Анализ данных измерений искусственного оптического свечения ионосферы
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?ой, когда , , , где характерные продольные и поперечные B масштабы низкочастотных возмущений, длина свободного пробега и гирорадиус тепловых электронов, ? - характерное время их развития. В процессе ТПН биения волны накачки и плазменных волн создают неоднородный источник нагрева электронов. Плазменных волны возникающие в результате рассеяния волны накачки на мелкомасштабных неоднородностях должны быть почти ортогональны B. Развитие ТПН приводит к аномальному ослаблению волны накачки.
Процессы, протекающие в ионосфере под воздействием мощной КВ радиоволны показаны на рисунке 3 [10].
Рис.3. Искусственная ионосферная турбулентность под действием мощной КВ радиоволны.
Первые теоретические модели процессов возникновения надтепловых частиц при воздействии на ионосферу мощным радиоизлучением основывались на одномерной квазилинейной теории ускорения электронов плазменными волнами, возбуждающимися в процессе развития стрикционной параметрической неустойчивости вблизи точки отражения мощной волны. Условием эффективного ускорения, как известно, является условие Черенкова: ?=kv, где ? - частота плазменной волны, k - ее волновой вектор, а v - скорость электрона. Поэтому эффективно взаимодействуют с плазменной турбулентностью электроны с энергиями (V0= ?/kp - фазовая скорость плазменных волн).
Для повышения эффективности ускорения необходимо увеличение времени жизни электронов в области локализации плазменной турбулентности, что может быть достигнуто за счет многократного пересечения электроном этой области, вследствие упругих соударений с тяжелыми частицами. Величина времени жизни возрастает также вследствие эффекта турбулентного удержания электронов в области ускорения, обусловленного их рассеянием на плазменных волнах при не одномерном распределении последних в пространстве волновых векторов. Такая не одномерность возникает при достаточно высоком уровне турбулентности из-за нелинейной перекачки плазменных волн по спектру. Увеличение уровня турбулентности приводит к увеличению эффективности ускорения и к улучшению условий удержания быстрых электронов в области ускорения.
ВЧ плазменные волны ускоряют электроны до энергий 5-30 эВ. Эти энергии превышают энергии возбуждения уровней 1S и 1D атомарного кислорода (что показано на рисунке 2), следовательно, в результате столкновений ускоренных электронов с нейтральными частицами, они могут возбуждать искусственное оптическое свечение в экспериментах по воздействию на ионосферу.
Необходимыми для успешной регистрации искусственного оптического свечения являются следующие условия: 1) отсутствие облаков; 2) отсутствие Луны, измерения должны проводиться в периоды, близкие к новолунию; 3) критические частоты ионосферы (F-области) должны превышать минимальную рабочую частоту волны накачки, для стенда Сура fmin=4.3 МГц.
Глава 2. Постановка эксперимента
Для создания возмущенной области ионосферы (генерации искусственного оптического свечения и радиоизлучения) с помощью излучения мощной коротковолновой радиоволны использовался радиопередающий комплекс стенда Сура (географические координаты 56,13 с.ш, 46,10 в.д, восточное магнитное склонение ? 10,5, магнитное наклонение ? 71.5). Первые эксперименты на стенде проводились в 80-х годах [3] с помощью оптического телескопа Казанского государственного университета, в 90-х годах - с использованием цифровых ФПЗС-камер американских и английских ученых [8,11]. В течение 2006-2008 г.г. на стенде Сура был создан собственный комплекс аппаратуры для исследований искусственного оптического свечения. В его состав входят четыре специально изготовленных фотометра и цифровая телевизионная ФПЗС-камера S1C/079-FP(FU). Однако в силу низкой активности Солнца, и следовательно, низких критических частот ионосферы в течение 2006-2009 гг. искусственное ионосферное свечение наблюдалось всего лишь однажды 29 августа 2009 г. в течение нескольких циклов нагрева. Первая удачная серия исследований с использованием созданного фотометрического комплекса была проведена в марте 2010 года.
Эксперимент проводился следующим образом: стенд Сура излучал вертикально вверх или под углом 12 к югу от вертикали в плоскости магнитного меридиана мощную радиоволну на частоте 4.3 МГц. Воздействие на ионосферу осуществлялось во временном режиме чередования длинных импульсов с короткими паузами и коротких импульсов, в темное время суток, в период новолуния при критической частоте F-области ионосферы, превышающей значение 4.3 МГц - минимальную рабочую частоту стенда Сура. Эффективная мощность излучения составляла 120 МВт. Временной ход излучаемого излучаемого сигнала показан схематически на рисунке 4.
Рис.4. Схема временного хода сигнала стенда Сура.
Длительность коротких пауз составляла 0.03 с, период повторения - 1 с, длительность коротких импульсов - 0.05 с, период повторения - 3 с. Реально наблюдения проводились 15-18 марта, после 19:00 московского времени (16:00 UT).
Ширина диаграммы направленности излучающей системы стенда Сура на частоте 4.3 МГц составляет ? 12 при вертикальном излучении и приблизительно на 1-2 шире для угла наклона луча примерно на 12. Полный нагревный цикл излучения во все дни исследований составлял 6 минут. 15 марта длительность квазинепрерывной посылки составляла 2 мин., длительность излучения коротких импульсов - 4 мин.; 16 марта соответственно - 1.5 мин. и 4.5 мин. ; 17 марта снач?/p>