СПУТНИКОВЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ СТРУКТУРЫ ИСКУССТВЕННЫХ ИОНОСФЕРНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ И ЛОКАЛЬНЫХ ТОКОВЫХ СИСТЕМ, ГЕНЕРИРУЕМЫХ ПРИ МОДИФИКАЦИИ СРЕДНЕШИРОТНОЙ ИОНОСФЕРЫ НАГРЕВНЫМ СТЕНДОМ СУРА

Эксперименты по модификации F-слоя среднеширотной ионосферы мощными КВ радиоволнами О-поляризации, излучаемыми нагревным стендом СУРА, были скоординированы с пролетами через возмущенную область низкоорбитальных спутников SWARM [1-3]. Аппаратура, установленная на борту спутников (ленгмюровский зонд и векторный магнитометр), позволяет измерять температуру и плотность плазмы, а также по вариациям магнитного поля оценивать величину электрических токов, которые индуцируются на ионосферных высотах.
На высотах ~450км при развитии искусственных ионосферных неоднородностей (ИИН) в центральной части возмущенной магнитной силовой трубки, как правило, ближе к ее южному краю, что определяется влиянием эффекта «магнитного зенита», регистрировались электрические токи, направленные вниз. Втекающим в ионосферу токам соответствовал вынос электронов из области разогрева вдоль линий геомагнитного поля во внешнюю ионосферу. Одновременно с этим, на флангах возмущенной области наблюдались токи противоположного направления, отвечающие обратному движению электронов вдоль силовых линий геомагнитного поля. Возбуждение замкнутой в ионосфере системы токов соответствует картине, полученной в лабораторных плазменных установках при исследовании расплывания локально нагретой области магнитоактивной плазмы, и отвечает униполярному характеру термодиффузионного распространения плазменных возмущений сгенерацией вихревых токов. Продольные компоненты этих токов определяются движением электронов вдоль силовых линий геомагнитного поля, а поперечные – движением ионов поперек магнитного поля. При этом скорость процессов термодиффузии с униполярными коэффициентами во много раз превышает скорость расплывания плазменных возмущений в амбиполярном приближении. Плазма выталкивается из области ее сильного разогрева вдоль силовыхлиний магнитного поля, формируя области с повышенной концентрацией. В ионосферных экспериментах это приводит к формированию дактов с избыточной плотностью плазмы на высотах внешнейионосферы.
За период проведения координированных экспериментов три космических аппарата (КА) SWARM находились в различных конфигурациях. Первая серия результатов была получена, когда орбиты нижелетящего тандема SWARM-A и SWARM-С проходили на расстоянии до нескольких десятков километров друг от друга, а орбита вышелетящего КА SWARM-В находилась в другой плоскости. Это позволяло наблюдать отличия эффектов, наблюдаемых спутником, находящимся внутри возмущенной области, от состояния окружающей невозмущенной плазмы. Вторая серия экспериментов проводилась тогда, когда орбиты всех КА лежали практически в одной плоскости, а расстояние между КА нижелетящего тандема SWARM-A и SWARM-С было сокращено до минимальных 20 км. Это позволяло обоим КА, а также вышелетящему КА SWARM-В наблюдать эффекты искусственной модификации ионосферы. Такая постановка позволяет оценить градиенты измеряемых параметров, а также разделить пространственные и временные эффекты развития ИИН и токовых систем. В данной работе приводится сравнительный анализ эффектов, наблюдаемых спутниками при различных конфигурациях орбит.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект № 20-05-00166. Работа Рябова А.О. была поддержана грантом РНФ № 21-12-00385.