Введение к работе
Актуальность теми. Портів экспериментальное результати исследований электрических полег; в ионосфере на епупппсах и ракетах, получешшз более двадцати лет назад, ш на^гсі' важное значение этих палей, которое оім имеет во многих физических процессах, Протекающих а околоземном космическим пространстве, и одном из первых успешных спутниковых экспериментов по измерению электрических долей на спутнике "Инжун--5" било экспериментально уетановлзно существование коньзк-тивного движения плазми в ионосфере високих цшрот. 15 Дальнейшем било показано, что конвекция з магнитосфер и ионосфере приводит к возникновении рада явлении, таких как формирование плазмопаузы, образование главного ионосферного провала, формирование крупномасштабной структурі: полярной ионосфер и И Т.Д.
^акдое из перечисленных явлений в ионосфере представляет собой достаточно сложную проблему и до сих пор является предметом обширных исследований. Кроме тога, посредством электрических полей и продольных токов осуществляется ЗЛЄКТ-родинамическое взаимодействие в системе ионосфера - магните-сфера и, таким образом, электрическое поле является одним из ключевых параметров для решении многих задач ііопоСи>еріго-маг-нитосферішх связей. Поэтому в настоящее время во всех спутниковых проектах в комплекс научной аппаратуры обязательно включается прибор для измерения электрических' полей. Однако, в силу сложности проводимых измереш'.й и обработки данных, далеко не в каждом эксперим&лте удается получить достаточно достовернпе результаты по электрическим полям, что и определяет ограниченность и фрагментарность этих данных. Экспери-ментаяьные исследования пространственного распределения вектора электрического полл, его величины и направления в высокоширотной ионосфере в различных геофизических ситуациях.дают ключ к решению многих задач физики полярной ионосферы и исследованию процессов в магнитосфере. Особый интерес ЩЩ--. этом в настоящее время вызывают процессы (в частности $$ф$&-~ тура конвекции) при больших положительных . В2 ''1щ-]р$$к.-
- A -
из основній проблем физики полярной ионосферы и настоящее время является создание самосогласованной модели электрического поля адоптированной к применению эмпирических данных по распределению проводимостей и продольных токов с одной стороні»', и пригодной для проведения прогностических расчетов электрических полей и токов н ионосфере с другой. На решение ряда задач из перечисленных вшію бил направлен эксперимент по измерению электрических полей в проекте "ИК-Болгария-1300".
Необходимость решения подобной задачи диктуется как потребностями физ:.ки по.'чриой ионосферы и ионосферно-магнитос-ферних связей, так и .юобходимостяш научной проработки различных спутниковых проектов для исследования космической плазмы как в естествешых условиях, так и при проведении активных экспериментов.
Цель работ»t|
1. Создание аппаратуры для прецизионных измерений трех
компонентов электрического поля С ТОЧНОСТЬЮ ДІ^, -= ЛЕу =
- - 2 міі/м для горизонтачъного компонента и Al'>z ~ - Ъ мВ/м для вертикального.
-
Исследование структури электрического поля п конвекции плазми и ионосфере высоких и субаароралышх широт.
-
Создание самосогласованной прогностической модели электрического поля, допускающей использование в качестве входных параметров реально измеряемых величин продольных токов и потоков частиц (формирующих раопределение проводимости).
Научная новизна работы определяется следующими результатами:
1. Разработан, изготовлен и реализован в спутниковом
проекте "Интеркосмос-Болгария-1300" измерительный комплекс
приборов ИЭСП для исследования электрических полей в ионос
фере с зад иной точностью» Проведен анализ влияния эффектов
затенения (солнечного и. магнитного) одного из 3-х пар зондов
на результаты измерений.
2, По результата?.! измерений электрических полей на спут-
mve '".:К-Болгария-ІЗии" псо.іодошша структура электрических..., __ полон ...ііієкшш н высокоширотной и субавроральноіі ионосфере и показано, что:
а) при смсне знака Вг>0 к И2<0 система конискзцш
расширяется на более низкие широти (на 6 - 7) за характерное
время X = 10 - 15 мин , при обратной с; юно знака лосстаноп- '
ление конвекции происходит за интервале с& і час;
б) при бодьшх положительных і*г .МШЇ
конвекция в полярной шапке представляет собой" дну х- трохьих-
ревую систему с характерным масштабом ячейки I ^ 1000 га.*..
3. Разработана аналитическая модель электрического поля в высокоширотной ионосфере, адшггировашіая к реально измеряемым данным по потокам висипавшихся электронов, продольным токам и позволяющая проводить расчеты распределения электрического ноля, близкого к реальному.
Практическая значимость работа опре,ч-ляетс.ч сдедуюищми факторами:
1, Прибор КЭШ может служить прототипе:: для измерителей
электрического поля в любом спутниковом проекте по исследо
ванию околоземного космического пространства. В модифициро
ванном виде прибор ИЭСП-2 включен в состав научной аппарату
ры в проекте "Интербол". Программа SKY „ разработанная в дис
сертации для проекта "ИК-Болгария-1300", татае может быть по
пользована для анализа данных и учета эффектов затенения,
2. Модель электрического поля, разработанная в диссер
тации, может быть использована для решения ряда задач физи
ки ионосферно-магнитосферного взаимодействия, моделирования
полярной ионосферы, а также для прогностических расчетов
электрических полей и токов в ионосфере при проведении науч
но-технической проработки ноьих спутниковых проектов.
Защищаемые в диссертационной работе положения.
I. Прибор ИЭСП для измерений злектрячесісих полей в ионосфере, успешно функционировавший в течение всего периода работы по проекту "Интеркосмос-Болгария-1300" и обеспечивший достоверные данные измерений трех компонент.электрического ПОЛЯ,
а также результаты анализа и контроля эффектов затенения датчиков различных приборов (.шслючая ИЭСП) различными частями корпуса спутника.
2. Результаты исследований характера поведения вектора электрического поля (конвекции) в различных геофизических ситуациях, которые показали, что:
а) характерное нрегля реакции конвекции на обращение нап
равления В 2 І4ЛІІ от северного к южному составляет
Ю - 15 минут, п.ш' этом система конвекции сдвигается к экватору на 6-7 , при обратной смене знака Вг время установления системи конвекции составляет . 1 часа ;
б) при больших положительных величинах хЗг ШШ конвек
ция плазмы в полярной шапке имеет 2 - 3 -х вихревую
систему с пространственным масштабом 6 ~1000 км,
причем одна из ячеек, как правило, наблюдается в об
ласти дневного полярного каспа. Направление движения
плазмы в этой ячейке по часовой стрелке при 1L. > С
и протиа часовой стрелки при В < 0. 3. Аналитическая самосогласованная модель электрического поля в шюоко'Лфотно.Ч ксносфсре, допускающая задание входных распределений проводолоотеЛ и продольных токов близких к реально измеряемым и допускающая её использование в качестве прогности ческой.
Апробация работы. f/іатерпаш диссертации обсуждались на научных седаиарах И2ЖР АН и ШШ БАН, догадывались на советско-болгарских совещаниях по проекту "ИК-Болгария-ХЗОО" (г. Суздаль, 1983 г., г. София, 1983 г., г. Старая Затора, 1984 г.), на Ш Всесоюзном совещании "Полярная ионосфера и мэдпйтосферно-ионосферные связи (г. ІДурманск, 1984 г.), на Международном симпозиуме "Полярные геомагнитные явления" (г. Суздаль, 1386 г.), на симпозиукахСОЭРАН (г. Грац, Австрия, 1984 ^., г. ЗУдуза, Франция, І986 г.), на ~;есоюзном семинаре "Физика авроральных явлений (г. Апатиты, 1991 г.).
ІМлиздгеї, Основное содеркание дассертащш опубллко-
вано вії работах,
Структура и объем диссертации. Работа состоит иа введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержит 11?. страниц основного текста, Ц$" рисунков . іі списке цитируемой литературы 10 наименований„