Результаты фотометрии эмиссий атомарного кислорода 557,7 нм и 630 нм, индуцированных мощным коротковолновым радиоизлучением стенда СУРА во время развития спорадического слоя E

В сентябре 2021 года была проведена экспериментальная кампания по регистрации свечения ионосферы, стимулированного мощным коротковолновым излучением стенда СУРА [Белецкий и др., 2022]. Режим работы стенда СУРА был следующий: один рабочий цикл занимал 6 минут: 1-я минута - импульсы (длительность импульса 50 мс., период повторения - каждые 3 секунды), потом 2,5 минуты непрерывный нагрев, после - 2,5 минуты пауза. Частота радиоизлучения стенда - 4,3 МГц, диаграмма направленности стенда была ориентирована вертикально вверх. Расчетная эффективная мощность излучения стенда составляла ~100 МВт. На протяжении почти всего периода эксперимента наблюдалось типичное поведение интенсивности атмосферной эмиссии 630 нм, индуцированное непрерывным излучением стенда в F-области ионосферы: интенсивность излучения медленно возрастала после включения волны накачки в течение ~ 1,5 - 2 минут и заметно быстрее (за 30-35 с) спадала после его выключения. Однако, в эксперименте 5 сентября 2021 г. в одном из сеансов воздействия (18:30-18:36 UTC) было отмечено заметное увеличение интенсивности эмиссии 557.7 нм, индуцированное непрерывным радиоизлучением стенда, с временами развития и релаксации, близкими к радиационному времени жизни ~ 0,7 с уровня O(1S), ответственного за генерацию излучения. Увеличение интенсивности зарегистрировано во время развития достаточно мощного спорадического E слоя, частично блокирующего нагрев F области ионосферы. Свидетельством блокировки F области служило сильное уменьшение измеренной интенсивности искусственного радиоизлучения ионосферы (ИРИ), исчезновение генерации эмиссии 630 нм, а также сильное уменьшение аномального поглощения мощной волны. С помощью ПЗС-камеры удалось получить кадры, на которых видны движущиеся области повышенной интенсивности излучения 557,7 нм на высотах слоя Es. В течение остальных 29 циклов накачки усиления измерений интенсивности зеленой линии, как и движущихся структур, не наблюдалось.
Ранее аналогичное усиление свечения зеленой линии во время появления экранирующего Es наблюдалось в январе 1998 г. на нагревном стенде в Аресибо [Djuth et al., 1999; Kagan et al., 2000]. С тех пор о таких результатах в литературе не сообщалось. Согласно [Djuth et al., 1999], возбуждение излучения 557.7 нм связано с возбуждением на высотах Es (~100-120 км) параметрической неустойчивости, приводящей к возникновению ленгмюровских волн и ускорению ими электронов до энергий >4,17 эВ, достаточных для возбуждения уровня O(1S), ответственного за генерацию излучения 557.7 нм [Djuth et al., 1999].
В работе [Kagan et al., 2002] предполагается, что с помощью регистрации перемещающихся пятен излучения можно проследить горизонтальные нейтральные ветры вблизи высоты Es, поскольку движения плазмы в области E в основном обусловлены нейтральными движениями. Руководствуясь этой методикой были оценены скорости движущихся пятен свечения в линии 557,7 нм и, следовательно, нейтрального ветра. Полученные значения зонального нейтрального ветра близки к результатам моделирования горизонтального ветра для высоты 120 км, рассчитанным по модели HWM14 (-59.4 м/с и -50 м/с соответственно). Полученные подобным образом значения меридиональных ветров направлены в противоположные стороны (соответственно 47.6 м/с и -26.3 м/с).
Экспериментальные данные получены при финансовой поддержке гранта РНФ №20-12-00197 с использованием оборудования Центра коллективного пользования «Ангара» http://ckp-rf.ru/ckp/3056/.
Анализ данных проведен при финансовой поддержке Минобрнауки России (субсидия № 075-ГЗ/Ц3569/278).