Sonderheft zum 60. Geburtstag von Herrn Prof. Dr. Ing. G. Pfotzer am 29. November 1969 und Herrn Prof. Dr. Ing. A. Ehmert am 6. März 1970

117 Pages·1970·3.31 MB·German

by  W. Dieminger

Diese Mitfeilungen setzen eine von Erich Regener begrundete Reihe fort, deren Hefte
am Ende dieser Arbeit genannt sind.
Sis Heft 19 wurden die Mitfeilungen herausgegeben von J. Sartels und W. Dieminger.
Von Heft 20 an zeichnen W. Dieminger, A. Ehmert und G. Pfotzer als Herausgeber.
Das Max-Planck-Institut fur Aeronomie vereinigt zwei Institute, das Institut fur Strato
sphărenphysik und das Institut fur lonosphărenpyhsik.
Ein (5) oder (1) beim Titei deutet an, aus welchem Institut die Arbeit stammt.
Anschrift der beiden Institute:
3411 lindau
SONDERHEFT
ZUM 60. GEBURTSTAG
VON
HERRN PROF. DR. ING. G. PFOTZER
AM 29. NOVEMBER 1969
UND
HERRN PROF. DR. ING. A. EHMERT
AM 6. MĂRZ 1970
ISBN 978-3-540-04970-8 ISBN 978-3-642-48208-3 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-48208-3
Die Beitrăge zum vorliegenden Sonderheft wurden von Mitarbeitern des Instituts
fUr Stratosphărenphysik am Max-Planck-Institut fUr Aeronomie verfaBt.
- 3 -
Inhaltsverzeichnis
1. Uber die Auswirkungen von solaren Rontgenstrahlungsausbruchen
auf Lăngstwellenregistrierungen in Lindau/Harz
van W. Degenhardt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . 5
2. f'ber die Ozanzerstorung an der Erdaberflăche
van P. Fabian und Ch. E. Junge ................... . 11
3. Ein Teilchenspektrometer fur die Sannensande "HELIOS"
van E. Keppler und B. Wilken ...................• 21
4. Ein Detektar fur Neutranen im Energiebereich van 20 bis 110 MeV
van E. Kirsch .... 33
5. Eine Mesanenkainzidenzanlage aus Szintillatianszăhlern
van Vincent J. Kisselbach ............................... . 45
6. Uber die Elektranenausfăllung am fruhen Morgen wăhrend palarer
Teilsturme
van G. Kremser, K. Wilhelm, W. Riedler, K. Bronstad, H. Trefall, S. L. Ullaland,
A. Bewersdarff, J. P. Legrand, J. Kangas .................•............ 49
7. Zur Variation des Luftdruck-Karrektianskaeffizienten eines
Neutronen - Manitars
van H. J. Muller ..... . 57
8. Ergebnisse einer Messung des Flusses van Elektranen mit
Energien E > 40 keV in der Palarlichtzane
van L. Rassberg. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
9. Ein Elektranenspektrometer zum Einsatz in Hohenfarschungsraketen
van H. Schutz, K. Wilhelm, M. Schnell . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . • . 71
10. Ein Pragramm zur maschinellen Kurventransfarmatian
van F. Singer .•. 77
11. Zur Berechnung des Wellenfeldes eines Lăngstwellensenders im
Entfernungsbereich bis 1000 km
van D. Stratmann ....... . 85
12. Uber den magnetosphărischen Teilsturm
von K. Wilhelm und G. Kremser ............ . 95
13. Ermittlung des direktianalen Teilchenflusses aus gemessenen
Zăhlraten
van A. Wulfing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . 109
- 5 - 1.
UBER DIE AUSWIRKUNGEN VON SOLAREN RONTGENSTRAHLUNGSAUSBRUCHEN
AUF LĂNGSTWELLENREGISTRIERUNGEN IN LINDAU/HARZ
von
W. Degenhardt
1. Einleitung
Wăhrend solarer Eruptionen steigt die kurzwellige Sonneneinstrahlung, die die Atmosphăre in der
D-Region ionisiert, erheblich. Dadurch wird vorubergehend die Elektronenkonzentration erh6ht. Dieser
Effekt wird SID (~udden .!onospheric .Qisturbance) genannt. Er lăJ3t sich indirekt durch Bodenmessungen
an Radiowellen, die in der Ionosphăre reflektiert werden, beobachten. Besonders empfindlich reagieren
Lăngstwellen, die normalerweise am unteren Rand (~70 km) der D-Region reflektiert werden, auf SIDs.
Diese bewirken eine Ănderung der am Empfangsort resultierenden Feldstărke , SFA (~udden !ield
strength ~nomaly), die sich in einer p16tzlichen Amplitudenănderung, genannt SES (~udden ~nhancement
of ~ignal Strength), und bzw. oder in einer Phasenănderung, die mit SPA (~udden !:,hase ~nomaly) be
zeichnet wird, ăuJ3ert.
Die ungest6rte D-Region wird nach den heutigen Vorstellungen [MITRA, 1968; BOWHILL, 1969 )
hauptsăchlich durch galaktische kosmische Strahlung, Lyman-(l-Strahlung und in gr6J3eren H6hen durch
solare R6ntgenstrahlung « 20 Â) ionisiert. Man ist aber noch weit entfernt von einer vollstăndigen Inter
pretation der in der D-Region stattfindenden Ionisationsprozesse. Als Ursache der meisten SID-Effekte
werden solare Eruptionen mit R6ntgenstrahlungsausbruchen angesehen [BARLETTI und TAGLIAFERRI,
1969; JAMARAN und CHIN, 1967; KAUFMANN und PAES DE BARROS, 19691 .
Im folgenden werden die allgemeinen Merkmale der SID-Effekte beschrieben, die 1968 in Lindau bei
der Registrierung der Feldstărke des Lăngstwellensenders GBR-Rugby (16 kHz, Entfernung 778 km) be
obachtet wurden. Die Zusammenhănge zwischen den Feldstărkeanomalien und solaren R6ntgenstrahlungs
ausbruchen werden untersucht.
2. Beobachtungsergebnisse
Einen typischen SFA-Effekt zeigt die Feldstărkeregistrierung vom 1. Januar 1968 (Abb. 1). Hier
wirkt sich eine ionosphărische St6rung sowohl auf die Amplitude als auch auf die Phase der zum Empfăn­
ger gelangenden Raumwellen aus. Beide Anomalien sind charakterisiert durch eine anfăngliche schnelle
Ănderung und einen allmăhlichen Ruckgang auf den normalen Tageswert.
Alle Effekte dieser Art, die tagsuber im Jahre 1968 auftraten, wurden tabelliert. FUr jedes Ereignis
wurden notiert :
1) Beginn TA in Weltzeit,
2) Zeitpunkt T der gr6J3ten Ănderung,
max
3) Ende TE der St6rung und
4) die maximale Amplitudenănderung Emax/Evorher bzw.
die maximale Phasenănderung.
1. - 6 -
1. JANUAR 1968
T = 11.25 UT
UTII~~~_
TA = 11.11 ITE = 12.45 UT
PHASE
6 Skt
4
Evorher~_ ____ _
2
6 8 10 12 14 16 UT 18
16 kHz RUGBY - LlNDAU
Abb. 1 : Ausschnitte aus der Amplituden- und Phasenregistrierung des
Senders GBR-Rugby am 1. Januar 1968 wăhrend einer star
ken ionosphărischen Starung.
Im betrachteten Zeitabschnitt konnten 136 plătzliche Feldstărkeănderungen einwandfrei erkannt wer
den. Es handelt sich dabei immer um SES-Effekte, teilweise auch um gleichzeitige SPA-Effekte. DieVer
teilung der Ereignisse uber das Jahr 1968 zeigt Abb. 2. Der Monat Oktober ist mit 31 Effekten beson
ders ereignisreich. Allein am 16. Oktober konnten sieben Anomalien festgestellt werden. Im April wur
den hingegen nur zwei Effekte beobachtet. Die Hăufigkeitsverteilung wird neben der sich mit der J ahres
zeit ăndernden Tageslănge ausschlaggebend von der Sonnenaktivităt bestimmt.
40
..... (IJ
(IJ-
-0-'"
..(.I.J. 20
LW
o,
N«
«CllLf.l. O
Jan.
Abb. 2: Hăufigkeitsverteilung der pIătzlichen Feldstărkeanomalien des Senders Rugby (16 kHzl
im Jahre 1968.
Der Beginn und das Maximum eines
SFA-Effektes lassen sich mit einer Genauig
60
keit von etwa ± 1 Minute ablesen. Die An
stiegszeit (T max - T Al betrăgt, wie Abb. 3
zeigt, am hăufigsten 5 - 10 Minuten. Es tre ..... (IJ 40
-(oIJ --'"
ten aber auch Stărungen auf, bei denen der - (IJ
.....
Anstieg uber ei ne Stunde dauert. ..c.w,
o 20
N«
Die Gesamtdauer (TE - T Al der SFA «CllLf.l.
Effekte lăl3t sich bestenfalls mit einer O
Genauigkeit von ± 15 Minuten angeben, da O 10 20 30 40 50 60 min.
Anstiegszeit
die Stărungen annăhernd exponentiell auf
das normale Tagesniveau abklingen. Typi-
Abb. 3: Hăufigkeitsverteilung der Anstiegszeiten von SFA
Effekten im Jahre 1968.
- 7 - 1.
sche Werte fUr die Gesamtdauer sind 30 Minuten bis 1 1/2 Stunden (Abb.4). Einige wenige SFA
Effekte dauern aber uber drei Stunden. Erschwert wird die Bestimmung der Gesamtdauer in einigen Făl­
len dadurch, dal:l mehrere Stărungen kurzzeitig aufeinanderfolgen. Ein Beispiel dafur ist die Registrie -
rung vom 15. Januar 1968 (Abb.5).
o 30 60 90 120 150 180 min.
Gesamtdauer
Abb. 4: Hăufigkeitsverteilung der Gesamtdauer von SFA-Effekten,
---die bei Feldstărkemessungen des Senders Rugby im Jahre
1968 beobachtet wurden.
15. JANUAR 1968
I 1I2 .54 UT
12.22 UT 11339 UT
~
PHASE
6 SkI
6 8 10 12 14 16 UT 18
16 kHz RUGBY - LINDAU
Abb. 5: Amplituden- und Phasengang des Senders Rugby wăhrend
einer Folge von SID-Effekten am 15. Januar 1968.
Bei allen im Jahre 1968 beobachteten plătzlichen Feldstărkeănderungen wurde eine Zunahme der Am
plitude festgestellt. In Abb. 6 ist dargestellt, welche Amplitudenerhăhungen im betrachteten Zeitraum am
hăufigsten vorkamen.
Emax / Evorher
Abb. 6: Hăufigkeitsverteilung der Amplitudenănderungen bei
--- in Lindau beobachteten SID-Effekten.
Nicht alle SES-Effekte zeigen gleichzeitig auch Phasenănderungen. Diese treten im allgemeinen erst
bei Amplitudenănderungen auf, die grăl:ler als 1,3 sind. Von den insgesamt 136 SES-Effekten waren 62
mit SPA-Effekten verknupft. Die bei einer Phasenanomalie auftretende maximale Phasenăhderung lăl:lt
sich mit einer Genauigkeit von etwa ± 30 ablesen und betrăgt meistens 5 _ 150•
1. - 8 -
3. Verg1eich mit solaren Rontgenstrah1ungsausbruchen
A1s Ursache der beobachteten ionosphărischen Storungen kommen unter anderem solare Rontgenstrah-
1ungsausbruche, abgekUrzt mit SXF (§.olar ~-Ray E:'lares), in Frage. Die Fe1dstărkeanomalien des Sen
ders Rugby wurden daher mit Berichten uber SXF-Effekte verglichen, die von der Universităt Iowa in den
'Solar-Geophysical Data' veroffent1icht werden. Die Intensităt der solaren Rontgenstrah1ung wird im Be
reich von 2 - 12 A mit Hilfe der Satelliten Exp10rer 33 und 35 kontinuierlich gemessen. Publiziert wer
den, teilweise mit kurzen Anmerkungen, alle SXF-Effekte, bei denen die Intensităt um mindestens das
4-fache des Wertes bei ruhiger Sonne zunimmt. Sie werden durch Beginn, Maximum und durch die groBte
Intensitătsănderung beschrieben.
Der Verg1eich dieser Rontgenstrah1ungsdaten mit den Lindauer Fe1dstărkeanomalien ergibt die fo1gen
den Ergebnisse.
3.1. 115 (85 %) der 136 beobachteten SFA-Effekte traten gleichzeitig mit SXF-'Effekten auf. Nicht nur
der Beginn, sondern auch die Anstiegszeiten der SFA-Effekte stimmen gut mit denen der Rontgen
strah1ungausbruche uberein.
3. 2. Am Ort des Satelliten steigt die Intensităt zur Zeit einer Eruption mit Rontgenstrah1ung oft bis auf
das 20-fache des norma1en Wertes an. Je groBer der RontgenstrahlungsfiuB ist, um so ausgeprăg­
ter sind im allgemeinen auch die Feldstărkeanomalien des Senders Rugby. Die SES- und SPA-Ef
fekte erreichen ihre maxima1en Werte gleichzeitig. Lediglich bei extrem starken Rontgenstrahlungs
ausbruchen ăndert sich dies. Beispielsweise fand am 6. Juli 1968 um 09.42 UT ein SXF-Effekt
mit einer Intensitătszunahme um den Faktor 120 statt. Der maximale RontgenstrahlungsfiuB im Be
reich von 2 - 12 A betrug 0,32 erg/(cm2sec). Die Intensităt der Rontgenstrahlung und die Phasen
anomalie des Senders Rugby erreichen nach 9 Minuten gleichzeitig ihr Maximum. Auf der Amplitu
denregistrierung hingegen ist ein anfăngliches Uberschwingen zu erkennen. Der SES-Effekt nimmt
schon nach 3 Minuten einen Maxima1wert an und durchlăuft ein Minimum dann, wenn die Phasenăn­
derung am groBten geworden ist (Abb. 7).
6, JULI 1968
I r
17",15, UTI~L ___: 5.5_4 U_T _-
V-I--~
PHASE
6 SkI
----~~ ~~-~----~~-------
2
r--r_ _
O~ __. -__ r-~ __r --+~A~MrPl~IT~UrD=E-. __~ -. __~ ~-L
6 8 10 12 14 16 18 UT
16 kHz RUGBY - LlNDAU
Abb. 7: Amplituden- und Phasengang des Senders Rugby wăhrend
eines sehr groBen SXF-Effektes am 6. Juli 1968.
3.3. Bei einigen SXF-Effekten sind auch Angaben uber Struktur und Dauer vermerkt. Je schneller der
solare Rontgenstrahlungsausbruch abklingt, um so kurzer ist auch die Dauer des entsprechenden
SFA-Effektes. So zeichnete sich der SXF-Effekt am 17. Februar 1968 um 12.55 UT durch einen
schnellen Anstieg und durch ein rasches Abklingen aus. Die Intensităt nahm im Bereich von 2 -12 11.
- 9 - 1.
um das 12-fache zu. Die Feldstarkeregistrierungen in Lindau (Abb. 8) zeigen zur gleichen Zeit
einen ausgepragten SES- und SPA-Effekt von nur 25 Minuten Dauer. Die SFA-Effekte steigen
rasch an und klingen ebenso schnell wieder ab. Lang andauernde Feldstarkeanomalien hingegen
stehen im Zusammenhang mit SXF-Effekten, die eine komplexe Struktur besitzen bzw. langsam
abklingen.
11 FEBRUAR 1968
j12.56 UT
PHASE
,
SkI
2
O
6 8 10 12 14 16 UT 18
16 kHz RUGBY - L1NDAU
Abb. 8: Durch einen kurzzeitigen SXF-Effekt gestBrte Feldstar
keregistrierung des Senders Rugby .
• SOLARE RONTGENSTRAHLUNGSAUSBRUcHE
OSFA -EFFEKTE
NACHTAUSBREITUNG SA-EFFEKT TAGESAUSBREITUNG SU-EFFEKl NACHTAUSBREITUNG
o
30. ® ®
® ® O®
®® ®®
25.
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o 8 12 16 20 UT 24
TAGESZEIT
TAGESZEIT
Abb. 9: SXF- und SFA-Effekte im Monat Oktober 1968.
1. - 10 -
3.4. Alle von der Universitat Iowa fUr das Jahr 1968 angegebenen SXF.-Effekte, die sich zu Zeiten er
eigneten, wahrend der die Ausbreitungsstrecke Rugby-Lindau ganz von der Sonne beschienen wurde,
lassen sich in den Feldstarkeregistrierungen durch gleichzeitig auftretende SFA-Effekte erkennen.
Dies zeigt Abb. 9 fUr den Monat Oktober. In Abhangigkeit von der Tageszeit sind alle SXF-Effekte
im Bereich von 2 - 12 Â durch Punkte eingezeichnet. Die Kreise bedeuten SFA-Effekte, die bei
der Registrierung des Senders Rugby tagsuber beobachtet wurden. Die schraffierten Flachen geben
die Zeitraume an, in denen die tibergange von Nacht- zu Tagesausbreitung stattfinden. Man sieht,
dal.l alle SXF-Effekte, die sich wahrend der Tagesausbreitung des Senders Rugby ereignen, von
Feldstarkeanomalien begleitet sind. Es werden allerdings mehr SFA-Effekte beobachtet als SXF
Effekte angegeben sind.
Die Beobachtungen weisen also auf einen engen Zusammenhang zwischen SXF und SFA hin. Da nur
Angaben uber SXF-Effekte zur VerfUgung standen, bei denen die Intensitat auf mindestens das 4-fache
des Wertes bei ruhiger Sonne zunahm, konnte nicht bei allen SFA-Effekten ei ne Beziehung zu solaren
Rontgenstrahlungsausbruchen festgestellt werden. Es ist aber zu vermuten, dal.l die rest lichen SFA-Ef
fekte, die sich durch geringe Amplitudenanderungen auszeichnen, ebenfalls im Zusammenhang mit ent
sprechend schwacheren Rontgenstrahlungsausbruchen stehen.
Li te raturve r z eichni s
BARLETTI, R., G. L. TAGLIAFERRI: Solar X-Ray Flux Deduced from FIare Effects on VLF Propagation.
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