Портал | Содержание | О нас | Авторам | Новости | Первая десятка | Дискуссионный клуб | Научный форум | Отправить открытку

Если бы мы всегда подражали в технологии Западу, Гагарин никогда бы не стал первым.

Предвестники землетрясений в околоземном космическом пространстве

С. Александрин, С. Воронов А. Гальпер, С. Колдашов, А. Мурашов, Ю. Озеров,

Московский государственный инженерно-физический институт (технический университет)

Впервые на возможность существования взаимосвязи между быстрыми вариациями (всплесками) потоков заряженных частиц высоких энергий в околоземном космическом пространстве с сейсмической активностью Земли было указано в работах [1,2]. Вывод базировался на основе анализа результатов наблюдения резких возрастаний потоков высокоэнергичных заряженных частиц в эксперименте "Мария", проводившемся на орбитальной станции "Салют - 7" в 1985 году.

В дальнейшем были выполнены детальные исследования вариаций потоков электронов и протонов с энергией более 20 МэВ под радиационным поясом Земли на орбитальной станции "Мир", на ИСЗ "Интеркосмос - Болгария - 1300" и "Метеор - 3" [3, 4], подтвердившие вывод о корреляции наблюдаемых значительных возрастаний потоков исследуемых частиц с сейсмическими процессами. Более того, было установлено, что всплески частиц появляются во многих случаях за 2-4 часа до предстоящего землетрясения [5, 6]. Это означает, что экспериментально были зарегистрированы предвестники землетрясений в космическом пространстве.

Также в этих работах на основе анализа пространственных распределений всплесков частиц и отдельных землетрясений было показано, что землетрясение и соответствующий ему предвестник - всплеск частиц расположены на одной дрейфовой оболочке L.

Интерпретация наблюдаемого явления - сейсмо-магнитосферной связи заключается в локальном возмущении радиационного пояса над очагом предстоящего землетрясения ультранизкочастотным электромагнитным излучением, образующимся в очаге предстоящего землетрясения и распространяющимся через ионосферу в магнитосферу [5]. Необходимо отметить, что частота такого излучения практически совпадает с баунс частотой высокоэнергичных частиц радиационного пояса.

Такое излучение, как показали наземные экспериментальные наблюдения может возникать в очаге готовящегося землетрясения за несколько часов до основного удара [7] и распространяться в магнитосферу [8]. Взаимодействие излучения и геомагнитнозахваченных частиц приводит к высыпанию частиц из радиационного пояса, распространяющихся далее из-за долготного дрейфа вокруг Земли вдоль дрейфовой оболочки, на которой находится очаг землетрясения [9]. При этом образуется волна высыпавшихся частиц, движущаяся вокруг Земли, которая может сделать один и более оборотов вокруг нее.

Позднее появились еще две экспериментальные работы на эту же тему, выполненные по данным, полученным на космических аппаратах " Метеор-3А " [10] и OREOL-3 [11], в которых также были сделаны выводы о существовании рассмотренной выше сейсмо-магнитосферной связи.

Цель настоящей статьи: представить результаты анализа новых экспериментальных данных по быстрым вариациям потоков высокоэнергичных заряженных частиц, полученных в экспериментах на космических аппаратах " Гамма-1 " и SAMPEX, и провести сравнение с описанными выше экспериментальными данными по наблюдению сейсмо-магнитосферных корреляций.

Приведем краткое описание аппаратуры, с помощью которой изучалась сейсмо-магнитосферная корреляция.

Магнитные, времяпролетные, сцинтилляционные спектрометры "Мария" и "Мария - 2" [1 2] были установлены на орбитальных станциях "Салют - 7" и "Мир" (высота орбиты 350 - 420 км, наклонение 51 ° ). Детекторы позволяли регистрировать заряженные частицы: протоны, электроны и позитроны в диапазоне импульсов от 20 до 200 МэВ/с. Измерения проводятся с перерывами с 1985 г. по настоящее время.

Прибор "Электрон" [13] был размещен на борту ИСЗ "Метеор - 3" (высота орбиты 1250 км, наклонение 8 2 ° ) и регистрировал с помощью набора сцинтилляционных и черенковского детекторов электроны с энергией более 30 МэВ. Измерения проводились в 1985 и 1986 гг.

Советско-французский гамма-телескоп " Гамма-1 " [14] был установлен на астрофизическом космическом модуле " Гамма " (высота орбиты 350 км, наклонение 51 ° ), и наряду с основной научной информацией о космическом гамма-излучении позволял на основе системы сцинтилляционных, времяпролетных и черенковских детекторов в сочетании с сцинтилляционным калориметром позволял регистрировать темпы счета заряженных частиц, в частности электроны с энергиями более 50 МэВ). Эти данные использовались для выделения и анализа всплесков. Измерения проводились с 1990 г. по 1992 г.

ИСЗ SAMPEX был запущен на полярную орбиту в 1992 году (наклонение 82 ° , высота 520 ´ 670 км) [15]. Установленный на нем комплекс аппаратуры на основе полупроводниковых детекторов проводит непрерывные измерения потоков заряженных частиц и ядер космического излучения до сих пор.

Для обработки и выделения всплесков заряженных частиц были использованы каналы данных вышеперечисленных приборов, регистрирующие темпы счета частиц. Эта информация была привязана к универсальному времени, что позволяло, зная параметры орбит космических аппаратов, выполнить привязку темпов счета частиц к географическим координатам, к L, B координатам, определить питч-углы регистрируемых частиц .

Для анализа были выбраны участки трасс ИСЗ, соответствующие зонам околоземного пространства с L<2, при этом В координата выбиралась так, чтобы исключить регистрацию частиц радиационного пояса (В>Во, где Во - геомагнитное поле, соответствующее границе радиационного пояса) и, таким образом, уменьшить фоновую загрузку приборов и повысить достоверность выделения всплесков частиц. В качестве всплесков частиц принимались резкие кратковременные (десятки секунд - минуты) возрастания темпов счета с величиной отклонения относительно среднего темпа счета более 4 стандартных отклонений.

Анализ временных корреляций между всплесками частиц и отдельными землетрясениями проводился во всех экспериментах по одной методике. Для каждого всплеска частиц выбирались землетрясения из каталога землетрясений в интервале ± 12 часов относительно момента регистрации всплеска. Для каждого землетрясения из этого интервала определялась величина D Т=Тз-Тв (где Тз - время землетрясения, Тв - время регистрации всплеска). Далее строились временные распределения по величине D Т отдельно для каждого эксперимента. В качестве дополнительного параметра (величина которого могла варьироваться), использовавшегося при построении указанных временных распределений применялась разность D L=Lв-Lз (где Lв - L координата всплеска, Lз - L координата землетрясения). В этом случае, при построении распределений временных интервалов D Т учитываются только те землетрясения, которые удовлетворяют условию D L< ± Р (в качестве Р принимались величины 0.2, 0.1 или 0.05). Наложение такого условия означает требование практического совпадения L координат для всплеска и землетрясения. Следует отметить, что это условие находится в соответствии с физическими представлениями (упомянутыми в разделе 1) о развитии магнитосферных возмущений на L оболочке, содержащей очаг землетрясения.

На рис.1 приведены распределения временных интервалов D Т для экспериментов " Гамма-1 " и SAMPEX. Для сравнения на этом же рисунке представлены аналогичные распределения, полученные ранее в описанных в разделе 1 экспериментах " Мария-2 " и " Электрон " . Очевидно совпадение вида всех 4-х распределений, заключающееся в наличии четко выраженного максимума в интервале D Т=2-4 часа. Наличие этого максимума в распределении временных интервалов означает, что всплески частиц выступают как оперативные предвестники землетрясений.

Следует отметить значительное изменение степени выраженности максимума в распределении D Т (соотношения между величиной максимума и уровнем фона) для разных магнитуд землетрясений и значений параметра D L от очень резкого пика при М>5 и D L< ± 0.05 (рис.2) до полного отсутствия максимума (или, другими словами, до установления однородного распределения) при D L> ± 0.5. Наложение условия D L> ± 0.5 означает, что для всплеска частиц выбираются из каталога только землетрясения, имеющие L координаты не совпадающие с L координатой всплеска. Также полностью однородное распределение D Т было получено, если для каждого всплеска частиц проводить моделирование выборки землетрясений случайным образом, например, перемешав случайным образом даты землетрясений, то есть заведомо устранив наличие какой-либо корреляции.

Совокупность представленных результатов по наблюдению сейсмо-магнитосферных корреляций в экспериментах " Гамма-1 " и SAMPEX подтверждает вывод о существовании взаимосвязи между всплесками высокоэнергичных заряженных частиц в магнитосфере Земли и сейсмическими событиями, сделанный в ранних работах по экспериментам " Мария-2 " и " Электрон " . Наблюдаемое новое сейсмо-магнитосферное явление может представлять интерес с точки зрения прогноза землетрясений.

Литература.

1. Voronov S.A., Galper A.M., Kirillov-Ugriumov V.G. et al. Registration of sporadic increase of high energy particle flux near Brasilia magnetic anomaly region. Proc. 20-th Int. Cos. Ray Conf., 1987, v.4, p.451-452.

2. Воронов С.А., Гальпер А.М., Кириллов-Угрюмов В.Г. и др. Регистрация возрастания потоков высокоэнергичных частиц в районе БМА 10 сентября 1985 года. Космич. исслед.,1989, т.27, N4, с.629-631.

3. Гальпер А.М., Дмитренко В.В., Никитина Н.В. и др. "Взаимосвязь потоков высокоэнергичных заряженных частиц в радиационном поясе с сейсмичностью Земли." Космические исследования 1989, т.27, N 5, стр. 789-792.

4. Воронов С.А., Гальпер А.М., Колдашов С.В. и др. Возрастания потоков заряженных частиц высоких энергий в области БМА и сейсмичность Земли. Космические исследования, 1990, т.28, N 5, с.789-791.

5. Алешина М.Е., Воронов С.А., Гальпер А.М. и др. О взаимосвязи положений очагов землетрясений и областей высыпаний высокоэнергичных частиц под радиационным поясом. Космические исследования, 1992, т.30, с.79.

6. Galper A.M., Koldashov S.V., Voronov S.A. High Energy Particle Flux Variations as Earthquake predictors. Advance Space Research, 1995, v.15, p.131

7. Fraser-Smith A.S, Bernard A., McGill P.R. Low-frequency magnetic field measurement near the epicenter of the Ms 7.1 Loma Prieto earthquake. Geophys. Res. Lett, 1990, V.17, N 9, P.1465-1468.

8. O.A. Molchanov, O.A. Mahjaeva. Statistic features of ULF and VLF electromagnetic emissions in upper ionosphere and magnetosphere above centers of earthquakes. Cosmic Research, V.32, n.4-5, p.150, 1994.

9. A.M. Galper, S.V. Koldashov, L.V. Maslennikov, A.M. Murashov, N.I. Shvetz, S.A. Voronov. High-energy charged particle waves on the low boundary of the radiation belt. Proc. 25-th Int. Cos. Ray Conf., 1997, v.2, p.349.

10. Пустоветов В.П., Малышев А.Б. Пространственно-временная корреляция землетрясений и вариаций потока высокоэнергичных частиц во внутреннем радиационном поясе. Космические исследования, 1993, т.31, N5, c.84.

11. Гальперин Ю.И., Гладышев В.А., Джорджио Н.В.и др. Высыпания энергичных захваченных частиц в магнитосфере над эпицентром готовящегося землетрясения. Космические исследования, 1992, т.30, N.1, с.89.

12. Воронов С.А., Гальпер А.М., Колдашов С.В. и др. Магнитный спектрометр заряженных частиц "Мария-2", ПТЭ, 1991 г., N2, с.59.

13. Гальпер А.М., Грачев В.М., Дмитренко В.В. и др. Космические исследования, 1983, т.21, N 5 . c.707.

14. Akimov, V.V., V.M. Balebanov, A.S. Belousov et.al. The gamma-ray telescope Gamma-1. Space Science Review, 1988, n.49, p.111-124.

15. Baker, D.N., G.M. Mason et al. An overview of the Solar, Anomalous, and Magnetospheric Particle Explorer (SAMPEX) mission, IEEE Trans. Geosciencies and Remote Sensing, 31, 531, 1993.

16. Cook, W.R., A.C. Cummings et al. PET: A Proton/Electron Telescope for Studies of Magnetospheric, Solar, and Galactic Particles. IEEE Trans. Geosciencies and Remote Sensing, 31, 535, 1993.

Fig.2 D T distribution, obtained on board SAMPEX (M>5, D L< ± 0.05)