Моделирование влияния мелкомасштабных неоднородностей ионосферной плазмы на распространение волн свистового диапазона частот

В физике околоземной плазмы хорошо известен эффект волноводного каналирования ОНЧ свистовых волн вытянутыми вдоль магнитного поля одиночными неоднородностями с повышенной или пониженной относительно фона концентрацией. Результаты современных спутниковых наблюдений (Rapoport et. al., 2010; Woodroffe et. al., 2013) свидетельствуют о необходимости изучения особенностей распространения свистовых волн в присутствии систем многих близко расположенных неоднородностей концентрации. В частности, в работе (Rapoport et. al., 2010) указывается, что системы мелкомасштабных неоднородностей с поперечными размерами 10-1000 м, развивавшиеся в ионосфере в процессе ее высокочастотного нагрева стендом СУРА, могут оказывать значительное – и весьма специфическое – влияние на распространение ОНЧ волн.
В докладе представлены результаты двумерного численного моделирования распространения свистовых волн в присутствие систем мелкомасштабных неоднородностей концентрации с повышенной, либо пониженной относительно фона концентрацией в условиях, характерных для ионосферных и лабораторных экспериментов. Установлено, что, подобно одиночным дактам плотности, системы многих неоднородностей обеспечивают волноводный режим распространения ОНЧ свистовых волн. Существенно, однако, что при достаточно малом размере отдельных неоднородностей и малом расстоянии между ними волновод образует вся совокупность неоднородностей в целом; свойства отдельных неоднородностей как волноведущих структур при этом напрямую не проявляются. Кроме того, свойства волн, направляемых системой неоднородностей, отличаются от таковых для волн, направляемых отдельными неоднородностями. Наиболее принципиальными являются отличия в спектрах продольных волновых чисел и пространственной структуре направляемых волн.
Качественная интерпретация наблюдаемых особенностей волноводного распространения дана на основе аналитических решений модельных задач о распространении свистовых волн вдоль цилиндрических и плоских дактов. В частности, дается оценка максимального поперечного размера неоднородностей, вплоть до которого волноводные свойства системы неоднородностей преобладают над волноводными свойствами отдельных неоднородностей.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект №18-32-00721 мол_а).