СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА И ВРЕМЕНИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ С БОРТА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 1995 года по МПК G01V9/00 

Изобретение касается космических физико-технических исследований и может быть использовано для прогноза сейсмической активности Земли.

Проблема предсказания землетрясений имеет многовековую историю. Традиционные сейсмические, геофизические и тектомагнитные исследования возможности прогноза землетрясений проводятся во многих странах мира уже десятки лет. Однако эта проблема далека от своего решения. Случаи успешного прогноза исчисляются единицами. Поэтому актуальна разработка новых способов прогноза землетрясений, в том числе и космическими методами.

Первые наблюдения предвестников землетрясения на космических аппаратах были проведены около 10 лет назад. На спутниках "Интеркосмос-19", "ОГО-6", "Ореол-3" были обнаружены явления резкого повышения интенсивности низкочастотных электромагнитных излучений (0,1-16 кГц) за несколько часов до землетрясения при пролете спутника в некоторой области, лежащей вблизи эпицентра землетрясения. Аналогичные явления наблюдались и на ИСЗ "Геос-1" и "Геос-2", на которых находилась аппаратура, регистрирующая ОНЧ-излучение (60-7500 Гц). Проводились синхронные наблюдения на спутниках и на наземной станции на острове Кергелен. Всплески ЭМИ отмечались за несколько десятков минут до нескольких исследованных землетрясений, эпицентры которых были расположены вблизи силовой линии геомагнитного поля, проходящего через остров Кергелен.

На ИСЗ "Интеркосмос-Болгария-1300" за десятки минут до землетрясения были зарегистрированы вариации квазистатического электрического поля (0,1-8 Гц) в двух зонах: над очагом и в магнитосопряженной точке [1]
На ряде ИСЗ проводились измерения ионного и нейтрального состава ионосферы, плотности и температуры нейтронов и положительных ионов, энергетического состава фотоэлектронов, потоков заряженных частиц с энергией до 25 кэВ. В ряде случаев были обнаружены изменения в концентрации плазмы над очагами готовящихся землетрясений. Формировался локальный провал в концентрации плазмы, доходящий до 20%
При обработке экспериментальных данных от прибора "Мария" со спутника "Интеркосмос-Болгария-1300" было обнаружено 11 резких флуктуаций в темпах счета, 5 из которых произошли в отсутствие геомагнитных возмущений и сопровождались через 2,5-3 ч землетрясениями. Спектрометр "Мария" зарегистрировал 11 более чем десятикратных возрастаний интенсивности частиц с энергией более нескольких десятков МэВ, около 80% которых составляли протоны. Аппаратура "Мария" установлена также на ОК "Мир".

Анализируя указанные способы предсказания землетрясений, можно сделать вывод, что все работы данного направления в настоящее время требуют дальнейшего экспериментального подтверждения и развития в плане возможности их практического применения.

Так, способы, основанные на регистрации заряженных частиц, подвержены сильному влиянию различных факторов, не связанных с подготовкой землетрясений (солнечная активность и т.п.). Кроме того, при регистрации заряженных частиц в околоземном космическом пространстве практически невозможно определить направление на источник их возникновения, что исключает возможность определения места предстоящего землетрясения, так как используемый детектор дает только интенсивность заряженных частиц в данной точке.

Из всего многообразия способов контроля готовящегося землетрясения наиболее отработанным можно назвать способ, выбранный авторами за прототип, и заключающийся в регистрации ОНЧ-излучения аппаратурой КА [2] Данный способ основывается на наличии так называемого "тримпи-эффекта", суть которого заключается в том, что за несколько часов до землетрясения в результате появляющихся в коре напряжений генерируется мощное ОНЧ-излучение с частотами порядка 20 кГц. Возникающее излучение регистрируется за несколько часов до землетрясения при пролетах спутника в некоторой области, вытянутой вдоль параллели и лежащей над эпицентром землетрясения.

Недостатки данного способа связаны с трудностями локализации места предполагаемого землетрясения и с сильным воздействием на приемник ОНЧ-излучения различных помех, в том числе и от самого КА.

В предлагаемом изобретении увеличивается надежность предсказания землетрясения и появляется возможность уточнить зону готовящегося землетрясения.

Предлагаемый способ, так же как и прототип, включает регистрацию ОНЧ-излучения аппаратурой КА. При этом в предлагаемом способе дополнительно сканируют с борта КА в рентгеновском диапазоне спектра участки подстилающей земной поверхности, регистрируют в верней атмосфере образование фотонов при взаимодействии с атмосферой потоков электронов, высыпающихся из внутреннего радиационного пояса под воздействием ОНЧ-излучения, и по наличию и размерам участка подстилающей земной поверхности, характеризующегося интенсивностью рентгеновского излучения с E 2-25 кэВ, превышающей фоновое значение не менее чем на 20 стандартных отклонений, уточняют местоположение эпицентра землетрясения.

Новые отличительные действия предлагаемого изобретения позволяют увеличить надежность контроля готовящегося землетрясения и дают возможность уточнить его зону.

Достигается это следующим образом. Распространяясь от Земли и достигая L-оболочек с L-2, ОНЧ-излучение эффективно рассеивает электроны с энергиями порядка 30 кэВ-1 МэВ, которые попадая сверху из радиационного пояса, поглощаются атмосферой на высотах 70-100 км. Энергетический эквивалент потока при этом достигает 0,1 эрг/см²˙с;
Пробег электронов указанной энергии до полного поглощения составляет 2,5˙10^-3 г/см². При этом основным процессом взаимодействия с воздухом является ионизация атомов. Но, как следует из рассмотрения сечений взаимодействия, существует вероятность порядка 10^-4 образования фотона тормозным излучением. При данном механизме примерно в половине случаев образуется фотон с энергией, сравнимой с энергией электрона, т.е. в районе 10-30 кэВ, и примерно половина таких фотонов, двигаясь вверх, не поглотится атмосферой.

Энергия электрона в 30 кэВ соответствует 5˙10^-8 эрг, и поток частиц составляет 2˙10⁶ см^-2с^-1. Eсли район генерации ОНЧ-излучения ограничен на Земле областью размерами в 100 км, то светимость в рентгеновском диапазоне слоя, где происходит поглощение электронов, составляет:
Е 0,1˙(5˙10^-8)^-1˙10^-4 10¹⁴ фотонов/с 2˙10¹⁶ фотонов/с.

На высоте орбиты в 300 км поток фотонов будет составлять
F 0,25·2· 10¹⁶/ (4πR) 2 фотона/см² где R 200 км.

Предположим, что на спутнике установлен пропорциональный счетчик площадью 100 см², регистрирующий рентгеновские фотоны с эффективностью 0,5. Его собственный фон, остающийся после селекции заряженных частиц, равен примерно 2 имп/см²˙с. Прибор пролетает область высыпания электронов примерно за 10 с. В таком случае от фона будет накоплено 2000 имп. а от излучающей области 1000 имп. что составляет 20 стандартных отклонений и представляет собой вполне регистрируемую величину.

Таким образом, при использовании данного способа, дающего изображение подстилающей поверхности в рентгеновском диапазоне, по параметрам яркого пятна (размеры, спектр, поведение во времени) распознается зона готовящегося землетрясения.

Кроме того, в этом случае повышается надежность контроля готовящегося землетрясения, с борта КА.

Предлагаемый способ иллюстрируется фиг.1-3.

На фиг.1 обозначены Земля 1, область 2( ≈ 100 км) образования напряжений в земной коре; образование 3 ОНЧ-излучения, траектория 4 полета КА, поле зрения 5 рентгеновского датчика; КА 6, внутренний радиационный пояс 7, траектория 8 движения электронов по магнитным силовым линиям, высыпание электронов 9 под воздействием ОНЧ-излучения, образование фотонов 10 при взаимодействии потоков электронов с атмосферой на высоте 70-100 км, атмосфера 11.

Возможность идентификации зоны готовящегося землетрясения иллюстрируется фиг. 2 и фиг.3. На фиг.2 обозначены зона 12 очага готовящегося землетрясения трасса 13 КА, проходящая над очагом готовящегося землетрясения, трассы 14 и 15 КА, проходящие вблизи очага готовящегося землетрясения.

На фиг.3 показаны в зависимости от времени интенсивности потока, регистрируемого рентгеновским детектором с полем зрения ≈ 10^о в диапазоне 2-25 кэВ при полете КА над очагом готовящегося землетрясения (позиция 1 на зависимости 2) и вблизи очага готовящегося землетрясения (зависимости 3 и 4). Время соответствует полету КА на минимальном удалении от эпицентра готовящегося землетрясения.

Предлагаемый способ может быть реализован с помощью известных средств. Для регистрации ОНЧ-излучения может использоваться приемный ОНЧ-комплекс, включающий в свой состав:
трехкомпонентные ОНЧ детекторы магнитного поля (типа МДП-3);
шестикомпонентный приемник анализатор (типа АНЧ-6);
приемник ОНЧ-сигналов, измеряющий амплитуду и фазу СДВ радиопередатчиков (типа ПОНЧ-6);
микропроцессор анализатор (типа МА-2).

В качестве КА могут использоваться существующие орбитальные комплексы типа ОК "Мир", перспективные комплексы типа УКП, выводимые на геостационарные орбиты, и другие аппараты.

Для сканирования с борта КА участков земной поверхности могут использоваться системы управления типа "Дельта", "Чайка", устанавливаемые на ОС "Салют", ОК "Мир" и других КА.

Для регистрации фотонов в рентгеновском диапазоне может использоваться аппаратура типа СКР, установленная на КА "Астрон", либо "Барс", установка которой планируется на ОК "Мир", а также радиотелеметрическая система типа БР9ЦУ.

Для идентификации зоны готовящегося землетрясения по параметрам изучения от подстилающей поверхности может использоваться информация от РТС БР9ЦУ и вычислитель.

Таким образом, реализовать предлагаемый способ можно полностью с помощью известных средств.

Использование: для повышения точности определения местоположения эпицентра землетрясения. Сущность изобретения: регистрируют с борта космического аппарата низкочастотное электромагнитное излучение, в момент превышения его интенсивности фонового уровня дополнительно сканируют участки подстилающей земной поверхности в рентгеновском диапазоне спектра с энергией 2-25 кэВ и по наличию интенсивности излучения, превышающей фоновое значение не менее чем на 20 стандартных отклонений, уточняют местоположение землетрясения. 3 ил.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА И ВРЕМЕНИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ С БОРТА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА, включающий регистрацию низкочастотного электромагнитного излучения и суждение по превышению интенсивностью излучения фонового уровня о времени и местоположении эпицентра землетрясения, отличающийся тем, что в момент превышения интенсивностью низкочастотного излучения фонового уровня дополнительно сканируют с борта космического аппарата участки подстилающей земной поверхности в рентгеновском диапазоне спектра и по наличию и размерам участка земной поверхности, характеризующегося интенсивностью рентгеновского излучения с энергией 2 25 кэВ, превышающей фоновое значение не менее чем на 20 стандартных отклонений, уточняют местоположение эпицентра землетрясения.