Введение к работе
В диссертации исследованы особенности проявления высокоширотных источников отдельных типов иррегулярных пульсаций геомагнитного поля и некоторые вопросы генерации низкочастотных излучений при модулированном нагреве ионосферных электронов мощным наземным ВЧ передатчиком.
Актуальность. Изучение физических процессов в ближнем космосе остается одной из наиболее быстро развивающихся областей физики. Магнитосфера и ионосфера представляют собой уникальную лабораторию для изучения плазмы, поэтому фундаментальные исследования явлений в магнитосферно-ионосферной системе имеют первостепенную важность. С началом космической эры практическая деятельность человечества все чаще вторгается в магнитосферу и ионосферу, превращая их в среду обитания человека. Проблема обеспечения этой деятельности - повышение надежности радиосвязи, обеспечение работоспособности спутниковых систем и радиационной безопасности - является важнейшей прикладной задачей, решение которой невозможно без фундаментальных исследований физических процессов в ближнем космосе.
Особый интерес представляет изучение возмущений в магнитосферно-ионосферной системе. Возмущения, различающиеся по своей природе, имеют различные пространственные масштабы -от десятков километров до нескольких земных радиусов, и длительность - от нескольких секунд до суток. В спектре возмущений низкочастотные (НЧ) излучения занимают относительно небольшой частотный диапазон. Однако изучение этого класса явлений исключительно важно; одним из возможных применений НЧ эмиссий является диагностика ионосферной и магнитосферной плазмы. Другой причиной, обуславливающей важность исследований НЧ возмущений, является их связь с другими, более сложными явлениями. Это дает возможность, с одной стороны, прослеживать сложные явления по НЧ излучениям, с другой стороны, генерация низкочастотных эмиссий должна быть неотъемлемой частью феноменологических или физических моделей сложных возмущений магнитосферно-ионосферной системы.
Новые возможности изучения низкочастотных излучений и диагностики плазмы магнитосферно-ионосферной системы дает их искусственная генерация. Одним из способов возбуждения НЧ эмиссий является нагрев ионосферных электронов мощным
модулированным наземным высокочастотным (ВЧ) передатчиком. Возмущения ионосферной проводимости на частоте модуляции приводит в присутствии ионосферного электрического ПОЛЯ к генерации НЧ эмиссий с известной геометрией источника. Знание параметров источника трудно переоценить как для задач диагностики ионосферной плазмы, так и для изучения процессов взаимодействия ионосферных электронов с полем ВЧ волны.
Интерес к изучению проявлений и генерации низкочастотных излучений не падает. С 1993 года возобновлено проведение активных экспериментов на нагревном стенде Тромсё, ежегодно проводится Европейские семинары по нагреву. Обычно широко представлена тематика по изучению низкочастотных возмущений как на геофизических, так и на радиофизических конференциях.
Цель работы - изучение проявления высокоширотных источников иррегулярных пульсаций магнитного поля и некоторых вопросов генерации низкочастотных возмущений при модулированном нагреве ионосферных электронов мощным наземным ВЧ передатчиком.
Научная новизна. По степени новизны полученные в работе результаты можно разделить следующим образом:
1) Экспериментальные результаты, полученные благодаря
уникальным геофизическим экспериментам (двумерное распределение
амплитуды и поляризации РІ2 пульсаций в области активизации сияний,
эквивалентная токовая система геомагнитных ггульсаций Рі2, выводы,
касающиеся природы вариаций интенсивности сияний и одновременных
магнитных пульсаций);.
2) Исследования подобного рода ранее проводились, но не
были достаточны (численная модель генерации искусственных
магнитных пульсаций при модулированном нагреве ионосферных
электронов, расчеты возмущений проводимости и амплитуды
искусственных магнитных пульсаций для различных профилей
электронной плотности при модулированном нагреве ионосферных
электронов);
3) Исследования такого рода ранее не проводились
(магнитные пульсации, связанные с квазипериодическими
импульсными увеличениями электронной плотности, исследование
эффективности генерации искусственных НЧ возмущений для
различных профилей электронной плотности, изучение гармоник
вариаций проводимости при нагреве электронов мощной ВЧ
волной, промодулированной по синусоидальному закону).
Практическая ценность работы состоит в том, что удалось выделить ряд существенных особенностей в поведении параметров иррегулярных магнитных пульсаций в связи с развитием сопровождающих их явлений. Показанные новые диагностические возможности иррегулярных пульсаций могут быть использованы при изучении суббуревых интенсификации.
Численная модель генерации магнитных пульсаций используется для экспериментальных исследований генерации НЧ эмиссий на нагревном стенде Тромсё. Разрабатываются методы, основанные на регистрации искусственных НЧ возмущений, позволяющие проводить диагностику электронной плотности в нижней ионосфере и ионосферного электрического поля. На основе численной модели проведена работа по изучению возмущений на частотах кратных частоте модуляции нагревной волны.
Реализация работы. Результаты работы использовались при написании монографий: "Физика авроральных явлений" (ред. Брюнелли Б.Е. и Ляцкий В.Б.) Л., Наука, 1988; "Мапштосферно-ионосферная физика. Краткий справочник" (ред. Мальцев Ю.П.), Санкт-Петербург, Наука, 1993. Результаты, полученные в гл. 2 и 3, используются при планировании и проведении нагревных экспериментов, проводимых в Тромсё научной ассоциацией EISCAT.
Апробация. Результаты исследований представлялись на
ежегодных всесоюзных (всероссийских) семинарах, проводимых в
ПГИ (Апатиты); всесоюзном совещании по итогам выполнения
проекта МИМ (Ашхабад, 1981); всесоюзном семинаре "Перспективы
исследований геомагнитных пульсаций" (Иркутск, 1984);
международном симпозиуме "Полярные геомагнитные
исследования" (Суздаль, 1986); международной конференции по суббуре (ICS-1) (Клруна, 1993); IV симпозиуме URSI по искусственной модификации ионосферы (Уппсала, 1994); международной конференции "Проблемы геокосмоса" (Санкт-Петербург, 1996); Европейских семинарах по нагреву (Нижний Новгород, 1993, Мурманск, 1994, Тромсё, 1995); Ассамблеях МАГА (Эдинбург, 1981, Гамбург, 1983, Прага 1985, Боулдер, 1995).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.
На защиту выносятся:
1. Двумерное распределение амплитуды и поляризации Pi2 пульсаций в области активизации сияний.
?.. Экниияпр.нтняя тптггтап гіигтємп гр.пмпгнитных иуикнипий Pi?, и
объяснение наблюдаемой поляризации пульсаций из-за ее азимутального движения.
-
Природа вариаций интенсивности активных сияний в диапазоне Pil и их отсутствие в диапазоне Pi2.
-
Новый тип геомагнитных пульсаций, связанных с квазипериодическими импульсными увеличениями электронной плотности.
-
Численная модель генерации искусственных магнитных пульсаций при модулированном нагреве ионосферных электронов мощной ВЧ радио волной.
-
Расчеты возмущений проводимости и амплитуды искусственных магнитных пульсаций для различных профилей электронной плотности.
-
Результаты исследования эффективности генерации искусственных НЧ возмущений для различных профилей электронной плотности.
-
Результаты изучения вариаций проводимости на частотах кратных частоте модуляции при нагреве электронов мощной ВЧ волной, промодулированной по синусоидальному закону в диапазоне 1-100 Гц.
-
Расчеты и результаты исследования гармоник вариаций проводимости для ОНЧ диапазона на примере частоты модуляции 1375 Гц.
