Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Irkutsk region, Russian Federation
UDK 55 Геология. Геологические и геофизические науки
The Siberian Radioheliograph (SRH) correlation plot is the time dependence of the sum of absolute values of complex correlations over all baselines. These plots are built for each operating frequency of SRH. The correlation is related not only to the spatial coherence of the incident microwave emission but also to antenna gains. That is why we have to consider real SRH antenna gains and shadowings. Correlation plots obtained by SRH are related to microwave flux density of the Sun and spatial features of microwave sources. Also the correlation plots show variability of SRH beam pattern in time with constant flux density and spatial structure of sources. The SRH beam pattern depends on position of the Sun with respect to SRH, which changes with time. This leads to variations of these plots, which can be confused, for example, with the quasi-harmonic oscillations of the microwave flux produced by sources located above sunspots. Because the solar disk is an extended source, the correlation plot variability is mostly due to the SRH response to the quiet Sun. The smaller is the microwave source, the smaller are the correlation plot variations caused by a change of the beam pattern. Relatively fast variations result from long baseline responses, so it is undesirable to exclude them from the plots. Moreover, the sensitivity of the plots is better when all baselines are taken in account. The impact of the correlation plot variations on the eruptive event response is especially strong because variations of microwave flux during such events are comparable with those of the correlation plots in magnitude and time. From the above it seems reasonable to simulate the SRH response to the quiet solar disk and correct the correlation plots. In this work, we propose a method for simulating correlation plots, which allows us to correct their variations caused by time and frequency dependence of SRH response to the solar disk. The correlation plots are simulated either by summing all model antenna pair responses to the model solar disk or by summing the corresponding values of the solar disk visibility under the assumption that the visibility is ~J1(x)/x, where J1(x) is the Bessel function of the first kind. Also we consider the shadowing of antennas nearest to the center of the SRH antenna array.
solar radio telescope, visibility function, correlation, radio interferometer
ВВЕДЕНИЕ
Исследование слабых по энергетике событий на Солнце актуально по причине их большого числа, что позволяет более достоверно выявлять статистические закономерности солнечной активности. К тому же общее уменьшение уровня солнечной активности в текущем цикле позволяет наблюдать события, которые в периоды высокой активности маскируются более мощными событиями. Интерес к слабым по энергетике событиям вызван тем, что, по некоторым предположениям, нагрев солнечной короны происходит в результате большого количества слабых солнечных вспышек, возникающих практически непрерывно [Parker, 1988; Knizhnik et al., 2018]. Поэтому вопрос о том, сколь слабые вспышки могут быть обнаружены путем наблюдения микроволнового излучения солнечной короны, также актуален. В данной работе анализируются инструментальные особенности многочастотного Сибирского радиогелиографа (СРГ), созданного при модернизации Сибирского солнечного радиотелескопа [Grechnev et al., 2003; Lesovoi et al., 2012, 2017]. Наиболее чувствительными по плотности потока микроволнового излучения данными СРГ являются так называемые корреляционные кривые (КК) — суммы модулей комплексных коэффициентов корреляции сигналов от пар антенн СРГ [Lesovoi, Kobets, 2017]. Эти кривые удобны и при исследовании динамики солнечной активности в течение дня или день за днем. Удобство обусловлено компактностью представления данных и высокой чувствительностью — до 0.01 с.е.п. (солнечных единиц потока). Однако КК меняются во времени не только вследствие изменения плотности потока падающего излучения. Причиной изменения КК может быть изменение пространственной структуры источников микроволнового излучения или диаграммы направленности (ДН) СРГ. Вариации КК во времени, вызванные изменением ДН, могут быть немонотонными и поэтому могут маскировать слабую солнечную активность. Наиболее контрастно вариации КК проявляются при отклике на солнечный диск, их уровень может достигать 0.1 %, что соответствует плотности потока излучения 0.5–1.0 с.е.п. в зависимости от рабочей частоты. Уровень отклика от компактных источников обычно составляет несколько процентов, поэтому влияние вариаций КК на такой отклик малозаметно. Однако при исследовании сверхслабой солнечной активности нужно корректировать отклик с учетом этих вариаций. Для коррекции вариаций КК, вызванных изменением отклика на солнечный диск, из полного отклика нужно вычесть этот отклик. Пример вариаций КК представлен на рис. 1. Отмеченные овалом «холмики» на двух кривых, соответствующих высоким частотам, проявляются на других частотах в виде более плоских участков или даже участков с общим длительным повышением уровня отклика. На рис. 2 показано, как эти вариации наблюдаются в течение года. Светлые дуги, расположенные симметрично относительно кульминации, соответствуют вариациям КК, отмеченным овалом на рис. 1. Во время слабой активности такие вариации хорошо заметны. С появлением активных областей, даже в отсутствие вспышек, вариации КК маскируются шумами активной области. В этом случае особенно важно подавить такие вариации, чтобы не спутать их с откликом на шум активной области.
В данной работе мы предлагаем метод моделиро¬вания корреляционных кривых как отклика СРГ на излучение спокойного Солнца. Модельные КК больше всего похожи на реальные КК в предположении, что край солнечного диска размыт. Суть метода заключается в том, что каждая точка КК рассчитывается как сумма определенного набора значений функции видности солнечного диска. Соответствующие значения функции видности солнечного диска определяются временем наблюдений и рабочей частотой СРГ. Факторами, влияющими на результат, являются радиус диска спокойного Солнца, степень размытости края солнечного диска, модули коэффициентов передачи антенн и влияние взаимного затенения антенн СРГ.
___________________________________________________________________________________
Работы по разделу «Влияние взаимного затенения антенн на корреляционные кривые СРГ» выполнены за счет средств Российского научного фонда (проект №18-12-00172), по остальным разделам — в рамках государственного задания на 2018 г. № 007-00163-18-00 от 12.01.2018.
1. Grechnev V.V., Lesovoi S.V., Smolkov G.Ya., Krissinel B.B., Zandanov V.G., Altyntsev A.T., Kardapolova N.N., Sergeev R.Y., Uralov A.M., Maksimov V.P., Lubyshev B.I. The Siberian Solar Radio Telescope: the current state of the instrument, observations, and data. Solar Phys. 2003, vol. 216, iss. 1, pp. 239–272. DOI: 10.1023/A:1026153410061.
2. Knizhnik K.J., Uritsky V.M., Klimchuk J.A., DeVore C.R. Power-law statistics of driven reconnection in the magnetically closed corona. Astrophys. J. 2018, vol. 853, iss. 1, article id. 82, 14 p. DOI: 10.3847/1538-4357/aaa0d9.
3. Lesovoi S.V., Kobets V. Correlation plots of the Siberian Radioheliograph. Solar-Terr. Phys. 2017, vol. 3, iss. 1, pp. 19–25. DOI: 10.12737/article58f96eeb8fa318.06122835.
4. Lesovoi S.V., Altyntsev A.T., Ivanov E.F. Gubin A.V. The Multifrequency Siberian Radioheliograph. Solar Phys. 2012, vol. 280, iss. 2, pp. 651–661. DOI: 10.1007/s11207-012-0008-7.
5. Lesovoi S.V., Altyntsev A.T., Kochanov A.A., Grechnev V.V., Gubin A.V., Zhdanov D.A., Ivanov E.F., Uralov A.M., Kashapova L.K., Kuznetsov A.A., Meshalkina N.S., Sych R.F. Siberian Radioheliograph: first results. Solar-Terr. Phys. 2017, vol. 3, iss. 1, pp. 3–18. DOI: 10.12737/article_58f96ec60fec52. 86165286.
6. Parker E.N. Nanoflares and the solar X-ray corona. Astrophys. J. 1988, vol. 330, p. 474. DOI: 10.1086/166485.
7. Tompson A.R., Moran J.M., Svenson J.U. Interferometriya i sintez v radioastronomii [Interferometry and Synthesis in Radio Astronomy]. Moscow, Fizmatlit Publ., 2003. 624 p. (In Russian). English edition: Thompson A.R., Moran J.M., Swenson G.W. Interferometry and Syntnesis in Radio Astronomy: 2nd edition. Willey–VCH Publ., 2001, 715 p.
