» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Июль, 2019 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №7 (28) 2019

Автор: Элеев Наран Николаевич, Магистр
Рубрика: Физико-математические науки
Название статьи: Исследование гвазипериодических колебаний в лакальных источников радиоизлучения

Статья просмотрена: 77 раз
Дата публикации: 6.07.2019

УДК 1683

ИССЛЕДОВАНИЕ ГВАЗИПЕРИОДИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ В ЛАКАЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ

Элеев Наран Николаевич

студент

Ахтамов Акмал Азимович

студент

Нагадинов Александр Вячеславович

студент

Велегурин Тимофей Владимирович

студент

ФГБОУ ВО «КалмГУ им.Б. Городовикова», г. Элиста

Аннотация. В статье рассматриваются квазипериодические колебания интенсивности радиоизлучения локальных источников в активных областях солнца по наблюдениям на радиогелиографе Нобеяма на волне λ = 1.76 см в июле 1998 года. С помощью вейвлет-анализа выявлены различные  квазипериодические компоненты анализируемых нестационарных временных рядов. Проведено сравнение полученных результатов с наблюдениями других волновых диапазонов.

Ключевые слова: вейвлет-анализ, временной ряд, радиогелиографе Нобеяма, радиоисточники.

 

Введение. Около полувека назад стали исследоваться квазипериодические колебания в активных областях Солнца. Сначала изучались глобальные 5-и минутные и колебания в активных областях с периодом 3 минуты по результатам наблюдений в оптическом диапазоне. Радиоастрономические исследования квазипериодических колебаний Солнца в микроволновом диапазоне были начаты еще в 60-х годах [Гельфрейх]. Однако, поскольку они проводились с низким пространственным разрешением источник обнаруженных колебаний был не ясен. Вскоре применение интерферометра с малой базой позволило заключить, что основным источником квазипериодических процессов, регистрируемых на сантиметровых волнах являются локальные радио источники активных областей Солнца.

Данные наблюдений. представляли 357 радиоизображений Солнца [Гольдварг], которые были получены через время 10 с на волне 1.76 см (рис.1 – здесь цвета обращены для удобства), т.е. весь период наблюдений был около часа. Для каждого изображения в программе fitsv формируем одну строку в текстовом файле, где содержится информация о координатах и интенсивности выбранного источника радиоизлучения, и так далее со всеми 357 изображениями. Затем, из полученных табличных данных выбираем один столбец, который содержит информацию об изменении интенсивности радиоизлучения источника со временем. Ниже на рисунке 2 показан график для радиоисточника над пятном с самым большим магнитным полем около 3000 Гс.

C:\Users\Student\Desktop\Элеев\солнце.jpg

Рисунок 1. Изображение Солнца 24 июля 1998 года в радиодиапазоне

(цифрами обозначены выбранные для исследования радиоисточники).

Рисунок 2. Изменение интенсивности радиоизлучения выбранного источника №1

Таким образом, были построены графики других радиоисточниками, как над пятнами, так и над волокнами. Для поиска колебаний необходимо использование спектрального анализа.

Вейвлет – анализ. Часто, при анализе астрономических временных рядов, возникает вопрос не только поиска частотных составляющих сигнала, но и динамика этих компонент. Для решения этой задачи все чаще используют вейвлет-анализ, который представляет собой разложение рассматриваемого сигнала в вейвлет-спектр, где кроме двух параметров амплитудно-частотного спектра, содержит третий – время. Это возможно при использовании совершено иного базиса - формируемого с помощью растяжения и сдвига элементарного эталонного всплеска – вейвлета, ограниченного во времени и пространстве, что позволяет локализовать сигнал и по частоте и по координате. Вейвлет можно выбрать каким угодно, это позволяет не только увидеть периодические составляющие сигнала, но  и проследить за их изменением во времени [Астафьева] . Вейвлет – преобразование стало активной составляющей исследования в областях, где временные ряды являются нестационарными, то есть практически во всех природных системах.

Мы использовали непрерывное вейвлет –преобразование, в качестве анализирующего вейвлета выбрали вейвлет Морле (рис.3).

Коэффициенты вейвлет-преобразования вещественного сигнала s(t) относительно вейвлет – функции ψ(t) определяется как:

где ψ' обозначает комплексное сопряжение ψ, и это определяется на открытой (b,a) полуплоскости (bR, a0). Параметр b соответствует временному сдвигу и параметр а соответствует масштабу вейвлет-анализа.

https://srv2.imgonline.com.ua/result_img/imgonline-com-ua-Black-White-p50YRJIo5EM.jpghttps://srv2.imgonline.com.ua/result_img/imgonline-com-ua-Black-White-p50YRJIo5EM.jpgC:\Users\Student\Desktop\Элеев\rfhn\61.jpg

C:\Users\Student\Desktop\Элеев\rfhn\71.jpg

Вещественная часть вейвлета Морле  = 5.

Мнимая часть вейвлета Морле  = 5.

Рисунок 3.

Для примера того, какие преимущества имеет вейвлет-анализ, построим для двух сигналов вейвлет  – спектры  рис.4 и 5

 

C:\Users\Student\Desktop\Элеев\rfhn\123,3.jpg

 

C:\Users\Student\Desktop\Элеев\rfhn\123,3332.jpg

Рисунок 4. Синусоиды: Одна с постоянной частотой, вторая с изменяющейся

 

C:\Users\Student\Desktop\Элеев\rfhn\12.1.jpg

C:\Users\Student\Desktop\Элеев\rfhn\3.1.jpg

Рисунок 5. Вейвлет - преобразование для синусоид с постоянной частотой (слева) и  с линейно возрастающей частотой (справа).

 

Построим Вейвлет-спектр для анализируемого сигнала (рис.6) Как видно, здесь присутствуют периодические компоненты – 3 и 10 минут (чередование темных и светлых областей на рисунке), при этом хорошо просматривается эволюция процесса: обе частотные составляющие присутствуют весь временной промежуток.

Рисунок 6. Вейвлет-спектр сигнала 1, построенный в программе Origin

Аналогично проводим анализ радиоизлучения других источников: пятен с меньшей величиной магнитного поля, источников на лимбе и темных волокон.

Сравнив полученные результаты с другими авторами, такие периоды характерны для колебаний характеристик процессов активности Солнца по наблюдениям различных волновых диапазонах.

Как показывает исследование, у избранных источников радиоизлучения присутствуют квазипериодические компоненты  порядка  нескольких минут до десятков минут.



Список литературы:

  1. Астафьева Н.М. Успехи физ. Наук: Вейвлет-анализ основы теории и примеры применения. 1996, т. 166, с. 11.
  2. Гольдварг Т. Б., Применение вейвлет–анализа в исследованиях нестационарных процессов в активных областях Солнца по радионаблюдениям, Научная мысль Кавказа, Ростов–на–Дону, 2005, с.116
  3. Meunier N., Kosovichev A. G. Fast photospheric flows and magnetic fields in a flaring active regions/ // Astron. and Astrophys.- 2003.- Vol. 412, No. 2.- P. 541 - 553.


Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: