Phản ứng của lớp D tầng điện ly vùng vĩ độ thấp đối với bùng nổ sắc cầu Mặt trời trong năm 2014

Kết quả cho thấy rằng khi bức xạ tia X (l
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phản ứng của lớp D tầng điện ly vùng vĩ độ thấp đối với bùng nổ sắc cầu Mặt trời trong năm 2014Tạp chí Các Khoa học về Trái Đất, 37 (3), 275-283Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt NamTạp chí Các Khoa học về Trái ĐấtWebsite: http://www.vjs.ac.vn/index.php/jse(VAST)Phản ứng của lớp D tầng điện ly vùng vĩ độ thấp đối vớibùng nổ sắc cầu Mặt trời trong năm 2014Lê Minh TânTrường Đại học Tây NguyênChấp nhận đăng: 12 - 8 - 2015ABSTRACTThe responses of low-latitude D region ionosphere to solar flares during 201493 solar flare events were recorded by using the Very Low Frequency (VLF) wave, 19.8 kHz from North West Cape (NWC),Australia to Tay Nguyen University (12.65N, 108.02E), Vietnam during 2014 to study the responses of the low-latitude D regionionosphere to solar flares. The observed VLF amplitude and phase perturbations are used as the input parameters for the simulatedLWPC (Long-Wavelength Propagation Capability) program, using Wait’s model of lower ionosphere, to estimate the Wait’sparameters, the reference height (h), and the electron density gradient (). The results reveal that when the X-ray irradiance ( < 1nm) increases, the  increases from 0.31 to 0.53 km-1, while h decreases from 72.8 to 60.9 km. The values of h’ observed at lowlatitudes are higher, but the values of  are lower than those observed at middle latitudes during perturbed conditions. Therepresentation of the electron density changes with altitude and time supports to deeply understand the behavior of the D-regionionosphere during solar flares.©2015 Vietnam Academy of Science and Technology1. Mở đầuLớp D (ở độ cao 60 - 90km) là phần thấp nhấtcủa tầng điện ly của Trái Đất và là môi trường cócơ chế hóa học phức tạp và hấp thụ sóng vô tuyến.Lớp D đóng vài trò biên dẫn phía trên của ống dẫnsóng (Earth ionosphere wavguide - EIWG) phảnxạ sóng tần số rất thấp VLF (Very Low Frequency,3-30 kHz) (Hargreaves, 1992). Vào ban ngày, lớpD được duy trì bởi bức xạ Lyman- làm cho sóngVLF phản xạ ở độ cao khoảng 70 km. Trong điềukiện bình thường, dòng tia X từ Mặt Trời tác dụngion hóa rất nhỏ đến lớp D. Tuy nhiên, khi có bùngnổ sắc cầu Mặt trời (BNSCMT), dòng tia X trởthành nguồn ion hóa chính của lớp này. Bước sóngtia X nhỏ hơn 1 nm có tác dụng tăng tốc độ ionhóa các phân tử O2 và N2 do đó làm tăng mật độđiện tử. Kết quả này làm cho độ cao phản xạ hạEmail: lmtan@ttn.edu.vnxuống, dẫn đến giảm sự hấp thụ sóng, làm tăngbiên độ VLF (Mitra, 1974). Cường độ tia X đượcđược ghi bởi vệ tinh GOES và được chia thànhbốn cấp độ: B, C, M, X. Trong số đó, lớp B là lớpthấp nhất, trong khi đó lớp X là lớp cao nhất. Mỗilớp được chia thành các cấp độ khác nhau từ 1 đến9 (Gustafsson, 2011). BNSCMT xuất hiện gâynhiễu loạn diện ly và ảnh hưởng đến truyền thôngsử dụng sóng vô tuyến. BNSCMT có thể làm tănghấp thụ sóng vô tuyến và làm mất dần sóng ngắn(short-wave fade, SWF) hoặc tạo nhiễu vô tuyếnbăng rộng và nhiễu này cộng hưởng trực tiếpvới sóng tần số rất cao (30 MHz-300 MHz)(http://legacy-ww.swpc.noaa.gov/info/Radio.pdf).Khi BNSCMT xuất hiện, các hạt như điện tử,proton...bứt ra từ Mặt Trời. Những đám mâyplasma bao gồm những hạt này được gọi là sựphóng vật chất từ vành nhật hoa (Coranal MassEjection-CME). CME sẽ mất khoảng 72 giờ để275L.M. Tân/Tạp chí Các Khoa học về Trái Đất, Tập 37 (2015)đến được Trái Đất (Scherrer, et al., 2009). Nhữngvật chất này gây bão điện ly và làm gián đoạnthông tin liên lạc, ảnh hưởng tới hoạt động của vệtinh. Chúng làm xuất hiện các cơn bão từ và ảnhhưởng tới mạng lưới điện cũng như các cơn bãobức xạ gây nguy hiểm cho cuộc sống của conngười trên Trái Đất (WMO, 2009). Sự nghiên cứunhiễu loạn lớp D do BNSCMT liên quan đến sựhấp thụ sóng vô tuyến có ý nghĩa quan trọng vàlàm tiền đề cho các nghiên cứu dự báo điều kiệnđiện ly, phục vụ công nghệ vũ trụ và thông tinliên lạc.Quan sát trong 6 tháng năm 2007, Kumarnghiên cứu sự biến đổi của biên độ và pha của tínhiệu VLF do BNSCMT tại Suva (18,08°N; 178,3°Đ), Fiji, tác giả này thấy rằng biên độ sóng VLFbiến đổi liên hệ với cường độ X gần với dạng hàmlogarit. Đỉnh biên độ VLF xuất hiện sau đỉnhcường độ tia X với thời gian trễ khoảng 2 - 4 phút.Tác giả này cũng tìm thấy đỉnh biên độ xuất hiệntrước đỉnh cường độ tia X đối với các trường hợpBNSCMT mạnh hoặc nhiều sự kiện BNSCMT xảyra liên tiếp (Kumar, 2007). Khoảng thời gian trễnày là cần thiết cho quá trình tái hợp và ion hóa đểhồi phục lại sự cân bằng dưới tác dụng của bức xạtia X khi có BNSCMT (Zigman et al., 2007). Sửdụng sóng VLF từ trạm phát GQD, Grubor và cáccộng sự ghi nhận BNSCMT từ lớp C đến M5 trongsuốt các tháng mùa hè từ năm 2004 - 2007, tạiBelgrade (44,85°B; 20,38°Đ) Serbia và tìm thấy tăng từ 0,3 đến 0,49 km-1 trong khi đó h’ giảm từ74 km đến 63 km (Grubor et al., 2008). Basak &Chakrabarti phân tích 22 sự kiện BNSCMT từC1.5 đến M9.31 ghi nhận bởi sóng NWC/19,8 kHztrong suốt tháng 1 - 9 năm 2011 tại Sitapur(22,45° B; 87,75° Đ), India với góc thiên đỉnhtrong khoảng 14-33 (Basak & Chakrabarti,2013). Žigman và nnk (2007) đã phân tích 97trường hợp về sự tăng biên độ của sóng VLF doBNSCMT từ tháng 5 đến tháng 8 năm 2004 vànăm 2005 tại Belgrade, Serbia. Bằng cách tính thờigian trễ giữa đỉnh biên độ sóng và đỉnh cường độtia X và giải phương trình liên tục của điện tử đểmô phỏng sự biến đổi của mật độ điện tử theo thờigian ở độ cao 74,1 km. Tuy nhiên, các công trìnhtrên chưa có sự so sánh cụ thể các thông số h’, giữa các vùng vĩ độ khác nhau. Chưa có các khảosát sự thay đổi mật độ điện tử theo độ cao và theothời gian, trong trường hợp đỉnh biên độ VLF xuấthiện trước đỉnh cường độ tia X.276Trong bài báo này, chúng tôi trình bày việc thuthập biên độ và pha nhiễu loạn của sóngNWC/19.8 kHz từ North West Cap (21,8°N;114,2°Đ), Australia đến đại học Tây Nguyên(TNU) (12,65°B; 108,02°Đ) trong điều kiện cóBNSCMT năm 2014 (năm Mặt Trời hoạt độngmạnh nhất của chu kỳ thứ ...