Войти на сайт
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЕЖЕГОДНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ
"СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"
(Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, природных и антропогенных объектов)

Двадцатая международная конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)»

XX.I.234

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

Лукьянова Р. Ю. (1), Фролов В.Л. (2,3), Рябов А. О. (2)
(1) Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
(2) НИРФИ ННГУ им. Н. И. Лобачевского, Нижний Новгород, Россия
(3) Казанский (Приволжский) федеральный университет
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.

Ключевые слова: среднеширотная ионосфера, искусственная модификация, КВ радиоволны, низкоорбитальные спутники Swarm, плазменные неоднородности, токовые системы
Литература:
  1. Фролов В.Л., Лукьянова Р.Ю., Белов А.С., Болотин И.А., Добровольский М.Н., Рябов А.О. , Шорохов Е.А. Характеристики плазменных возмущений, возбуждаемых на высотах 450 – 500 км при работе стенда СУРА // Изв. вузов. Радиофизика, Т. 61, № 5, С. 359–373. 2018.
  2. Фролов В.Л., Лукьянова Р.Ю., Рябов А.О., Болотин И.А. Спутниковые измерения плазменных возмущений и электрических токов, индуцируемых в среднеширотной ионосфере при её модификации мощными КВ радиоволнами // Космические исследования, 59(4), 275–295, doi: 10.31857/S0023420621040014. 2021.
  3. Lukianova R., Frolov V., Ryabov A. First SWARM observations of the artificial ionospheric plasma disturbances and field‐aligned currents induced by the SURA power HF heating // Geophysical Research Letters, 46, https://doi.org/10.1029/2019GL085833. 2019.

Видео доклада

Дистанционное зондирование ионосферы

373