Введение к работе
Актуальность темы. В настоящей работе рассматривается теория интерферометрических измерений поляризованного излучения космических радиоисточников, прошедшего слой случайно - неоднородной замагничеввой плазмы. Благодаря своим исключительно широким возможностям, поляризационные методы исследования космических объектов приобрели в настоянеє время большое значение и стали одвим из ведущих направлений в радиоастрономии.
Особенно актуальным является исследование процесса рассеяния поляризованного излучения на пространственных флуктуациях диэлектрической проницаемости космической плазыы, поскольку представляется вероятным, что именно турбулентные движения плазыы и присутствувдие в ней случайные магнитные поля играет ведущую роль в динамике внегалактических источников радиоизлучения. В то же время присутствие флуктуации плотности электровоз и магнитного поля приводит, как известно, к деполяризации синхротронного радиоизлучения, распространявшегося в межзвездной и межпланетной средах и ионосфере Зэмли. Таким образом, анализ эффектов рассеяния поляризованного радиоизлучения на неоднородвостях космической плазмы, с одной сторовы, необходим для оценки влияния среды на деполяризации излучения источника. С другой стороны, по характеристикам флуктуации поляризации можно судить о физических свойствах самой космической плазмы, в частности, о пространственном спектре неоднородностей магнитного поля и механизмах его генерации.
Интенсивное развитие радиоинтерферометрии в последние годы, в том числа вступление в строй в Радиоастрономическом институте АН Украины радиоинтерфэрометра системы УРАН, стимулировало интерес к теоретическому изучение влияния среды на характеристики регистрируемого сигнала. К этому же времени относятся и исследования по поляризационной радиоинтерфорометрин в сантиметровом диапазоне, проведенные рядом зарубежных авторов. Вместе с тем, несмотря на довольно большое число работ, посвященных эффектам распространения радиоволн в случайно - неоднородной магвитоактввной плазме, вопрос пространственной когерентности рассеянного поля и флуктуации его поляризации до настоящего врэмева изучен еще недостаточно. К тому же, хотя в литературе и рассматривалось влияние фарадеевсхого вращения
плоскости линейной поляризации на измерение функции видимости космических радхоисточнхков, комплексные исследования воздействия среды распространения на параметры принимаемого интерферометром излучения не проводились, что делает очевидным важность и практическую значимость подобных исследований.
Цепью настояией диссертационной работы является: теоретический анализ эффектов распространения поляризованного радиоизлучения в случайно - неоднородной магнитоактиввой плазме на основе метода фейнмановских интегралов по траекториям в приближении параболического уравнения и марковского случайного процесса; получение аналитических выражений для параметров Отокса радиоизлучения, принимаемого поляризационным интерферометром, и их корреляционных функций с учетом явления дифракции; предсказание следующих из теории новых физических эффектов, связанных с рассеянием поляризованного радиоизлучения в магнитоактивной плазме.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
На основе метода фейнмановских интегралов по траекториям и системы уравнений переноса Фурье - компонент параметров Стокса разработана методика исследования пространственной когерентности поляризованного радиоизлучения в случайно - неоднородной магнитоактивной плазме, позволяющая получить выражения для Фурье - компонент параметров Стокса как в режиме слабых, так и в режиме сильных флуктуации волнового поля. Получены и проанализированы выражения для средних параметров Стокса принимаемого поляризационным интерферометром радиоизлучения.
-
На основе метода фейнмановских интегралов по траекториям проведен анализ корреляционных функций флуктуации параметров Стокса и их связи с характеристиками пространственных спектров флуктуации плотности электронов и магнитного поля. Предсказан ряд ранее неизвестных физических аффектов, которые возникают при распространении радиоизлучения в случайно - неоднородной магнитоактивной плазме и могут быть проверены экспериментально.
Практическая ценность работы определяется тем, что в вей сформулирована методика теоретического исследования переноса пространственной когерентности поляризованного радиоизлучения в случайно - неоднородной магнитоактивной плазме, которая может служить основой для изучения параметров турбулентности в межзвездной и межпланетной средах, хромосфере и внутренней ко-
роне Солнца, ионосферах Юпитера и Земли и ряде других космических объектов, что, в свою очередь, необходимо для решения ряда проблем радиоастрономии и астрофизики. Прэдсказанныэ на основе рассмотренных моделей реальных сред новые физические эффекты ютгут быть использозаны для выбора рациональной методики экспериментальных исследований, в частности, на декамет-ровом радиоинтерфэроыетре систэш УРАН, а такхе позволят прн изучили турбулентной космической плазмы методами поляризационной радаоинторферонэтрии определить параметры среды и преоб-ладасиц-їй в ней тип турбулентности.
На зашту вкиосятся слэдуотлэ результаты:
-
На основе метода фэйнманозских интегралоз по траекториям и решения систем уравнений переноса для компонент матрицы когэрэнтнссти а фурьэ - кошонент параметров Стокса разработала шгодпка и проведено исследование пространственной когерентности поляризованного радиоизлучения в плазкэ с флуктуаци-яня плотности электронов и ыагнатного поля.
-
Предсказаны и проанализированы новые физические эффекты, связанные с рассеянием волн в случайно - неоднородной не-поглощагщзй іагнитоактквной плазш.а икзнио:
возникновение поляризованной по кругу компоненты при каазнпродольном и линейно поляризованной компоненты -при квазипоперечном распространении нэполяризованного радиоизлучения вследствие различия степени когерентности обыкновенной и необыкновенной волн при пространственном разнесении точек наблюдения;
различный характер пространственной когерентности линейно поляризованного радиоизлучения в зависимости от соотношения іїеаду радиусси когерентности флуктуации волнового поля и разкостьа зон Френеля для обыкновенной и необыкновенной волн;
различный характер зависимости линейной поляризации от езлячшш базы интерферометра в плазкэ с флуктуациями плотЕости электронов и со случайным магнитным полем, в последнем случае при увеличения базы интенсивность линейно поляризованной ккягоиэнты и степень линейной поляризации возрастает;
взаимная трансформация линейной и круговой поляризации в присутствия анизотропного случайного кагннтного поля, нзненявіїая поляризационные характеристики исходно-
го сигнала; - линейная частотная зависимость поляризованной по кругу компоненты, возникавшей при распространении в плазме с анизотропным случайным магнитным полем линейно поляризованного радиоизлучения. 3. Для квазипродольного распространения радиоизлучения на основе метода интегралов по траекториям исследована пространственная когерентность флуктуации поляризации и их связь с параметрами пространственных спектров флуктуации плотности электронов и магнитного поля.
I. Теоретически предсказан эффект возникновения флуктуации круговой-поляризации при квазипродольном распространении неполяризованного радиоизлучения в случайно - неоднородной магнитоплазме. При этом, если в среде флуктуации магнитного поля доминирует над флуктуациями плотности электронов, флуктуации первоначально неполяризованного потока происходят в основном в циркулярно поляризованной компоненте.
-
Показано, что при сильных флуктуациях разности фаз обыкновенной и необыкновенной волн флуктуации линейной поляризации сохраняет информацию о линейной поляризации источника даже в том случае, когда средние параметры Стокса Q и U практически равны нуле.
-
Различное поведение корреляционных функций флуктуации параметров Стокса в плазме с флуктуациями плотности электронов и с флуктуациями магнитного поля позволяет определить тип турбулентности в среде, а в случае флуктуации <5Н - параметры спектра флуктуации в области масштабов, превышающих размер зоны Френеля, вплоть до внешнего масштаба турбулентности.
Апробация результатов:
По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ. Основные результаты диссертации докладывались:
на 23 Генеральной Ассамблее МККР, Чехословакия, 1990 г.
на 1В Всесоюзной конференции по распространение радиоволн, г.Харьков, 1990 г.
на Всесоюзном семинаре по дифракции и распространение радиоволн, г.Винница, 1990 г.
- на 23 , Всесоюзной конференции по внегалактической и
галактической радиоастрономии, г.Ашхабад, 1991 г.
Личный вклад автора. В работе использованы результаты совместных с соавтором публикаций и самостоятельных исследова-
ний автора диссертации. Аналитические и численные расчеты полностью выполнены автором, постановка задач в Главе 2 и анализ результатов в 2.1 и п.2.2.2 также принадлежат автору. Постановка задач и анализ результатов в остальных разделах диссертации выполнены совместно с соавтором публикаций.
Структура диссертационной работы. Диссертация выполнена автором в Радиоастрономическом институте АН Украины и состоит из введения, трех глав и заключения. Объем диссертационной работы 123 с. машинописного текста, включая 16 рисунков и таблиц, библиография содержит 81 наименование.
