Плазменные возмущения и токовые системы, индуцированные нагревом среднеширотной ионосферы мощными КВ радиоволнами

Представлены результаты серии координированных экспериментов по модификации ионосферной плазмы F2-слоя среднеширотной ионосферы с помощью нагревного стенда СУРА во время пролетов через нагретую область спутников SWARM. Нагрев осуществлялся О-поляризации при частоте волны накачки 4.3–4.8 МГц и эффективной мощности излучения от 20 до 100 МВт. Группировка низкоорбитальных (высота ~450 км) полярных спутников SWARM состоит из трех идентичных аппаратов, два из которых летят парой по параллельным траекториям на расстоянии 90 км друг от друга, а орбита третьего лежит в другой долготной плоскости. Каждый из космических аппаратов оснащен высокоточным векторным магнитометром и ленгмюровским зондом для определения параметров плазмы. Магнитометры SWARM способны детектировать магнитные вариации, которые генерируются продольными токами (ПТ), текущими вдоль силовых линий геомагнитного поля. Решение обратной задачи позволяет оценить амплитуды и пространственную структуру ПТ, время их развития и релаксации, определить связь ПТ с термодиффузионными процессами в плазме и генерацией различных компонент искусственной ионосферной турбулентности (ИИТ). Анализ наблюдений в ходе координированных экспериментов СУРА-SWARM показывает, что в нагретой области происходит локализованное повышение электронной температуры, сопровождаемое стратификацией электронной плотности, а также развивается локальная система ПТ. В центре возмущенной области ионосферы ПТ (плотность ~0.05 μA/m2) направлены вверх, а на флангах области - вниз. Наблюдаемые SWARM токи связаны с униполярной диффузией в магнитоактивной плазме и возбуждением системы вихревых электрических токов в ионосфере, что ранее было предсказано теоретически и затем получило подтверждение в лабораторном эксперименте. Прямые измерения характеристик вихревых токовых систем в космосе были выполнены впервые.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 20-05-00166.