Анализ данных измерений искусственного оптического свечения ионосферы
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
Анализ данных измерений искусственного оптического свечения ионосферы
Оглавление
оптическое свечение ионосфера радиоволна
Введение
Глава 1. Оптическое свечение ионосферы при воздействии мощными радиоволнами (краткий обзор)
1.1 Искусственное оптическое свечение ионосферы
.2 Эффекты воздействия
Глава 2. Постановка эксперимента
Глава 3 Обработка данных эксперимента
Глава 4. Анализ данных эксперимента, проведенного в марте 2010 г.
.1 Результаты эксперимента 15 марта 2010 г.
.2 Результаты эксперимента 16 марта 2010 г.
.3 Результаты эксперимента 17 марта 2010 г.
Заключение
Список использованных источников
Введение
Исследования поведения ионосферной плазмы при воздействии мощного КВ радиоизлучения с использованием нагревных стендов ведутся уже около 40 лет. В настоящее время экспериментальные исследования проводятся на 5 действующих нагревных установках. Одна расположена в России (стенд Сура в р/п Васильсурск Нижегородской области), две в Европе (EISCAT, в Тромсе (Северная Норвегия) и SPEAR на о. Шпицберген) и две в США (HAARP и HIPAS на Аляске).
Следует отметить, что на Земле действуют много вещательных и других радиостанций, мощность которых не меньше мощности установок воздействия на ионосферу, а нередко и превосходит ее. Разница заключается в том, что радиоизлучение станций воздействия специально сфокусировано вблизи вертикального направления. Это дает возможность радиоволнам достичь области плазменного резонанса в окрестности точки отражения мощной волны (волны накачки) обыкновенной поляризации.
Наиболее интенсивные эффекты имеют место в F-слое ионосферы, на высотах 200-300 км. Концентрация электронов в максимуме слоя варьируется в пределах от 105 до 106 электронов в 1 см-3 в зависимости от времени суток и солнечной активности. Эффективность воздействия является следствием близости частоты возбуждающей волны с частотами собственных колебаний плазмы. В результате в области резонанса происходит возбуждение собственных колебаний плазмы, развивается плазменная турбулентность, что и служит причиной заметного нагрева электронов, их ускорения вплоть до энергий порядка 30 эВ, структуризации плазмы, генерации искусственного радиоизлучения и ряда других интересных физических явлений [1,2].
Диагностика возмущенной области ионосферы осуществляется с помощью радиозондирования и просвечивания возмущенной области ионосферы пробными радиоволнами различных диапазонов (КВ, УКВ, СВЧ), а также при измерениях излучения из возмущенной области в оптическом и радио диапазонах [3-7]. Наблюдения искусственного оптического свечения используются для изучения характеристик ускорения электронов, а также для картографирования ионосферных возмущений, в частности перемещения плазменных неоднородностей [8].
В дипломной работе представлены результаты исследований искусственного оптического свечения ночного неба в диапазоне красного видимого света (длина волны ?=630 нм), выполненных на стенде Сура в марте 2010 г.
Глава 1 Оптическое свечение ионосферы при воздействии мощными радиоволнами (краткий обзор)
.1 Искусственное оптическое свечение ионосферы
Свечение ионосферы в оптическом диапазоне, связанное с воздействием мощных радиоволн широко исследуется в экспериментах. Искусственное оптическое излучение возникает в результате возбуждения соответствующих уровней атомов, молекул и ионов при столкновениях с электронами, энергия которых превышает потенциал возбуждения соответствующих линий, и по измерениям такого излучения можно судить о функции распределения и концентрации электронов, ускоренных плазменными волнами, возникающими в результате воздействия. Измерения искусственного оптического свечения проводятся также для изучения крупномасштабной структуры возмущенной области, а также сравнения эффективности возбуждения свечения в различных линиях [9].
Первые исследования естественного свечения атмосферы проводились лордом Рэлеем в 20-х годах прошлого века. В его честь в 1956 году была названа внесистемная единица измерения поверхностной яркости свечения. Интенсивность излучения 1 R соответствует эмиссии 106 фотонов за одну секунду в столбе сечением 1 см. Интенсивность в рэлеях численно равна световому потоку (выражаемому в миллионах фотонов в секунду), приходящему на 1 см нормальной к лучу зрения площадки из телесного угла в один стерадиан.Для изучения крупномасштабной структуры возмущенной области с помощью искусственного оптического свечения и сравнения эффективности возбуждения свечения в различных линиях используются цифровые видео- и фотокамеры с широким обзором, c помощью которых получают портреты ночного неба. Основные измерения проводятся в красной (630 нм) и зеленой (557.7) линиях атомарного кислорода, связанных с излучением уровней O(1D) и O(1S) с энергиями возбуждения 1.96 и 4.17 эВ и временами жизни 107 с и 0.7 с, соответственно.
В ходе фотохимических реакций в верхней атмосфере могут испускаться кванты излучения в ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной частях спектра. Соответствующие эмиссии и составляют свечение атмосферы, которое наблюдается на всех широтах и является фактически постоянным. В основном оно вызывается солнечным, ультрафиолетовым и рентгеновским излучением. Несмотря на то, что свечение имеет место все?/p>