УФ-излучение атмосферы и сопоставление вариаций его интенсивности с вариациями потоков электронов с энергиями более 70 кэВ на орбите спутника (по данным ИСЗ "Университетский-Татьяна")

Н. Н. Веденькин, А. В. Дмитриев, Г. К. Гарипов, П. А. Климов, В. С. Морозенко, И. Н. Мягкова, М. И. Панасюк, С. Н. Петрова, И. А. Рубинштейн, У. Салазар, С. И. Свертилов a, В. И. Тулупов, Б. А. Хренов, В. М. Шахпаронов, А. В. Широков, И. В. Яшин ... НИИ ядерной физики имени Д. В. Скобельцына, Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова. Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 2. ... E-mail: a sis@coronas.ru ... Статья поступила 28.01.2009, подписана в печать 13.03.2009. ... Представлены данные эксперимента, в котором осуществлялись одновременные измерения ультрафиолетового излучения ночной атмосферы и потоков электронов с энергией более 70 кэВ, проведенные на борту спутника "Университетский-Татьяна". Зарегистрированы возрастания средней интенсивности УФ-излучения, которые предположительно могут быть связаны с ускорением электронов в атмосферных электрических разрядах, последующим захватом электронов геомагнитным полем и высыпанием электронов в сопряженных точках геомагнитного поля. ... Ключевые слова: всплески ультрафиолетового излучения, электроны, овал полярных сияний. ... УДК: 551.510.535. PACS: 94.05.Rx, 92.60.hw, 52.80.Mg. ... Введение ... Как известно, интенсивность флуоресценции атмосферы, вызываемой отдельными заряженными частицами при прохождении через атмосферу, весьма мала. Выход флуоресценции пропорционален потерям энергии заряженных частиц на ионизацию, но вместе с тем зависит от плотности атмосферы. Высоко в атмосфере (высоты ~ 100 км, где эффективно происходит ионизация атмосферы электронами сравнительно небольших энергий (~100 кэВ), плотность вещества мала и переход возбужденных уровней молекул к основному состоянию происходит в основном радиационным путем. На малых высотах (менее 30 км) с радиационными переходами конкурируют потери возбужденной энергии молекул при их столкновениях и выход флуоресценции падает. При этом для ультрафиолетового (УФ, длины волн 300-400 нм) и красного (длины волн 620-700 нм) излучения зависимости выхода света разные. Выход УФ-излучения меньше зависит от плотности атмосферы и оказывается более определенной мерой потерь энергии частиц на ионизацию. На высотах более 100 км выход УФ и красного излучения на единицу ионизационных потерь примерно одинаков. На высотах менее 30 км УФ-свечение преобладает и составляет примерно 5 фотонов на один метр пути релятивистской частицы. ... Регистрация сигнала УФ, возникающего при прохождении заряженных частиц через атмосферу на расстоянии порядка 1000 км от его источника (высота орбиты ИСЗ "Университетский-Татьяна" 950 км), возможна только тогда, когда поток заряженных частиц в поле зрения прибора достаточно велик. Такому условию удовлетворяют полярные сияния в высокоширотных областях, а также высыпание заряженных частиц из радиационных поясов Земли (РПЗ), происходящее на более низких широтах. Поскольку сигналы от интересующих нас источников (УФ) излучения обладают малой интенсивностью, то их наблюдение возможно только на ночной стороне Земли. Их регистрация происходит на фоне собственного ночного свечения атмосферы (ионосферы) и рассеянного света звезд и Луны [1]. ... Интересной проблемой является выявление физических причин связи вариаций потоков УФ-излучения с вариациями потоков электронов с энергиями десятки-сотни кэВ, наблюдаемых в межпланетном пространстве. Одновременные измерения обоих типов излучения, проводившиеся на ИСЗ "Университетский-Татьяна", дали широкие возможности для таких исследований. ... 1. Эксперимент ... В рамках научно-образовательной программы "МГУ-250" [2] 20.01.2005 на круговую полярную орбиту (высота 1000 км, наклонение 83°) был запущен спутник "Университетский-Татьяна". Данный спутник относился к классу микроспутников, его полная масса составляла около 31 кг, а масса научной аппаратуры 7.2 кг [3]. В состав научной аппаратуры спутника "Университетский-Татьяна" входили блоки, регистрирующие потоки заряженных частиц, блоки регистрации ультрафиолетового излучения, а также информационные блоки, обеспечивающие накопление и передачу научной информации на наземные приемные пункты. ... В настоящей работе использовались данные детекторов заряженных частиц, входивших в детекторные блоки БД2 и БДЗ. Детектирующий элемент БД2 представлял собой поверхностно-барьерный кремниевый полупроводниковый детектор (ППД) с толщиной обедненной области ~300 мкм. Входное окно детектора защищено от света алюминиевой фольгой толщиной ~10 мкм. ... В блоке БДЗ для регистрации частиц использовались два полупроводниковых кремниевых детектора, установленных друг за другом. Первый детектор (ППД-1) - поверхностно-барьерный с глубиной обедненной области ~300 мкм, второй (ППД-2) - диффузионно-дрейфовый с глубиной обедненной области ~1000 мкм. Подробное описание аппаратуры, регистрировавшей заряженные ... частицы в эксперименте на борту ИСЗ "Университетский-Татьяна" приведено в [3]. ... Помимо детекторов заряженных частиц на борту микроспутника "Университетский-Татьяна" был установлен детектор ультрафиолетового излучения (ДУФ) [3, 4].