tiếp với sóng tần số rất cao. Nhiễu loạn này còn gọi là
tần số cực thấp (extremely low frequency, ELF; 3 - 3000 Hz) nhiễu loạn đột tầng điện ly [1, 4].
và sóng tần số rất thấp (very low frequency, VLF; 3 - Trong 6 tháng năm 2007, Kumar khảo sát ảnh hưởng
30 kHz). Sóng ELF/VLF phát ra từ sự phóng điện của sét của BNSCMT lên sóng VLF lan truyền từ các trạm phát
hoặc phát từ các trạm phát do con người lắp đặt và chúng lan đến Suva (18,08oS, 178,3oE), Fiji. Kết quả cho thấy, sự
truyền rất xa hàng nghìn km trong EIWG [2, 3]. Những năm tăng biên độ sóng VLF có mối quan hệ với cường độ tia X
gần đây, các nhà khoa học đã sử dụng kỹ thuật ghi sóng gần với dạng hàm logarit. Đỉnh biên độ và pha VLF xuất
ELF/VLF để quan trắc lớp D một cách hiệu quả. hiện sau đỉnh cường độ tia X với thời gian trễ khoảng
Bùng nổ sắc cầu Mặt trời (BNSCMT) được định nghĩa 2-4 phút. Khoảng thời gian trễ này là cần thiết cho quá trình
là sự biến đổi đột ngột, nhanh chóng và mãnh liệt về độ tái hợp và ion hóa để hồi phục lại sự cân bằng dưới tác dụng
chói sáng của Sắc cầu hay Nhật hoa. BNSCMT xảy ra khi của bức xạ tia X [5]. Năm 2011, Basak và Chakrabarti
năng lượng từ trường ở khí quyển Mặt trời (MT) đột ngột phân tích 22 sự kiện BNSCMT từ lớp C1.5 đến M9.31 sử
tăng, bức xạ được phát ra hầu như trên toàn bộ quang phổ dụng sóng VLF/19,8 kHz từ trạm NWC đến Sitapur
điện từ, từ sóng vô tuyến đến tia X, tia Gamma. Năng lượng (22,45°N, 87,75°E), Ấn Độ với góc thiên đỉnh trong
bức xạ tương đương với hàng triệu tấn quả bom hydro nổ khoảng 14 - 33. Kết quả cho thấy, thời gian trễ có xu
cùng một lúc. BNSCMT có thể xảy ra bất kỳ lúc nào nhưng hướng giảm khi cường độ tia X tăng [6]. Ngoài ra, có một
thường tỉ lệ thuận với sự xuất hiện các vết đen Mặt trời. số công trình nghiên cứu phản ứng của lớp D với BNSCMT
- 48 Lê Minh Tân
thông qua nghiên cứu sự biến đổi của các thông số Wait: độ vào tương tự và 4 đầu ra số. Nó cung cấp 24 bit dữ liệu âm
cao phản xạ của ống dẫn sóng h’và gradient mật độ điện tử thanh số chất lượng cao và tần số lấy mẫu lên đến 96 kHz.
[7, 8, 9]. Khảo sát lớp D tại Suva, Kumar và cộng sự thấy Phần mềm UltraMSK ghi dữ liệu với độ phân giải 1 Hz
rằng sự tăng và sự giảm h’ khi cường độ tia X tăng trong và tập tin dữ liệu có đuôi “txt”. Máy tính được đồng bộ thời
giai đoạn MT hoạt động yếu xảy ra mạnh mẽ hơn trong giai gian quốc tế với độ chính xác +/- 500 ms bởi giao thức
đoạn MT hoạt động trung bình [10]. Các nghiên cứu trên đồng bộ thời gian mạng. Máy vi tính và phần mềm hoạt
chưa có sự so sánh sự thay đổi biên độ, pha và các thông động dưới hệ Linux. Tốc độ lấy mẫu của bộ ADC của card
số h’, giữa các vùng vĩ độ khác nhau trong điều kiện có âm thanh được chuẩn với 1 PPS GPS.
BNSCMT trong cùng giai đoạn quan trắc. Hơn nữa, chưa
có công trình nào lý giải thấu đáo nguyên nhân sự khác
nhau của phản ứng lớp D ở vĩ độ khác nhau với BNSCMT.
Trong bài báo này, nhóm tác giả phân tích sự thay đổi
biên độ và pha của tín hiệu NWC/19.8 kHz lan truyền từ
North West Cap (21,8oS, 114,2oE), Australia đến Trường
Đại học Tây Nguyên (TNU) (12,65oN, 108,02oE), Việt
Nam và Dunedin (DND) (45,78oS, 170,47oE), New
Zealand từ tháng 5 - 12 năm 2013 để đánh giá mối quan hệ
giữa sự biến đổi biên độ, pha của sóng VLF, các thông số
Wait (h’, ) với cường độ tia X khi có BNSCMT. Từ đó so
sánh phản ứng của lớp D với BNSCMT ở vùng vĩ độ thấp
và vùng vĩ độ trung bình. Hình 2. Bản đồ biểu diễn các đường truyền sóng
NWC-TNU và NWC-DND
2. Thiết bị ghi tín hiệu VLF
Nhóm tác giả quan tâm phân tích tín hiệu NWC theo
Để thu nhận tín hiệuVLF, nhóm tác giả sử dụng máy đường truyền từ NWC đến TNU băng qua xích đạo từ
thu UltraMSK lắp đặt tại Trường Đại học Tây Nguyên gồm (gọi tắt là đường truyền NWC-TNU) và đường truyền
có các bộ phận chính: ăng-ten ELF/VLF, các bộ khuếch đại sóng từ NWC đến DND (45,78oS, 170,47oE), New Zealand
chứa bộ lọc thông dải, hộp đấu nối, card âm thanh, máy thu (đường truyền NWC-DND). Đường truyền NWC-DND đi
GPS tạo xung 1 PPS (pulse per second), máy vi tính (PC), qua nhiều kinh tuyến và nằm phần lớn vùng điện ly vĩ độ
phần mềm UltraMSK ghi số liệu. Chi tiết về máy thu được trung bình. Hình 2 là bản đồ biểu diễn hai đường truyền
công bố ở các công trình [11]. Sơ đồ khối của máy thu được sóng NWC đến TNU và DND. Số liệu ghi tại DND được
trình bày ở Hình 1. lấy ở [13].
Hình 1. Sơ đồ khối máy thu UltraMSK
Ăng-ten của máy thu gồm hai cuộn dây hình tam giác
vuông cân đặt vuông góc nhau có cạnh đáy 2,6 m. Một
cuộn dây có bề mặt hướng về Bắc – Nam, cuộn còn lại có
bề mặt hướng về Đông –Tây. Mỗi cuộn dây gồm 8 vòng
dây làm bằng đồng. Mặt phẳng ăng-ten vuông góc hướng
Bắc-Nam rất nhạy với sóng VLF từ các trạm phát ở nhiều
nơi trên thế giới, trong khi đó mặt phẳng ăng-ten vuông góc
hướng Đông-Tây rất nhạy với xung ‘sferic’ phát ra từ sự
phóng điện của sét [7, 12].
Các tín hiệu từ ăng-ten được khuếch đại bởi các bộ khuếch
đại đặt gần ăng-ten và được truyền qua cáp đồng trục dài
150 m đến bộ phận thu nhận và lưu trữ số liệu. Tín hiệu từ
ăng-ten đi qua biến áp cách li 1:1 để cách li mass của máy tính Hình 3. Biên độ và pha của tín hiệu VLF/19.8 kHz ghi nhận tại
và mass của bộ khuếch đại trước khi đưa vào card âm thanh. TNU (a) và DND (b) ngày 5/5/2013
Tín hiệu ELF/VLF từ bộ khuếch đại được số hóa bằng bộ Hình 3 biểu diễn sự thay đổi ngày – đêm của biên độ và
ADC (analog to digital converter) trên card âm thanh pha của tín hiệu NWC trên hai đường truyền. Các mũi tên
M-audio delta. Card âm thanh này có hộp đấu nối giữa các lỗ màu đỏ chỉ sự tăng biên độ và pha sóng VLF khi có
cắm jăck mono 6,5 mm. Card âm thanh được cài vào khe cắm BNSCMT còn các mũi tên màu xanh chỉ sự giảm biên độ
PCI mở rộng của board máy tính. Trên hộp đấu nối có 4 đầu và pha sóng VLF trong giai đoạn chuyển tiếp giữa ngày và
- ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL. 17, NO. 4, 2019 49
đêm. Phản ứng của sóng VLF với BNSCMT chỉ xuất hiện Ne (h) 1,43 10 exp(0,15h ')
7
ở thời gian ban ngày. (5)
exp ( 0,15)(h h ')
3. Phương pháp xử lý số liệu
Đo biên độ và pha của sóng VLF trong điều kiện yên 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
tĩnh (Pq, Aq) và trong điều kiện nhiễu loạn (Pp, Ap). Từ đó, 4.1. Sự thay đổi biên độ và pha của tín hiệu NWC khi có
các giá trị biên độ nhiễu loạn (A), pha nhiễu loạn (P) bùng nổ sắc cầu Mặt trời
được tính như sau [8, 9]: Để tránh sự ảnh hưởng của hoàng hôn và bình minh lên
P Pp Pq (1) sự thay đổi biên độ và pha tín hiệu NWC khi có BNSCMT
ghi tại TNU và DND, các sự kiện tăng biên độ và pha tại
A Ap Aq (2) các thời điểm mà góc thiên đỉnh nhỏ hơn 65 o được quan
tâm và phân tích. Bảng 1 trình bày 25 sự kiện BNSCMT từ
Để tính các thông số h’, β, các giá trị P và A được lớp C1.2 đến X3.2 ghi được đồng thời bởi máy thu
cộng với biên độ (Asq) và pha (Psq) mô phỏng trong điều UltraMSK tại TNU và tại DND từ tháng 5 -12 năm 2013.
kiện bình thường bằng chương trình LWPC (Long Wave Trong 25 sự kiện BNSCMT, có 17 trường hợp pha tín hiệu
Propagation Capability): NWC có thể sử dụng để so sánh vì có 8 trường hợp pha của
Psp Psq P (3) tín hiệu NWC bất ổn định.
Đối với đường truyền NWC-TNU, các sự kiện
Asp Asq A (4)
BNSCMT lớp C1.2 – X3.2 được ghi nhận. Biên độ tăng từ
Hình 4, biểu diễn sự biến đổi biên độ tín hiệu NWC ghi 0,75 dB đến 3,90 dB. Pha thay đổi từ 14,1 o– 106,1o. Phần
tại TNU từ 0:30 – 2:30 UT ngày 5/5/2013 (đường nét đậm). lớn các đỉnh biên độ tín hiệu VLF xuất hiện sau đỉnh cường
Biên độ của ngày yên tĩnh (đường chấm – nét đứt) được độ tia X (thời gian trễ t = tX - tA) từ 19 - 407 giây
biểu diễn để so sánh với biên độ nhiễu loạn. Pha của tín (0,2 – 6,7 phút). Đối với đường truyền NWC-DND, biên
hiệu NWC thường xuyên có hiện tượng thăng giáng rất độ tăng từ 0,59 dB đến 5,43 dB. Pha thay đổi từ
mạnh nên khó có thể xác định giá trị trung bình pha của các 9,5o – 140,2o. Các đỉnh biên độ tín hiệu VLF xuất hiện sau
ngày yên tĩnh. Do đó, trong một số trường hợp, chấp nhận đỉnh cường độ tia X từ 9 - 267 giây (0,2 – 4,5phút).
gần đúng, P là hiệu của giá trị cực đại của pha nhiễu loạn và 6
giá trị pha ban đầu trước khi xảy ra nhiễu loạn. TNU
DND
a)
a)
5
Phần mềm GetData Graph Digitizer được sử dụng để Hill Fit of TNU
Hill Fit of DND
lấy các tọa độ điểm biên độ - thời gian trên ảnh biểu diễn 4
biên độ và pha sóng VLF như Hình 4. Trên giao diện phần
A (dB)
3
mềm, bằng cách nhấn chuột vào các điểm cần quan tâm,
tọa độ (x, y) của điểm đó được ghi tự động vào tập tin có 2
đuôi ‘txt’. Từ đó, lấy được các giá trị A, P. Sau đó, tính 1
toán các giá trị Psp vàAsp theo (3) và (4).
0
1E-6 1E-5 1E-4 1E-3
2
IX(W/m )
160
TNU
140 DND b)
120 Hill Fit of TNU
Hill Fit of DND
100
80
P ( )
o
60
40
20
0
1E-6 1E-5 1E-4 1E-3
2
IX (W/m )
Hình 5. Biểu diễn biên độ nhiễu loạn (a), pha nhiễu loạn (b) của
Hình 4. Sự thay đổi biên độ và pha tín hiệu NWC khi có tín hiệu VLF theo cường độ cực đại tia Xquan sát tại TNU và
BNSCMT từ 0:30 – 2:30 UT ngày 5/5/2013 DND. Các đường khớp đồ thị hàm sigmoid cho số liệu ghi tại
Sử dụng chương trình mô phỏng LWPC để tính toán các TNU và DND lần lượt là đường liền nét và đường đứt nét – chấm
thông số điện ly trong điều kiện nhiễu loạn do BNSCMT. Từ Hình 5, với các đường khớp hàm cho biên độ và
Thông số đầu vào Aspvà Psp được sử dụng cho chương trình pha, có thể nhận xét rằng, giữa biên độ và pha nhiễu loạn
LWPC để tính các thông số h’, trong điều kiện điện ly có quan hệ hàm sigmoid với cường độ cực đại tia X.
nhiễu loạn. Sau đó sử dụng công thức để tính mật độ điện tử Sự thay đổi biên độ và pha của sóng VLF trên đường truyền
ở độ cao xác định h của mô hình Wait và Spies [14]: NWC-DND mạnh mẽ hơn đường truyền NWC-TNU,
- 50 Lê Minh Tân
đặc biệt ở các sự kiện BNSCMT với cường độ lớn (lớp M
và X). Từ Hình 6, thời gian trễ có xu hướng giảm về phía 400 TNU
DND
lớp BNSCMT cao (BNSCMT lớp X). Kết quả này phù hợp 350
với kết quả nghiên cứu của Venkatesham và Singh [15]. 300
Các tác giả này tìm thấy thời gian trễ ứng với BNSCMT 250
t (s)
lớp X thấp hơn so với trường hợp BNSCMT lớp C. 200
Trong 12 sự kiện BNSCMT tương ứng với lớp C1.2 đến 150
X3.2, có 10 sự kiện mà thời gian trễ ghi tại DND thấp hơn 100
so với thời gian trễ ghi tại TNU (Hình 6). Điều đó có thể 50
thấy, sóng VLF trên đường truyền NWC-DND (nằm trong 0
vùng vĩ độ thấp) phản ứng nhạy hơn so với đường truyền 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
NWC-TNU (nằm trong vùng vĩ độ trung bình). Hình 6. So sánh thời gian trễ theo các lớp BNSCMT quan sát
tại TNU và DND
Bảng 1. Thống kê thời điểm xuất hiện các cực đại của cường độ tia X (tX), các cực đại biên độ VLF (tA),
sự thay đổi biên độ và pha của sóng VLF trong một số sự kiện BNSCMT
TNU DND
Ngày Lớp tX tA tX tA tX tA tX tA
(UT) (UT) (UT) (UT) (UT) (UT) (UT) (UT)
5/5 C8.0 0:49:49 0:53:11 1,82 35,0 0:49:49 0:50:3 3,25 47,6
14/5 X3.2 1:11:52 1:07:45 3,90 106,1 1:11:52 1:9:25 5,43 140,2
15/5 X1.2 1:48:34 1:43:21 2,93 101,4 1:48:34 1:43:19 4,60 124,1
18/5 C6.0 3:45:29 3:49:45 1,13 36,1 3:45:29 3:46:1 2,97 38,0
7/7 C1.2 2:10:34 2:13:45 0,88 18,6 2:10:34 2:13:50 0,59 9,5
14/8 C5.0 0:31:05 0:32:31 2,20 0:31:05 0:32:17 2,88 29,9
13/10 M1.7 0:43:49 0:44:08 1,79 47,4 0:43:49 0:34:8 2,38 62,4
15/10 C9.5 5:07:25 5:08:54 1,42 5:07:25 5:6:44 2,95 56,2
22/10 M1.0 0:22:00 0:23:25 1,70 37,6 0:22:00 0:22:9 1,86 65,3
24/10 C9.4 5:59:21 6:01:45 0,75 35,7 5:59:21 6:1:13 1,84 24,5
24/10 M9.3 0:30:02 0:30:58 3,33 69,7 0:30:02 0:30:38 3,37
25/10 M2.9 3:02:28 3:01:10 2,35 77,1 3:02:28 3:0:48 1,90
26/10 M2.3 6:06:44 6:07:52 2,41 63,9 6:06:44 6:6:27 3,33 73,2
27/10 C4.3 3:30:42 3:33:41 1,21 25,2 3:30:42 3:31:29 1,22 36,6
3/11 M4.9 5:22:58 5:22:50 2,30 76,8 5:22:58 5:22:52 2,97 96,6
7/11 C4.1 1:53:16 2:00:03 1,11 1:53:16 1:57:43 1,84
7/11 M2.3 3:40:29 3:41:05 2,47 56,4 3:40:29 3:40:55 2,04 74,8
8/11 X1.1 4:25:55 4:24:58 2,72 4:25:55 4:23:8 2,87
10/11 X1.1 5:14:28 5:13:00 3,38 100,0 5:14:28 5:12:3 2,87 113,1
15/11 M1.0 2:29:45 2:31:10 1,48 43,6 2:29:45 2:29:24 1,77 66,7
23/11 M 1.1 2:32:00 2:35:29 1,43 2:32:00 2:30:13 2,18
7/12 M1.2 7:29:49 7:30:23 1,81 7:29:49 7:28:47 2,14
21/12 C3.5 3:03:27 3:04:16 0,92 14,1 3:03:27 3:2:25 0,95 16,3
25/12 C4.7 6:39:05 6:41:17 0,97 28,7 6:39:05 6:41:31 1,43 23,1
31/12 C5.6 2:39:57 2:42:12 1,09 27,6 2:39:57 2:39:49 1,53 35,4
4.2. Sự thay đổi các thông số Wait và mật độ điện tử khi logarit theo cơ số 10) theo cường độ tia X cực đại quan sát
có bùng nổ sắc cầu Mặt trời tại TNU và DND ở độ cao 74 km. Các đường màu đỏ (nét
Hình 7, mô tả sự so sánh các thông số Wait trong điều liền) và màu đen (nét đứt – chấm) lần lượt biểu diễn các
kiện BNSCMT quan sát tại hai trạm. Ở Hình 7, đường màu đường khớp đồ thị hàm sigmoid lần lượt cho số liệu ghi tại
đỏ liền nét là đường khớp đồ thị cho số liệu ghi tại TNU và hai trạm. Trong sự kiện BNSCMT lớp C1.2 ngày 7/7/2013,
màu nâu chấm - nét đứt biểu diễn đường khớp đồ thị (dạng tại độ cao 74 km, mật độ điện tử tăng đến 544 e/cm3 và sự
hàm sigmoid) cho số liệu tại DND. Tại TNU, trong chuỗi kiện BNSCMT lớp cao nhất X3.2 ngày14/5/2013, mật độ
BNSCMT lớp C – X, h’ giảm từ 71,5 – 60,6 km, β tăng từ điện tử tăng lên đến 1,54.105 e/cm3. Trong khi đó tại DND,
0,32 – 0,49 km-1, trong khi đó tại DND, h’ giảm từ BNSCMT lớp C1.2 vàX3.2 lần lượt làm tăng mật độ điện
72,77 – 61,22 km, β tăng từ 0,32 – 0,60 km-1. tử đến 319 e/cm3 và 4,62.105 e/cm3. Nhìn chung, trong
chuỗi BNSCMT lớp M – X, mật độ điện tử tại vùng vĩ độ
Hình 8, biểu diễn sự tăng mật độ điện tử (đã được tính trung bình tăng nhanh hơn so với vùng vĩ độ thấp.
- ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL. 17, NO. 4, 2019 51
74
TNU
ly ở khu vực vĩ độ thấp và trung bình trong điều kiện có
72
a) DND BNSCMT. Với 25 sự kiện nhiễu loạn tín hiệu NWC được
Hill1 Fit of TNU
70 Hill1 Fit of DND phân tích, các kết quả thu được như sau:
68 1. Sự thay đổi của biên độ, pha nhiễu loạn tín hiệu
h' (km)
66 NWC, các thông số Wait, mật độ điện tử có quan hệ hàm
sigmoid với cường độ cực đại tia X.
64
62
2. Khi cường độ tia X tăng do BNSCMT, biên độ và
pha của tín hiệu NWC quan sát tại vùng vĩ độ trung bình
60
tăng nhanh hơn so với vùng vĩ độ thấp.
1E-6 1E-5 1E-4 1E-3
2
IX (W/m ) 3. Sự tăng gradient mật độ điện tử theo cường độ cực
đại tia X ghi nhận tại vùng vĩ độ trung bình nhanh hơn so
0.60 TNU với vùng vĩ độ thấp.
DND
b)
0.55 Hill1 Fit of TNU 4. Nhìn chung, lớp D tại vùng vĩ độ trung bình phản ứng
Hill1 Fit of DND nhạy hơn so với vùng vĩ độ thấp. Sự tăng tốc độ ion hóa lớp
0.50
D ở vùng vĩ độ trung bình không những do sự tăng cường
(km )
-1
0.45 cường độ tia X mà còn có sự đóng góp đáng kể của tia vũ trụ.
0.40
0.35
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Hargreaves, J. K (1992), The Solar – Terrestrial environment,
0.30
Cambridge Univesity Press.
1E-6 1E-5 1E-4 1E-3
2 [2] Barr, R., D. L. Jones, and C. J. Rodger (2000), ELF and VLF radio
IX (W/m )
waves, J. of Atmos. And Solar-Terr. Phys., 62,1689 - 1718.
Hình 7. Sự thay đổi thông số Wait do BNSCMT quan sát [3] Davies, K. (1965), Ionospheric radio propagation, National Bureau
tại TNU và DND. of Standard Monogragh 80.
[4] Mitra, A. P (1974), Ionospheric effects of solar flares, D. Reidel,
6.0
TNU Dordrecht, Holland.
5.5 DND [5] Kumar A. (2007), Amplitude and phase study of sub-ionospheric
Hill1 Fit of TNU VLF radio signal receiver at Suva, Master Thesis, The University of
5.0 Hill1 Fit of DND
the South Pacific, Suva, Fiji.
4.5
log10(Ne)
[6] Basak T and S. K. Chakrabarti (2013), Effective recombination
4.0 coefficient and solar zenith angle effects on low-latitude D-region
ionosphere evaluated from VLF signal amplitude and its time delay
3.5
during X-ray solar flares, Astrophys. Space Sci., 348, 315-326.
3.0 [7] Dahlgren, H., T. Sundberg, B. C. Andrew, E. Koen, and S. Meyer
2.5 (2011), Solar flares detected by the new narrowband VLF receiver
at SANAE IV, S. Afr. J. Sci., 107 (9/10), Art.#491, 8 pages.
1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 [8] Grubor, D., D. Šulíc and V. Žigman (2008), Classification of X-ray
2
IX (W/m ) solar flares regarding their effects on the lower ionosphere electron
Hình 8. Sự thay đổi mật độ điện tử theo cường độ tia X cực đại density profile, Ann. Geophys., 26, 1731 -1740.
[9] Žigman, V., D. Grubor and D. Šulíc (2007), D-region electron
quan sát tại TNU và DND.
density evaluated from VLF amplitude time delay during X-ray solar
Tại cùng chuỗi BNSCMT, sự thay đổi h’ khi cường độ flares, J. Atmos. Sol. Terr Phys., 69(7), 775-792.
tia X tăng ở cả hai trạm khác nhau không đáng kể, trong [10] Kumar, A. and S. Kumar (2018), Solar flare effects on D-region
khi đó các giá trị của thông số hay tốc độ tăng mật độ ionosphere using VLF measurements during low- and high-solar
activity phases of solar cycle 24, Earth, Planets and Space, 70:29.
điện tử theo độ cao ghi tại TNU tăng chậm hơn so với [11] Tan, L. M. and K. Ghanbari (2016), Development of the new ELF/VLF
trường hợp ghi ở DND, đặc biệt điều này xảy ra khá rõ ở receiver for detecting the Sudden Ionospheric Disturbances, ACTA
các lớp M và X (Hình 7). Sự tăng do có một phần đóng Technica Napocensis Electronica-Telecomunicatii, 57(1), 22-26.
góp của tác nhân ion hóa tia vũ trụ ở độ cao 50 – 65 km [12] Wood, G. T (2004), Geo-loaction of individual lightning discharges
using impulsive VLF electromagnetic waveforms, Ph.D. Thesis,
[16] ở vùng vĩ độ trung bình, tuy nhiên sự đóng góp của tia Stanford University, Department of Electrical Engineering.
vũ trụ vào sự ion hóa phụ thuộc vào vĩ độ, giảm dần ở vùng [13] http://ultramsk.com/gallery/
vĩ độ thấp và giảm đến mức thấp nhất ở xích đạo [17]. [14] Wait, J. R. and K. P. Spies (1964), Characteristics of the Earth-
Do đó ít có sự đóng góp của tia vũ trụ vào sự ion hóa lớp ionosphere waveguide for VLF radio waves, NBS Tech. Not.
D ở khu vực vĩ độ thấp ở độ cao dưới 65 km. [15] Venkatesham, K. and R. Singh (2018), Extreme space-weather
effect on D-region ionosphere in Indian low latitude region, Current
Science, 114 (9), 1923 – 1926.
5. Kết luận
[16] Thomson N. R., and M.A. Clilverd (2001), Solar flare induced
Phân tích tín hiệu sự nhiễu loạn NWC/19,8 kHz ghi ionospheric D-region enhancements from VLF amplitude
đồng thời tại các trạm TNU và DND đã đem lại cơ hội làm observations, J. Atmos. Sol. Terr Phys.,63,1729–1737.
rõ sự giống và khác nhau của hành vi của lớp D tầng điện [17] Heaps, M. G. (1978), Parameterization of the cosmic ray ion-pair
production rate above 18 km, Planet. Space Sci., 26, 513–517.
(BBT nhận bài: 26/02/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 20/4/2019)
nguon tai.lieu . vn
