Utjecaj Zemljine ionosfere na niskofrekventna radioastronomska promatranja

diplomski rad

• Naslov (engleski): Ionospheric effects on low-frequency radioastronomical observations
• Autor: Ivana Nikolac
• Mentor: Giuliana Verbanac (mentor)
• Mentor: Vibor Jelić (mentor)
• Član povjerenstva: Giuliana Verbanac (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Antun Marki (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Ivica Sović (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Maja Telišman Prtenjak (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Snježana Markušić (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Prirodoslovno-matematički fakultet; (Geofizički odsjek); Zagreb
• Datum i država obrane: 2020-10-30, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: PRIRODNE ZNANOSTI; Geofizika; Ostale geofizičke discipline

Sažetak

U radioastronomskim je promatranjima sve veći interes za provođenje promatranja na niskim frekvencijama. Glavni izvor pogrešaka na frekvencijama nižim od ∼ 1 GHz je Zemljina ionosfera, ionizirani turbulentni sloj plazme u gornjoj atmosferi Zemlje. Uz disperzijsko kašnjenje, zbog postojanja Zemljinog magnetskog polja, prolaskom vala kroz ionosferu dolazi i do rotacije ravnine polarizacije vala, odnosno do Faradayeve rotacije. Utjecaj ionosfere na polarimetrijska promatranja očituje se u depolarizaciji zračenja, prividnom pomaku izvora zračenja, promjeni u amplitudi intenziteta zračenja te distorziji oblika samog izvora. U ovom je radu provedena korekcija podataka na Faradayevu rotaciju u ionosferi koja se očituje kao pomak u prostoru Faradayevih dubina, a koji je proporcionalan RM (engl. Rotation Measure) ionosfere (gdje je RM mjera kuta polarizacije u ovisnosti o valnoj duljini zračenja). Ispitano je može li se iz podataka detektiranog polariziranog zračenja Mliječne staze odrediti RM ionosfere te ukloniti utjecaj Faradayeve rotacije u ionosferi. Korišteni su podaci dobiveni LOw Frequency ARray (LOFAR) radioteleskopom koji su uključivali podatke bez i s već provedenom korekcijom na Faradayevu rotaciju u ionosferi. Proučene su razlike u maksimumima intenziteta polariziranog zračenja bez i s korekcijom te je određen odgovarajući pomak u prostoru Faradayevih dubina. Na osnovu 10-minutnih promatranja, određena je vremenska ovisnosti pomaka u prostoru Faradayevih dubina. Vremenska ovisnost pomaka uspoređena je s vrijednostima RM ionosfere za isto vremensko razdoblje te je dobiveno dobro slaganje. Interpolacijom postojećih komponenti linearno polariziranog zračenja dobiven je novi set podataka o ukupnom polariziranom zračenju. Uspoređeni su Faraday spektri intenziteta zračenja novih podataka s onima iz originalnih podatka bez i s osnovnom korekcijom na Faradayevu rotaciju. Nakon dodatno provedene korekcije, dobiven je odgovarajući pomak u prostoru Faradayevih dubina te veći iznos maksimuma intenziteta zračenja. Proučena je Sunčeva i geomagnetska aktivnost za vrijeme LOFAR promatranje te nisu uočeni poremećaji koji bi mogli dodatno utjecati na radiopolarimetrijska promatranja.

Sažetak (engleski)

The Earth’s ionosphere, an ionized turbulent plasma layer in the Earth’s upper atmosphere, is the main source of errors for radio astronomical measures below ∼ 1GHz. Due to the existence of the Earth’s magnetic field, when an electromagnetic wave passes through the ionosphere, it experiences not only a frequency dependent phase delay, but also Faraday rotation of the plane of polarization. In polarimetric observations, the main effects of the ionosphere are depolarization and attenuation of the signal, position shift and distortion of the source. In our work we correct for Faraday rotation in the ionosphere by determining the shift in Faraday depth space of LOFAR data, which is proportional to the ionospheric RM. The purpose is to determine the ionospheric RM from polarized synchrotron emission from the Milky Way and correct for Faraday rotation in the ionosphere. Two sets of LOFAR data averaged over a six-hour period were used (with and without standard correction for Faraday rotation in the ionosphere). We determined the differences in maximum intensities between two sets and the corresponding shift in Faraday depth space. Based on the ten-minute observations, we determined the time dependence of the shift in Faraday depth space and compared it to the corresponding ionospheric RM values. The two were in good agreement, that is, the data curves showed the same trend. Using interpolation, we shifted the existing components of linear polarized emission for the corresponding amount in the Faraday depth space and produced a new data set for total polarized emission. Comparing the Faraday spectrum of the new data set with two original data sets, we showed that the results of the new correction for Faraday rotation in the ionosphere give adequate shift of data in the Faraday depth space and higher maximum intensity of observed emission. Finally, we studied solar and geomagnetic activity during analysed LOFAR observations and did not observe any disturbances that could significantly distort polarimetric observations.

• Ključne riječi: ionosfera; radioastronomija; Faradayeva rotacija; LOFAR; RM sinteza; Faradayeva dubina; geomagnetski indeksi; geomagnetski poremećaji
• Ključne riječi (engleski): ionosphere; radio astronomy; Faraday rotation; LOFAR; RM Synthesis; Faraday depth; geomagnetic indices; geomagnetic disturbances
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:217:835433
• Studijski program: Naziv: Fizika i geofizika; smjerovi: Seizmologija i fizika čvrste Zemlje, Meteorologija i fizička oceanografija; Smjer: Meteorologija i fizička oceanografija; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: diplomski; Akademski / stručni naziv: magistar/magistra fizike – geofizike (mag. phys.-geophys)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2020-11-10 09:00:50