ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ НИЖНЕЙ ИОНОСФЕРЫ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ УТРЕННИМ СОЛНЕЧНЫМ ТЕРМИНАТОРОМ

April 23, 2012 by admin Комментировать »

Гоков А. М., Тырнов О. Ф. Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина пл. Свободы 4, Харьков – 61077, Украина Тел.: (80572) 7051251; e-mail: Alexander.M.Gokov@univer.kharkov.ua

Fig. 1. Electron density variations during terminator passage

Наблюдаемый при прохождении терминатора и рост N может быть вызван следующими причинами: 1) ионизацией молекул NO рассеянным излучением в линии Лайман-а. При этом AN <107-108 м’ , что не может объяснить наблюдаемый рост /V; 2) ионизацией молекул Ог(1Ад) рассеянным солнечным излучением на длине волны 102,7 – 111,8 нм. При этом значение АЛ/ <107 м’3, т. е. также мало; 3) движением областей сильных градиентов параметров атмосферы; 4) взаимодействием терминатора с неоднородностями атмосферы; 5) радиационной неустойчивостью, вызванной большим значением градиента потока радиации; 6) усилением неустойчивости Релея- Тейлора в области терминатора; 7) потоком фотоэлектронов из магнитосопряженной области; 8) ионизацией потоками энергичных электронов. Наиболее вероятным представляется поток электронов из радиационного пояса. Роль среднеширотного высыпания частиц неоднократно обсуждалась (см., напр.,

[5]      ). Высыпание может возникнуть в результате перераспределения захваченных частиц по питч-углам, к чему приводят либо искривления конфигурации силовых линий магнитного поля, либо уменьшение "поперечной" энергии е± движения заряженных частиц [6]. При прохождении терминатора возможны существенные изменения тензора проводимости ионосферной плазмы и вариации компонент электрического поля (Ер – поляризации и Ег – вихревая), а значит и компонент е±. На основе предложенного механизма о высыпании высокоэнергичных электронов из радиационного пояса оценим параметры потоков (как это сделано в [5] для источников возмущений в ионосфере другой природы). По экспериментальным значениям N(z,t) в невозмущенных N0 и возмущенных N условиях оценим скорость иониза

ции qo=aoN02 и q=aN2. На z > 75 км в D-области, если рассматривать в качестве основных рекомбинацию электронов с ионами Л/0+ и Ог+, а изменяется примерно от 10′11 до 2 10′13м3с’1 (далее будем полагать а & Оо,). Плотность потока Р? мощности Р частиц с энергией w определим как Р?« 2w,AzAq = wp, где Aq = q-q0, w,~35 эВ – энергия одного акта ионизации, Az- диапазон высот эффективного поглощения потока р электронов с данной энергией w (это выражение справедливо, если пренебречь распределением высыпающихся электронов по энергиям). Мощность Р и энергию Е электронов, высыпающихся на площади S при длительности высыпаний At, можно оценить из соотношений P=P?S и E=PAt. В расчетах на основе анализа 40 сигналов и N(z,t) полагали At – 1,2 103 с. Результаты расчетов для обсуждаемых экспериментов приведены в таблице. Для удобства расчетов брали Az – 10 км; полагали также, что энергия высыпающихся электронов w> 40 кэВ. Результаты расчетов не противоречат известным из литературы данным о потоках электронов, полученных экспериментально (или оцененных) во время возмущений различной природы. Оценки Ер и Ег по методике [6] с учетом приведенных расчетов показали, что обсуждаемый механизм может быть использован для объяснения наблюдаемых изменений N.

ТаблицаЯаЫе

Дата

05.12.00

15.11.00

Z, KM

84

87

84

87

/V0,m’j

3,5 10°

4,2 10°

2,5 10°

3,5 10°

A/,m’3

7,5 10“

8,0 10“

4,8 10“

8,0 10“

Р),Дж m’V

1,9 10’’

5,1 10’’

4,1 10’’

1,4 10’’

p, Дж m’V

1,8 10′

3,4 10“

2,8 10′

9,4 10′

w, МэВ

0,1

0,04

0,1

0,04

P, Вт

2,9 10“

5,1 10′

4,1 10′

1,4 10′

E, Дж

3,1 10”

6,1 101U

4,9 101U

1,7 101U

I.    Заключение

Экспериментально обнаружено увеличение плотности электронов на ~ 50-150% как во время прохождения утреннего солнечного терминатора, так и после него. В рамках гипотезы о высыпании электронов из магнитосферы проведены расчеты и показана возможность стимулированного утренним солнечным терминатором высыпания электронов.

II.   Список литературы

[1]     Сомсиков В. М. Волны в атмосфере, обусловленные солнечным терминатором (Обзор). Геомагнетизм и аэрономия. 1991, т. 31, № 1, с. 1 -7.

[2]     Гоков А. М., Гоитчин А. И. Влияние солнечного терминатора на среднеширотную D-область ионосферы и характеристики частично отраженных KB-сигналов и радиошумов. Геомагнетизм и аэрономия. 1994, т. 34,

№ 2, с. 169 -172.

[3]     Belrose J. S. Radio wave probing ofthe ionosphere by the partial reflection of radio waves (from heigthts below

100 km). J. Atmos. Terr. Phys.. 1970, v.32, p.567-597.

[4]     Tyrnov O. F., Garmash K. P., Gokov A. M. et al. The radiophysical observatory for remote sounding ofthe ionosphere. Turkish J. of Physics.1994. V.18, № 4, p.1260-1264.

[5]     Chernogor L. F., Garmash K. P., Rozumenko V. T. Flux parameters of energetic particles affecting the middle latitude lower ionosphere. Радиофизика и радиоастрономия. 1998, т. 3, № 2, с.191-197.

[6]     Черногор П. Ф. Инфразвуковое воздействие землетрясений и их предвестников на параметры околоземного пространства. Радиофизика и радиоастрономия. 1997, т. 2. № 4, с. 463-472.

FEATURES OF LOWER IONOSPHERE DYNAMICS CONDITIONED BY MORNING SOLAR TERMINATOR

Gokov A. М., Tyrnov О. F.

V. N. Karazin Kharkiv National University,

4 Svobody Sq., Kharkiv – 61077, Ukraine phone: (80572) 7051251; e-mail: Alexander. M.Gokov@univer.kharkov.ua

Abstract – Experimental investigations into the electron density variations in the middle latitude D-region during the morning solar terminator passage have been conducted applying the partial reflections technique.

I.   Introduction

The solar terminator is a powerful natural source of various spatial-temporal disturbances in the Earth ionosphere. The terminator influence on the ionospheric D-region parameters has remained the least known, which is due to difficulties in conducting continuous uninterrupted (for hours or days) systematic measurements. The paper presents the results of experimentally investigating the electron density variations in the middle-latitude D-region during the morning terminator passage; these results have been obtained using the partial reflections technique. A possibility of electron eruption from the magnetosphere caused by the terminator has been considered.

II.   Main part

Measurements of the ionospheric parameters during the morning terminator passage were carried out at different seasons between 1990 and 2003 near Kharkiv by means of the partial reflections technique using the equipment [6]. The duration of measurements was at least 5-8 hours. The total number of observations was about 200. The technique [3] was applied in the calculation ofthe electron density height and time profiles N(z,t). The N(z,t) profiles were calculated for 10-minute intervals over the whole observation period with an error below 30%. Certain specific features of N(z,t) should be noted. It is evident from the N(z,t) data that for 25% of cases during the terminator passage or soon afterwards (within 30-60 minutes) a 50-150% increase in N(z,t) takes place. By way of illustration, Fig. 1 shows typical examples of the N height-time changes. In the experiment conducted on 15.11.2000 an increase in N was observed close to the moment ofthe terminator passage, while on 05.12.2000 – approx. 40 min afterwards. The increase in N observed during the passage of the terminator and afterwards may be initiated by a high-power electron stream ionization. The eruption may occur as a result ofthe pitch-angle redistribution of radiation belt particles; this may be caused either by the configuration distortion of field lines (geomagnetic traps) or by the decreasing ‘transverse’ energy eL of moving charged particles. During the terminator passage considerable variations are possible in the ionospheric plasma conductivity tensor and in the electric field components (the polarization Ep and the vortical Er components), hence in the s± components as well. On the basis of the suggested mechanism we have estimated the stream parameters (as done in [5] for ionospheric disturbance sources of a different nature). Calculations results are presented in the table. It was assumed that the energy of erupting electrons was w>40 keV. These results agree with the data for electron streams obtained experimentally (or assessed) during disturbances of various nature. Estimates of Ep and Er made using the technique in [6] with regard to the above calculations have shown that the mechanism under discussion may be applied to explain the observed N variations.

III.   Conclusion

An approx. 50-150% increase in the electron density was experimentally discovered during the morning solar terminator passage and afterwards. Within the context of the hypothesis for electron eruptions from the magnetosphere, calculations have been carried out, and the possibility for the electron eruption caused by the morning solar terminator has been shown.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты