Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Анализ предшествующих исследований ионосферного УКВ радиошума 10
1.1. Краткий обзор результатов предшествующих наблюдений УКВ радиоизлучения ионосферы 10
1.2. Обобщение результатов измерения интенсивности ионосферных УКВ радиошумов 13
1.3. Об эффективности некоторых широкополосных механизмов излучения в авроральной ионосфере 16
Выводы к первой главе 19
ГЛАВА II. Экспериментальные исследования ионосферного УКВ радиошума на станции Норильск 20
2.1. Измерительная аппаратура и условия проведения наблюдений ионосферных УКВ радиошумов 20
2.2. О роли тропосферных и ионосферных факторов в создании эффектов спорадического увеличения эквивалентной шумовой температуры антенны 22
2.3. Основные морфологические особенности ионосферного радиошума . 29
2.4. Связь источников УКВ радиошума с авроральным электроджетом 38
2.5. Связь УКВ радиошума с длиннопериодными пульсациями магнитного поля 58
2.6. Связь дециметрового радиоизлучения ионосферы с поглощением космического радиошума 65
Выводы к второй главе 68
ГЛАВА III. Анализ механизмов излучения ионосферного УКВ радиошума 70
3.1. Анализ тормозного радиоизлучения при корпускулярной ионизации верхней атмосферы 70
3.2. О механизмах нагрева электронов в верхней атмосфере 77
3.3. О рассеянии широкополосного излучения естественных источников на ионосферных неоднородностях 87
3.4. Мезосферные аэрозольные облака как источники УКВ радиошума 92
Выводы к третьей главе 104
ГЛАВА IV. Декаметровое радиоизлучение полярных сияний 106
4.1. Экспериментальные результаты по регистрации всплесков радиоизлучения в декаметровом диапазоне 106
4.2. Об интерпретации характеристик декаметрового излучения 112
Выводы к четвертой главе 115
Заключение 117
Список литературы 120
- Об эффективности некоторых широкополосных механизмов излучения в авроральной ионосфере
- О роли тропосферных и ионосферных факторов в создании эффектов спорадического увеличения эквивалентной шумовой температуры антенны
- О рассеянии широкополосного излучения естественных источников на ионосферных неоднородностях
- Экспериментальные результаты по регистрации всплесков радиоизлучения в декаметровом диапазоне
Введение к работе
Магнитосфера и ионосфера Земли являются источниками электромагнитных колебаний и волн, многие из которых обнаруживаются в виде излучения за пределами области генерации, в частности, на поверхности Земли. Диапазон электромагнитных излучений магнитосферы и ионосферы перекрывает по частоте много порядков - от самых низких частот магнитогидро-динамических (МГД) волн (f~10" Гц) до рентгеновского излучения энергич- ных электронов в верхней атмосфере (f~10 Гц). Потоки энергии, переносимые электромагнитным излучением в разных участках этого спектра, также отличаются на многие порядки величины.
Шкалу электромагнитных излучений околоземного космического пространства можно условно представить в виде, показанном на рис.1, где каждому участку шкалы соответствуют определенные механизмы генерации электромагнитных волн в определенных физических условиях. Соответственно, каждый тип излучения содержит в себе информацию о свойствах среды в области источника и в области распространения от источника к наблюдателю. Регистрация этих электромагнитных излучений и изучение их характеристик служат средством диагностики различных областей ионосферы и магнитосферы.
Прогресс в исследованиях околоземного космического пространства в последние несколько десятилетий был в значительной мере связан с открытием и изучением новых типов электромагнитных излучений ионосферы и магнитосферы: рентгеновского, различных типов пульсаций магнитного поля и МГД волн, КНЧ и ОНЧ излучений, аврорального километрового радиоизлучения (АКР), которые успешно дополняли применение новых методов космических исследований - непосредственные измерения свойств космической плазмы с помощью датчиков, установленных на ракетах и ИСЗ, использование методов радиолокации, эксперименты по активному воздейст- вию на исследуемую среду и др. В радиодиапазоне основные усилия были направлены на исследования излучений в области характерных для ионосферной плазмы частот, определяемых её дисперсионными свойствами. Как правило, эти частоты не превосходят критических частот ионосферных слоев (fKp~ 10МГц) и излучения в этом диапазоне экранируются и на поверхности Земли не наблюдаются.
Участок шкалы электромагнитных излучений ионосферы Земли в об-ласти частот гМО'-г-КГТц (верхняя часть KB и УКВ диапазоны) остается в настоящее время практически не изученным, хотя о регистрации спорадических радиошумов в этом диапазоне во время геомагнитных возмущений было сообщено ещё в 1946г. Эпплтоном и Хэйем и в 1947г. Ковингтоном. Считается, что в этом интервале частот земная атмосфера и ионосфера прозрачны для радиоволн и в этом диапазоне реализуются практически все виды космической связи и навигации. Нижняя граница «окна радиопрозрачности» обусловлена экранирущими свойствами ионосферы, а верхняя - молекулярным поглощением радиоволн в нижней атмосфере (тропосфере). Существующие теоретические разработки механизмов генерации ионосферного УКВ радиошума (Рапопорт,Эйдман,1965; Peterson,Hower,1963; Ермако-ва,Трахтенгерц,1981) приводят к выводу об экстремальных или, по крайней мере, необычных условиях его возникновения. Однако, для формирования адекватной теории этого явления необходимы дополнительные экспериментальные исследования.
Поэтому, с научной точки зрения интерес к исследованиям УКВ радиоизлучения ионосферы определяется возможностью расширения наших знаний о шкале электромагнитных излучений околоземного космического пространства и получением дополнительной информации о процессах в верхней атмосфере Земли, связанных с новым типом излучения. {(rO 10'
Рентгеновеков излучение
Оптические
ЭМИССИИ
Инфракрасное излучение
Радиоизлучение авроралъной ионосферы - РАИ ю'
Авроральное километровое излучение (Ш излучения «зЧ 10 5|-
КНЧ излучения
МГД волны
Колебания З-хмерных токов
РисЛ. Положение различных типов собственных излучений ионосферы и магнитосферы на единой частотной шкале электромагнитных волн.
С другой стороны, совершенствование и усложнение радиотехнических систем связи, радиолокации, навигации и т.п., размещение их в околоземном космическом пространстве, высокая цена ошибок при распознавании и классифицировании сигналов, получаемых ими, выдвигают в число важных проблем описание динамики и детализацию спектра естественного электромагнитного фона в широком диапазоне частот. Естественные спорадические радиошумы ограничивают потенциал чувствительных широкополосных радиотехнических систем. Изучение вариаций эквивалентной шумовой температуры ионосферы в УКВ диапазоне представляют также интерес для повышения надежности результатов зондирования поверхности Земли из космоса с помощью бортовых радиометров, особенно, когда дело касается оперативной диагностики поверхностей с изменчивыми свойствами (например, ледяного покрытия океана). Эта сторона вопроса также требует специальных исследований, основой для которых должна быть по возможности полная информация о свойствах спорадического ионосферного радиошума.
Таким образом, перспективы исследований ионосферного УКВ радиошума связаны не только с диагностикой области источника, но и с прогнозом фоновой электромагнитной обстановки во время геомагнитных возмущений и икусственных воздействий на околоземную среду.
В настоящей работе ставились следующие задачи:
Организовать и провести серию наблюдений радиошума в различных участках УКВ диапазона с выделением событий радиошума аврорально-го происхождения на фоне других шумов, поступающих на вход приемника.
Определить основные морфологические характеристики аврораль-ных радиошумов (интенсивность и длительность событий, зависимость вероятности появления от времени суток и уровня магнитосферной активности, полосу частот излучения).
Опираясь на данные регионального высокоширотного геофизического измерительного комплекса (риометры, станции ионосферного зондирования, магнитовариационные станции, оптические приборы регистрации полярных сияний), выявить и детализировать связи между характеристиками радиошума и конкретными явлениями геомагнитной и авроральной активности, пространственно совпадающими с полем зрения антенн радиоприемников.
Проанализировать возможные источники и механизмы генерации УКВ радиошума в авроральной ионосфере.
В первой главе дается краткий обзор результатов исследований ионосферного УКВ радиошума, полученных до 1976г.; обсуждаются спектральные и энергетические особенности некоторых механизмов генерации электромагнитных волн, действующих в условиях верхней атмосферы; обобщаются результаты измерений интенсивности радиошумов, выполненные различными авторами, с точки зрения зависимости интенсивности от частоты.
Во второй главе приводятся результаты экспериментальных исследований ионосферного УКВ радиошума, выполненных на Норильской комплексной магнитно-ионосферной станции (КМИС, г.Норильск; ф=69.4; Х=88.1); описывается аппаратура, методы регистрации и селекции УКВ шума; приводятся полученные морфологические характеристики радиошума в дециметровом диапазоне длин волн и установленные конкретные связи событий радиошума с проявлениями геомагнитной и авроральной активности.
В третьей главе анализируются возможные механизмы излучения дециметровых радиоволн в условиях авроральной ионосферы, подробно рассмотрен механизм тормозного излучения ионосферных электронов и способы повышения его эффективности за счет нагрева электронов основной плазмы и формирования интенсивных «хвостов» сверхтепловых электронов; предложен механизм радиоизлучения, обусловленный взаимодействием электронов с частицами мезосферного аэрозоля; рассмотрена возможность регистрации радиошумов сторонних широкополосных источников (Солнце, Земля), рассеянных возмущенной авроральной ионосферой.
В четвертой главе рассматриваются свидетельства существования в верхней атмосфере Земли коллективных плазменных процессов, описана аппаратура и результаты регистрации узкополосных всплесков декаметрового радиошума от полярных сияний.
В Заключении суммируются основные результаты и выводы данной работы.
Об эффективности некоторых широкополосных механизмов излучения в авроральной ионосфере
Первое сообщение о регистрации высокочастотного радиоизлучения ионосферы было опубликовано Эпплтоном и Хэйем в 1946г. [1], а первый обзор по этой тематике написан Эллиеттом в 1969г. [2]. За период с 1946 года по 1969 год были опубликованы результаты 15-ти оригинальных исследований ионосферного радиошума в северном полушарии и 4 - в южном. Из них в диапазоне выше 200 МГц - семь работ [1,3-8], две из которых дали отрицательный результат [7,8]. Из остальных сообщений два относятся к диапазону 1-7 МГц и восемь - к диапазону 18-87 МГц.
Все эти работы были выполнены за рубежом и в отечественной печати за этот период имеется лишь одно сообщение Г.Г.Гетманцева [9], представляющее собой реферат работы Форсайта и др. [5]. После 1969г. исследования радиоизлучения полярной ионосферы были продолжены Харангом [10,11] за рубежом и у нас в стране Герасимовым, Жеребцовым и Куриловым [12], Осиповым [13,14], Гороховым [15], Дегтяревым [16] и др. Кроме того, исследования спорадического УКВ радиоизлучения околоземного космического пространства были проведены в средних широтах при решении радиоастрономических задач В.С.Троицким и др. [17,18] и С.И.Мусатенко [19].
Следует отметить, что исследования в верхней части УКВ диапазона в полярных широтах к моменту начала выполнения настоящей работы оставались на уровне 1969г. При этом большинство наблюдений радиоизлучения полярной ионосферы относятся к диапазону 30-40 МГц из-за хорошего обеспечения этого участка диапазона риометрическими приемниками, работающими в обсерваторном режиме и ведущими круглосуточную регистрацию поглощения космического радиошума D-областью ионосферы.
Исследования, выполненные в средних широтах [17-19], установили связь спорадических всплесков радиоизлучения с проявлениями солнечной активности (хромосферные вспышки, площадь солнечных пятен) и выявили максимальную вероятность регистрации радиоизлучения в дневное время, что, скорее всего, обусловлено прямым воздействием солнечной радиации на верхнюю атмосферу Земли. Морфологически всплески радиоизлучения в средних широтах характеризуются малой продолжительностью (т 1 мин.) и сравнительно большой интенсивностью - средняя эквивалентная шумовая температура всплесков в дециметровом диапазоне ТЭКВ 40-45К, наиболее вероятная 15К [17]. В то же время, по результатам исследований в высоких широтах продолжительность событий ионосферного радиошума в УКВ диапазоне составляет десятки минут и даже часы [6,11,20] при интенсивности порядка уровня галактического шума. Радиошум в высоких широтах практически всегда регистрировался во время конкретных проявлений геомагнитной и авроральной активности, в то время, как активность среднеширотного спорадического радиоизлучения связана с магнитными бурями и полярными сияниями статистически [18]. Отмеченные отличия высокоширотных и сред-неширотных спорадических радиошумов могут означать либо разные механизмы генерации в верхней атмосфере в высоких и в средних широтах, либо разные источники энергии, приводящие к генерации радиошума. Основное поступление энергии в высокоширотную верхнюю атмосферу обусловлено её связью вдоль силовых линий магнитного поля с областями магнитосферы, содержащими горячую авроральную плазму, тогда как в средних широтах такая связь отсутствует и основным источником энергии в верхней атмосфере является солнечная радиация. Поэтому, возможно, что радиошум полярной и среднеширотной верхней атмосферы нельзя рассматривать с единых позиций. Исследования УКВ радиошума полярной ионосферы производились с применением самых разнообразных технических средств (радиотелескопы, радиолокационные приемники, риометры), различных антенн, направленных и ненаправленных (телесный угол диаграммы направленности - ДН антенны QA изменялся от 10" стерадиан до 2% стерадиан), ориентированных под разными зенитными углами. Эти обстоятельства, естественно, вносят неопределенность при сопоставлении результатов наблюдений и выделении наиболее устойчивых характеристик аврорального радиошума.
Анализ данных высокоширотных наблюдений показывает, что все зарегистрированные случаи радиоизлучения имели место во время магнитосфер-ных и ионосферных возмущений. Вероятность регистрации радиоизлучения зависит от уровня солнечной активности и большинство положительных результатов были получены в годы максимума солнечной активности (см.обзор [2]).
В диапазоне частот ниже 100 МГц радиоизлучение обычно сопряжено с явлением аврорального поглощения космического шума [10,14,15,20], причем в [10] была отмечена повышенная вероятность появления всплесков радиоизлучения на фазе быстрого роста аврорального поглощения. Известно, что авроральное поглощение связано с вторжением в верхнюю атмосферу (п 90км) энергичных магнитосферных электронов (Е 40кэВ) из внешнего радиационного пояса.
В трех работах указано на присутствие высоких красных сияний во время радиоизлучения [2,6,21]. В работе [22] также сообщается, что из четырех случаев регистрации аврорального радиоизлучения, в трех наблюдалась среднеширотная красная дуга. Высокие красные сияния - это свечение атомов кислорода в линии А/=6300Л на высотах 200-400 км, возбужденных относительно мягкими электронами (порог возбуждения 1.96 эВ), поступающими в ионосферу из магнитосферы. Эти факты , очевидно, говорят о том, что радиоизлучение в этих, по крайней мере, случаях было связано с большим поступлением энергии в ионосферу из магнитосферы. Однако, радиоизлучения, непосредственно связанного с обычными яркими дискретными формами полярных сияний, не было зарегистрировано никем. Впрочем, в работе [5] приводятся данные по наблюдению очень коротких ( 10 мкс) импульсов радиоизлучения, из которых следует, что относительная вероятность появления этого типа радиошума возрастает для следующей последовательности форм сияний: однородные пятна, корона, однородная дуга, пламенное сияние, однородная полоса, лучистая полоса, изолированные лучи.
О роли тропосферных и ионосферных факторов в создании эффектов спорадического увеличения эквивалентной шумовой температуры антенны
Во время второго всплеска в 19.04-19.30UT какие-либо изменения в свечении 16300А выделить вообще не удалось из-за низкого уровня эмиссии. Из сказанного можно заключить, что во время всплесков радиоизлучения какие-либо аномалии свечения в эмиссии А,6300А отсутствовали.
Из рис. 2.9-2.11 видно, что при изменении яркости свечения К55ПА в области ДН от субвизуальных значений (менее 1 kR) до двух баллов ЮС и выше периоды радиоизлучения не совпадают с периодами наибольшей яркости. Напротив, во время второго радиовсплеска (19.04UT) хорошо видна отрицательная корреляция между интенсивностью радиоизлучения и яркостью свечения X 5511К в области ДН.
С другой стороны, если игнорировать абсолютное значение яркости свечения, можно отметить тенденцию к совпадению отдельных элементов тонкой временной структуры радиовсплесков с кратковременными уярчениями (например, в 17.37 UT, 17.44-17.47UT и т.д.). Важное отличие между наблюдаемыми в плоскости меридиана вспышками свечения в 17.32 UT и в 17.37 UT состоит в том, что в первом случае сканирующий фотометр регистрировал пространственную волну свечения, быстро дрейфующую через плоскость сканирования, а во втором - чисто временное изменение яркости, обусловленное возникновением в поле зрения новой дискретной формы сияния. Из последнего ясно, что, по-видимому, радиоизлучение связано с нестационарными или «активными» процессами в ионосфере.
Альтернативным источником энерговыделения в ионосфере является электрическое поле, область диссипации энергии которого сосредоточена в полярной токовой струей. Рассмотрим поведение полярной токовой струи во время радиоизлучения. На рис. 2.12 в координатах исправленная геомагнная широта-время показаны изолинии АН и AZ -возмущений магнитного поля на норильском меридиане. Эти картины получены путем линейной интерполя-ции.по широтной координате данных семи станций, расположенных в интервале 62.3-72.5. Оцифровка данных сделана с шагом 3 мин. и уровнями «квантования», равными 50 нТл для АН и 30 нТл для AZ. Пунктиром показаны линии АН=0 и AZ=0. Положение «центра тяжести» токовой струи (ЦТС) можно проследить по нулевой линии AZ. Нулевая линия АН соответствует области, где меняется знак зональной компоненты эквивалентного ионосферного тока.
Первый всплеск радиоизлучения начался во время быстрого перемещения ЦТС к полюсу в тот момент, когда ЦТС достиг широты 70, и закончился при обратном смещении ЦТС в экваториальном направлении до широт ниже 69. В интервале 18.00-19.00UT токовая струя еще два раза значительно усиливается, но при этом ЦТС оставался в пределах широт 66-69. Радиоизлучения в это время не зарегистрированы.
Второй всплеск радиоизлучения в 19.04-19.30 UT наблюдался во время «фазы восстановления», когда возмущение магнитного поля АН уменьшается в течение часа с 300 нТл до невозмущенного уровня. В это время хорошо видны незначительные кратковременные усиления тока в интервале широт 69-71, которые совпадают с вариациями интенсивности радиоизлучения, иногда даже в деталях (например, в 19.30 UT). Следует отметить, что оба всплеска наблюдались в те моменты, когда ЦТС находился на широтах 69-71, а экваториальная граница токовой струи - на широтах около 67.
Таким образом, если излучающая область расположена в нижней Е-области ионосферы, а диапазон высот, в котором течет ток, есть 100-130 км, то можно сделать вывод, что наблюдаемое радиоизлучение приходит из периферийной (экваториальной) области токовой струи. В последующих наблюдениях в апреле 1976 г. были зарегистрированы аналогичные всплески радиоизлучения с плотностью потока мощности более 10"21Вт/м2Гц (рис.2.13).
Возмущения в Н-компоненте на ст. Диксон (Ф=67.2) и ст. Норильск (Ф=64.3) показывают (рис.2.13), что в области пересечения ДН радиотелескопа высот 100-130 км (примерно над ст.Диксон) в это время находилась область разрыва Харанга. Из записи риометра в Норильске можно заключить, что радиовсплеск зарегистрирован во время активных фаз в высыпаниях энергичных частиц.
Вариации интенсивности радиоизлучения в первом всплеске совпадают с вариациями АН на ст. Колледж (Ф=64.8), находящейся в послеполуночном секторе зоны полярных сияний (разница во времени около 9 часов). С другой стороны, второй всплеск радиоизлучения детально совпадает с вариациями АН на ст. Диксон.
После 16.00UT радиоизлучения не зарегистрировано, несмотря на значительные магнитные и ионосферные возмущения. В 16.00UT на ст. Норильск меняется знак отклонения Н-компоненты магнитного поля, что указывает на прохождение над станцией области разрыва Харанга и , следовательно, на смещение к югу экваториальной границы западного тока. Можно предположить, что область, где генерируется радиоизлучение, также сместилась к экватору и не попадала больше в ДН радиотелескопа.
О рассеянии широкополосного излучения естественных источников на ионосферных неоднородностях
Если ионосфера, возмущенная неоднородностями, облучается мощной радиолокационной станцией (РЛС), то в качестве оценки аналогично удаленному точечному источнику имеем где Римп - имульсная мощность передатчика РЛС, Fn0BT- частота повторения импульсов, G-коэффициент усиления антенны РЛС, тФНч-постоянная времени приемника 1сек, Afnp- полоса частот приемника ионосферного радиошума, равная 20МГц (см. главу II). Принимая Римп 1ч-10МВт, Рповт=400Гц, G 103+104, R=l 000км, получим
Мы видим, что, в принципе, рассеянное ионосферными неоднородностями излучение мощных РЛС может регистрироваться с любого направления, в том числе и из зенитной области. Однако, приведенные технические характеристики относятся к высокопотенциальным РЛС обнаружения и сопровождения воздушных целей [75], которые совершают обзор пространства с частотой вращения (или сканирования) антенны в несколько оборотов в минуту. При приеме на неподвижную антенну излучение от этих РЛС должно было наблюдаться в виде повторяющихся импульсов с периодом 10с и полностью разрешаться приемниками, имевшими постоянную времени 1сек. Кроме того, во время прихода излучения РЛС на слуховом контроле приемника должна быть слышна модуляция Рповт 400Гц. На опыте регистрируемое ионосферное УКВ радиоизлучение имело характер непрерывного шума.
Как показал дополнительный анализ, анизотропия ионосферных неод-нородностей принципиально не изменяет приведенных оценок.
Утверждение о том, что в диапазоне fMOO МГц из известных механизмов излучения тормозное излучение электронов при рассеянии их на атомах и молекулах верхней атмосферы является единственным механизмом, который по спектральным и энергетическим характеристикам может быть согласован с экспериментальными данными по УКВ радиоизлучению авро-ральной ионосферы, приводит к очень жестким требованиям к потокам энергии, поступающим в верхнюю атмосферу. В самом деле, из общих соображений можно показать, что при тормозном излучении, имеющим тепловой (или квазитепловой ) характер, эффективная шумовая температура излучения связана с потоком энергии в ионосферу формулой где Q(3pr/cM3c) - источник нагрева электронов, 1эфф- эффективная толщина области излучения, 8(Те)- средняя доля энергии, теряемая электроном при столкновении, F8(3pr/cM с) - поток энергии в ионосферу, г- доля поступающей энергии, идущая на нагрев электронов (к.п.д. преобразования аврораль-ной энергии в тепловую энергию электронов). Это выражение с известной точностью будет справедливо и для излучения надтепловых электронов, если их распределение по скоростям описывать максвелловской функцией распределения с характерной энергией Ts. Если ТЭфф выражать в К, то
В воздухе по данным многочисленных измерений в области Те 103-г104оК S«(l-f2)-10"3. Из (3.31) видно, что даже в случае г 1, что характерно для разогрева электронов плазменными волнами при вторжении в ионосферу моноэнергетического электронного потока (см. раздел 3.2), в дециметровом диапазоне тормозное излучение может иметь отношение только к событиям радиошума низкой интенсивности: ТЭфф 1К. Тогда, как для объяснения деци-метрового радиоизлучения интенсивностью 10-И О К требуются либо пото-ки энергии более 10 Эрг/см с, что представляется маловероятным и может иметь место лишь в исключительных случаях, либо привлечение других механизмов генерации излучения.
Как мы убедились, в слабоионизованной плазме Е и F-областей ионосферы с характерными для нее параметрами {(оНе, аре, veff} « со при харак-терных потоках энергии в зоне полярных сияний Fe 1000 Эрг/см с трудно получить удовлетворительное объяснение регистрации достаточно интенсивных событий ионосферного дециметрового радиошума с помощью известных механизмов. Кроме того, существует факт регистрации всплесков спорадического УКВ радиоизлучения ионосферного происхождения в средних широтах, где нет авроральных источников энергии, и способы трансформации поступающей в верхнюю атмосферу солнечной энергии в радиоизлучение, очевидно, отличаются от рассмотренных выше. По-видимому, необходимым условием для альтернативного более эффективного, чем тормозной, механизма излучения верхней атмосферы в УКВ диапазоне должно быть существенное изменение характеристик среды, т.е. плазмы.
Известно, что в верхней атмосфере Земли свойства плазмы существенно изменяются с уменьшением высоты ниже 100 км - D-область, где значительную роль начинают играть отрицательные ионы, и ниже 82 км - область мезопаузы, где кроме атмосферных газов, ионов и электронов, в отдельные периоды обнаруживаются слои аэрозольных микрочастиц, которые иногда наблюдаются как серебристые облака.
Имеется ряд экспериментальных фактов и теоретических соображений, указывающих на электрическую активность таких аэрозольных мезосферных облаков. Прежде всего, это зарегистрированные в мезосфере бортовыми датчиками во время полетов геофизических ракет сильные вертикальные электрические поля ( 1 В/м), заключенные в относительно тонких по высоте слоях ( 10 км) [76]. Причем вектор электрического поля направлен вверх. Если это интерпретировать, как гравитационное разделение зарядов, то более тяжелые аэрозольные частицы должны быть заряжены положительно. Скорее всего, положительный заряд на микрочастицах создается за счет фотоэлектризации рентгеновским и УФ излучением солнечного и, возможно, авро-рального происхождения.
Экспериментальные результаты по регистрации всплесков радиоизлучения в декаметровом диапазоне
Данная работа была предпринята в значительной мере, как поисковая, т.е. ввиду крайней редкости явления, по предварительным свидетельствам, трудно было прогнозировать результат исследований. Тем не менее, в результате серии наблюдений с помощью специализированных приемников и геофизического аппаратурного комплекса Норильской КМИС удалось получить новые экспериментальные данные по общим свойствам УКВ радиоизлучения и по его конкретным связям с явлениями в зоне полярных сияний.
Сформулируем основные результаты работы: 1. Получены статистические характеристики аврорального дециметрово го радиошума - характерные эквивалентные шумовые температуры излучения 3-10К; - характерные продолжительности событий 1-30 мин., согласующиеся с характерными временами для авроральных событий; - установлена пространственная локализация источников излучения в зоне полярных сияний и получен суточный ход частоты появления, имеющий характерный для авроральных событий ночной максимум; - получено, что средний наклон спектра в области 134-575 МГц согласуется с предположением о тормозном механизме излучения. 2. Установлено, что источник дециметрового шума локализуется в области разрыва Харанга и экваториальной границы западного электродже-та. 3. Показана положительная корреляция интенсивности дециметрового шума с вытекающим из ионосферы продольным током. 4. Установлено, что во время событий аврорального дециметрового радиоизлучения спектральный индекс поглощения космического шума отклоняется от обычного значения, равного 2. 5. Показано, что существует связь между явлением дециметрового радиоизлучения и короткопериодическими колебаниями магнитного поля, состоящая, в частности, в наблюдающейся иногда квазипериодической модуляции интенсивности радиоизлучения, а также в увеличении декремента затухания магнитных пульсаций во время увеличения интенсивности радиоизлучения. 6. Показано, что в рамках тормозного механизма излучения наиболее эффективным процессом трансформации потоков авроральной энергии в радиошум является коллективная релаксация моноэнергетических потоков электронов с возможным формированием плазменного турбулентного слоя, запитанного интенсивным продольным током. Необходимый при этом поток энергии должен быть порядка или более 100 Эрг/см2сек. Важную роль в стимулировании нагрева электронов и генерации радиошума, по-видимому, играют сильные горизонтальные неоднородности проводимости и токов растекания в ионосфере. 7. С помощью предложенного механизма излучения мезосферных аэрозольных облаков удовлетворительно объясняются некоторые особенности УКВ радиоизлучения не только в авроральной зоне, но и в средних широтах. 8. Экспериментально получено, что всплески декаметрового радиоизлучения регистрируются во время усиления высыпания электронов. Параметры всплесков указывают на их нетепловую природу и могут быть интерпретированы в рамках гипотезы излучения плазменных колебаний.
В данной работе экспериментально исследовалось малоизученное явление - радиошум полярной ионосферы в УКВ диапазоне. Большинство результатов, полученных в процессе работы, являются новыми и расширяют наши знания о предмете исследования, а основные полученные результаты дают полезный материал для постановки дальнейших теоретических и экспериментальных работ.
В заключение автор должен отметить, что выполнению этой работы на разных этапах содействовали многие люди. Специализированные приемники радиоастрономического класса были предоставлены для этой работы известными радиоастрономами, к сожалению уже ушедшими от нас, чл.-корр. В.С.Троицким и д.ф.-м.н. М.М.Кобриным и автор с благодарностью помнит об этом. Автор благодарен В.Ю.Трахтенгерцу и своему руководителю Е.А.Пономареву за многие полезные советы и интересные дискуссии по многим вопросам затронутым в работе. Автор благодарит сотрудников Норильской КМИС и своих ближайших коллег А.А.Чернова и В.И.Дегтярева, помощь и общение с которыми для автора были и остаются очень ценны. Большую благодарность автор выражает Р.А.Рахматулину за неоценимую помощь на завершающем этапе представленной работы.
