Введение к работе
Актуальность теми. Портів экспериментальное результати исследований электрических полег; в ионосфере на епупппечх и ракетах, получешшз более двадцати лет назад, гн казали важное значеіше этих пелеи, которое они имеют во многих физических процессах, йротвк&шдах is околоземном космическим пространстве, и одном из пертих успсшіпві спутниковых экспериментов по измерению электрических долей на спутнике "Инжун--5" било экспериментально уетановлзно существование коньзк-тивного движения плазмы в ионосфере высоких цшрот. й Дальнейшем было показано, что конвекция з магнитооф\о и ионосфере приводит к возникновение ряда явлении, таких как формирование плазмопаузы, образование главного ионосферного провала, формирование крупномасштабной структури полярной ионосфер и И Т.Д.
Какдое из лерсчисленг.іїх явлении в ионосфере представляет собоіі достаточно сложную проблему и до сих пор является предметом обширних исследований. Кроме тоге, посредством электрических полей и продольных токов осуществляется электродинамическое взаимодействие в системе ионосфера - магните-сфера и, таким образом, электрическое поле является одним из ключевих параметров для решения многих задач иопоСи>ерно-маг-питосфер}Шх связей. Поэтому в настоящее время во всех спут-няковцх проектах в комплекс научной аппаратуры обязательно включается прибор дія измерения электрических' полей. Однако, в силу сложности проводимых измере.чг.я и обработки данных, далеко не в каждом эксперименте удается получить достаточно достовернпе результаты по электрическим полям, что и определяет ограниченность и фрагментарность этих данных. Экспериментальные исследования пространственного распределения вектора электрического поля, 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, ЩЦ*--. этом в настоящее время вызнвают процессы (в частности .0$$ук-~ тура конвекции) при больших положительных . В2 ' 1Щ!у.0дн,&Й'.'
- 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 продолышх 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-ферных связей, так и лообходимостями научной проработки различных спутниковых проектов для исследования космической плазмы как в естествешых условиях, так и при проведении активных экспериментов.
Цель работы.,
1. Создание аппаратуры для прецизионных измерений трех
компонентов электрического поля с точностью ДІ^, -= ЛЕу =
- - 2 міі/м дял горизонтального компонента и Al'>z ~ - Ъ мВ/м для вертикального.
-
Исследование структури электрического поля п конвекции плазмы и ионосфере высоких и субавроралышх широт.
-
Создание самосогласованной прогностической модели электрического поля, допускающей использование в качестве входных параметров реально измеряемых величин продольных токов и потоков частиц (формирующих распределите 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 смене знака В2 > 0 к Bz<0 система кошюкции
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 бодь'.жх положительных iiн .ЛІЛІЇ
конвекция в полярной шапке представляет собой днух- трехшіх-
ревую систему с характерным масштабом ячейки I ^ 1000 га.*..
3. Разработана аналитическая модель .электрического поля в высокоширотной ионосфере, адаптированная 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-.пяется следугаими факторами:
1, Прибор КЭШ может служить прототипом 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 данішх 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 (шиючая ИЭСП) различишь 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 обращеіше нап
равления В 2 Ш\] от северного к южному составляет
Ю - 15 минут, п.ш' этом система конвекции сдвигается к зісватору на 6-7 , при обратной смене знака В2 время установлеїшя системи конвекции составляет . &J 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 олизких к реально измеряемы:.! и допускающая её использование в качестве прогности ческой.
Апробация работы. Матерпаш диссертащш обсуждались на научных седаиарах И2ЖР АН и ШШ БАН, догадывались на советско-болгарских совеіцаниях 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 магнитосферно-ионосферные связи (г. ІДурманск, 1984 г.), на Международном симпозиуме "Полярные геомагнитные явления" (г. Суздаль, Шг.), на сиштозиукахСОЗРАН (г. Грац, Австрия, 1984 ^., г. ЗУдуза, Франция, І986 г.), на ~;есоюзном семинаре "Физика авроральных явлений (г. Апатити, 1991 г.).
ІМлиздгеї, Основное содеркание диссертащш опубллко-
вано вії работах,
Структура и объем диссертации. Работа состоит иа введения, четырех глав, заключения, списка литератуоп, содержит 11?. страниц о'мюииого текста, Ц рисунков . іі списке цитируемой литературы 10 наименований„