Введение к работе
В диссертации исследованы особенности прохождения через плазму высокоширотной ионосферы мощной модулированной ВЧ радиоволны от наземного передатчика, модификации ионосферных параметров, поляризации искусственных магнитных пульсаций на Земле. Были использованы аналитические и численные методы исследования, проведено численное моделирование для условий конкретных нагревных экспериментов.
Актуальность проблемы. Высокоширотная ионосфера Земли для нас важна не только как среда для распространения радиоволн, но и как область, взаимодействующая с магнитосферной и частицами солнечного происхождения, область с крупномасштабным электрическим полем. Явления, происходящие в нижней ионосфере высоких широт, чрезвычайно разнообразны. Поэтому исследования высокоширотной ионосферы являются как прикладной, так и фундаментальной задачей геофизики, физики космической плазмы и радиофизики. Воздействие на ионосферу мощным модулированным ВЧ наземным передатчиком приводит к формированию в ионосфере антенны с заранее заданными характеристиками, недостижимыми иногда для наземного источника, что делает возможным изучение распространения радиоволн и создание новых средств связи. С другой стороны, характеристики ионосферной антенны и создаваемых ею магнитных возмущений на Земле сильно зависят от ионосферных параметров, таких как электронная концентрация в нижней ионосфере, электрическое поле, что позволяет изучать состояние самой высокоширотной ионосферы и процессов в ней. Для модификации ионосферы высоких широт создан и работает нагревный стенд недалеко от Тромсё (Норвегия), позволяющий развивать эффективную излучаемую мощность до 1 ГВт. Результаты и перспективы нагревных экспериментов активно обсуждаются на ежегодных Европейских нагревных семинарах.
Цель работы - теоретическое изучение прохождения мощной ВЧ радиоволны, модулированной в диапазоне КПК, через высокоширотную ионосферу, модификации ионосферных параметров, а также исследование поляризации искусственных магнитных возмущений на Земле, применение теории и численного моделирования нагрева ионосферы для условий конкретных экспериментов.
На зашиту выносятся;
-
Результаты исследования прохождения и поглощения мощной нагревной волны, а также возмущения ею ионосферных проводимостей. Зависимости величины магнитного возмущения на Земле, вызываемого нагревом, от ширины диаграммы направленности излучающей антенны.
-
Результаты исследования влияния горизонтальной неоднородности проводимости ионосферы типа полосы на поляризацию искусственных магнитных возмущений на Земле.
-
Метод восстановления реальной электронной концентрации в нижней ионосфере нз данных EISCAT радара во время искусственных воздействий.
-
Механизм и результаты расчета интенсивности свечения эмиссий 557.7 нм и 630.0 нм, позволяющие объяснить оптический эффект, наблюдавшийся п нагрепном эксперименте.
Научная новизна:
По степени новизны полученные в работе результаты можно разделить следующим образом:
1) Исследования подобного рода ранее проводились, но не были
достаточны:
в прохождение и поглощение нагревной волны в зависимости от несущей
частоты и электронной концентрации; и зависимости возмущений интегральных ионосферных проводимостей
от мощности.
2) Исследования подобного рода ранее не проводились:
в зависимости величины магнитного возмущения на Земле от ширины
диаграммы направленности передатчика; в эффект горизонтальных неоднородностей ионосферы на поляризацию
магнитных возмущений на Земле, генерируемых при нагреве; я выделение возмущений электронной концентрации в нижней
ионосфере при нагреве из данных EISCAT радара; и интерпретация и расчет интенсивности оптического эффекта,
возникшего при нагреве.
Практическая ценность работы состоит в том, что удалось сформулировать рекомендации для наиболее эффективного воздействия на ионосферу мощной модулированной ВЧ волной, т.е. определить наиболее оптимальные режимы нагрева для определенных ионосферных условий. Кроме того, показана необходимость учета горизонтальной неоднородности ионосферы при расчете и интерпретации поляризации магнитных возмущений на Земле. Для неоднородности типа полосы повышенной проводимости получены выражения для расчета электрических полей и токов в ионосфере для дипольного источника, расположенного недалеко от полосы. Показана возможность использования радара EISCAT для регистрации возмущений электронной плотности в шгжней ионосфере, вызванных нагревом.
Реализация работы. Результаты и рекомендации, полученные в главах 1 и 2 используются при проведении экспериментов на нагревном стенде около Тромсё (Норвегия).
Апробация. Результаты исследований представлялись на международной ассамблее МАГА в Буэнос-Айресе (1993), на международных конференции COSPAR в Гамбурге (1994), на международной конференции "Проблемы геокосмоса" в С.-Петербурге (1996), на конференции ETC в Вене (1997), на Европейских семинарах по нагреву (Нижний Новгород, 1993, Мурманск,
994, Тромсё, 1995, Соданюоля, 1997), на ежегодных всероссийских еминарах ПГИ (Апатиты).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Диссертация одержит 150 страниц машинописного текста, 39 рисунка, библиографию из Г) наименований.
