книги из ГПНТБ / Альперт, Я. Л. Волны и искусственные тела в приземной плазме

•103 км). Авторы подчеркивают, что эти колебания были заметны только при приеме на электрическую антенну; они не появлялись на магнитной антенне. Одновременно на «OGO-5» измерялось магнитное поле Н 0 и концентрация ионов N+. Поэтому авторы могли сравнить концентрацию N+, получаемую из значения col с помощью формулы (1.34) (плазма состоит из электронов и протонов), с изме­

излучение на нижнегибридных резонансных частотах наб­ людалось также на ИСЗ «Инжун-5» и OV3-3.

4. СНЧ шипение. Излучение симметричной формы. Во внешней ионосфере, как и на земной поверхности, ре­ гистрируется разнообразного типа широкополосное излу­ чение типа шипения (белый шум, VLF Hiss) в диапазоне частот от единиц до десяти и более килогерц. В ряде слу­ чаев нижнегибридная частота сох, в точке наблюдения ле­ жит в диапазоне частот регистрируемого излучения. Пос­ кольку преимущественно неизвестна область, где воз­ буждаются эти волны, неясно, к какой резонансной ветви их можно отнести; не исключено все же, что часто это

и 70.

Наблюдения велись в этих опытах как на магнитную, так и электрическую антенну; определялось направление прихода этого излучения. Чаще всего в полярной зоне наблюдались спектры волн, показанные на рис. 69, а. Они характеризуются большими изменениями во времени диапазона их частот; это излучение обрезается на малых частотах сос, причем сос уменьшается с магнитной широтой и имеет минимум на широте — 70° (см. рис. 69, б). На рис. 70 показан другой тип — узкополосного излучения, который наблюдается на средних широтах вне зоны поляр­ ных сияний.

176 гл . III. ВОЛНЫ И КОЛЕБАНИЯ В ПРИЗЕМНОЙ ПЛАЗМЕ

Рассматриваемые волны приходят в точку наблюде­ ния как сверху, так и снизу. Несомненно, что некоторая их часть, если не все они, генерируется выше ИСЗ, так как они имеют частоты, превышающие нижнегибридную частоту около ИСЗ, и не могут отражаться над спутником. Излучение же, идущее снизу, может быть и отраженным. Однако также не исключено, что часть этих волн все же возбуждается ниже спутника. Определенных данных от­ носительно местоположения источника этого излучения в настоящее время в литературе не имеется. В этой связи представляет интерес привести здесь на рис. 71 сонограм­ му обнаруженного авторами [102] излучения симметрич­ ной формы (Saucer — shaped Emission), которое всегда приходит к спутнику снизу вверх — генерируется под точ­ кой наблюдения. Объяснение симметричной формы этого пакета волн дано в работе [102] и является эффектом, свя­ занным со свойствами распространения в диапазоне час­ тот, в котором наблюдается этот сигнал. Часть пакета волн обрезается за пределами поверхности конуса, ось которого лежит вдоль вектора магнитного поля Н 0, ми­ нимальная же частота сигнала равна нижнегибридной частоте около источника.

5. Захват волн в ионосферу и магнитосферу. На ИСЗ «Алуэт» было обнаружено, что за коротким свистящим ат-

мосфериком (short fractional hop whistler), который про­ ходит один раз от поверхности Земли до точки наблюде­ ния, в ионосфере регистрировался второй такой же сиг­ нал, три раза пересекавший ионосферу — отражался один раз в ионосфере выше спутника и один раз у основания ионосферы (Barrington, Belrose [127]). Детальные иссле­ дования этого явления были впервые выполнены с помощью ракет «Аэроби» на высотах 100—200 км и на ИСЗ «Алуэт» на высоте z — 1000 км (Carpenter, Dunckel, Walcup [128]).

Результаты этой работы показали, что повторные сигна­ лы курсируют в ионосфере, отражаясь от основания ионо­ сферы на высоте z — 100 км и сверху над спутником ни­ же области высот, где главной ионной составляющей становятся протоны. Таким образом, было показано, что это явление может наблюдаться только на ИСЗ, так как пакет волн захватывается в ионосферу ниже протоносферы. Поэтому эти сигналы были названы подпротоносферными (Subprotonspheric) свистами. Серия чередующихся

180 ГЛ. III. ВОЛНЫ И КОЛЕБАНИЯ В ПРИЗЕМНОЙ ПЛАЗМЕ

траектории распространения СНЧ волн возможны в при­ земной плазме. Однако не следует думать, что во-первых, для полного объяснения указанных явлений достаточно учитывать только влияние ионов и, во-вторых, в настоя­ щее время понятны все особенности этих явлений. Крат­ кое описание, которое дано ниже, наоборот, показывает, что для их истолкования необходимо принять во внимание ряд других особенностей, влияющих на распространение волн в приземной плазме, и что много деталей этих эффек­ тов до настоящего времени остаются неясными.

Автор работы [130] предполагает, например, что боль­ шие углы между волновым вектором и магнитным полем, необходимые для отражения вороны у основания протоносферы, образуются вследствие влияния горизонтальных градиентов электронной концентрации — они должны быть достаточно большими. Кроме того, предполагается, что поперечный коэффициент преломления уменьшается с высотой. Специального объяснения требуют также неко­ торые основные особенности поведения протоносферных свистов, в частности, которые видны на рис. 72, а именно: постепенное уменьшение высоты отражения сигналов над ИСЗ, т. е. уменьшение времени запаздывания между пря­ мыми (красными) 1 и отраженными (зелеными) 2 сигнала­ ми и систематическое изменение верхней и нижней частот обрезания этих сигналов.

Влиянием поперечного распространения волн по от­ ношению к вектору магнитного поля Земли также объяс­ няются поперечные свистящие атмосферики, которые наблюдаются только на спутниках и были впервые обна­ ружены на ИСЗ «Алуэт-1» [133]. Это явление состоит в том, что на частотах / ^ 1 ч - 8 кгц, которые меньше и порядка нижнегибридной частоты, в ионосфере обнару­ жены свистящие атмосферики с зависимостью частоты от времени, которая имеет более пологий ход, чем свистя­ щие атмосферики, наблюдаемые на поверхности Земли. Это дополнительное время At запаздывания достигает, напри­ мер, в опытах [133] 0,22 сек при увеличении магнитной широты от 30° до 44°. В работе [134] показано, что этот эф­ фект можно объяснить, если допустить, что свистящий атмосферик переходит на части своего пути на различные траектории, распространяясь частично поперек магнит­ ного поля. Однако количественное совпадение с резуль­

татами опытов возможно, если поперечное распростра­ нение волны происходит по крайней мере на расстояниях в несколько сот километров. Авторы [134] используют для получения соответствующей модели ионосферы красивое условие чисто поперечного распространения, получен­ ного в работе (Hoffman [136]), а именно формулу

и групповой коэффициент преломления поперечного рас­ пространения

со*

n ± g — A f g f i.

ин

Последняя формула следует из поперечного коэффициента преломления (см. (1.28), (1.29) и (1.42))

«1 = ■М,еН- (Ш .13)

“н(1- ■« 2Ю

В(III.11) $ — геомагнитная широта (принимается в [136], что магнитное поле Земли — дипольное), R — ра­

диальное расстояние от центра Земли, А — константа и

F— произвольная гладкая функция.

Витоге из (III. 12) получается, что распределение элект­

ронной концентрации в ионосфере должно описываться формулой

Оценки, сделанные в [134], показали, что реальные усло­ вия в ионосфере могут дать количественное совпадение с экспериментальными значениями At.

Магнитосферно-отраженные свистящие атмосферики (MR-whistlers), обнаруженные впервые на ИСЗ «OGO-1» (перигей 280 км, апогей 149 400 кл«), как уже отмечалось по своей природе подобны подпротоносферным свистам

(SP-whistlers; рис. 74, см. [135]), однако захватываются они в другие более пространные области внешней ионо­ сферы. Следует здесь отметить, что в литературе область внешней ионосферы высотой z ]> 1500 -г- 2000 км часто