Нижний Новгород, Россия
Нижний Новгород, Россия
Нижний Новгород, Россия
Нижний Новгород, Россия
Нижний Новгород, Россия
УДК 551.510.536 Верхние слои атмосферы. Экзосфера
В работе представлены результаты экспериментов по воздействию на ионосферу Земли мощным высокочастотным радиоизлучением среднеширотного нагревного стенда СУРА (56.1° N, 46.1° E). Возмущение в ионосфере создавалось радиоволной необыкновенной поляризации в условиях, когда обыкновенная компонента мощной волны не отражалась ионосферой. Зондирование возмущенной области осуществлялось пробной радиоволной той же поляризации на частоте выше частоты нагрева на 228–400 кГц. Во время воздействия на ионосферу с высоты отражения мощной радиоволны принимался слабый рассеянный сигнал с амплитудой на 40–60 дБ ниже амплитуды сигнала зеркального отражения от F-области. Это означает, что искусственное возмущение плотности плазмы происходило в области отражения мощной радиоволны необыкновенной поляризации. Обсуждаются возможные причины возникновения возмущения.
ионосфера, плазма, высокочастотный нагрев, зондирование пробными радиоволнами, рассеяние, искусственные периодические неоднородности, нагревный стенд СУРА
1. Бахметьева Н.В., Беликович В.В. Воздействие на ионосферу Земли мощным коротковолновым радиоизлучением: искусственные периодические неоднородности и спорадический слой Е. Изв. вузов. Радиофизика. 2007, т. 50, № 8, с. 695–708.
2. Бахметьева Н.В., Беликович В.В. Результаты исследований спорадического слоя Е методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях ионосферной плазмы. Изв. вузов. Радиофизика. 2008, т. 51, № 11, с. 956–969.
3. Бахметьева Н.В., Беликович В.В., Каган Л.М., Понятов А.А. Заходно-восходные характеристики спорадических слоев ионизации в нижней ионосфере, наблюдаемые методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях ионосферной плазмы. Изв. вузов. Радиофизика. 2005, т. 48, № 1, с. 16–32.
4. Бахметьева Н.В., Григорьев Г.И., Жемяков И.Н. и др. Особенности нижней ионосферы Земли во время затмений Солнца и в заходно-восходные часы по измерениям методом ИПН вблизи Нижнего Новгорода. Солнечно-земная физика. 2024, т. 10, № 3, с. 129–145. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-103202414 / Bakhmetieva N.V., Grigoriev G.I., Zhemyakov I.N., et al. Features of Earth’s lower ionosphere during solar eclipse and sunset and sunrise hours according to measurements by the API method near Nizhny Novgorod. Sol.-Terr. Phys. 2024, vol. 10, iss. 3, pp. 121–136. DOI:https://doi.org/10.12737/stp-103202414.
5. Беликович В.В., Бенедиктов Е.А., Гетманцев Г.Г. и др. О рассеянии радиоволн от искусственно возмущенной F-области ионосферы. Письма в ЖЭТФ, 1975, т. 22, вып. 10, с. 497–499.
6. Беликович В.В., Бенедиктов Е.А., Толмачева А.В., Бахметьева Н.В. Исследование ионосферы с помощью искусственных периодических неоднородностей. Нижний Новгород: ИПФ РАН, 1999, 155 с.
7. Беликович В.В., Вяхирев В.Д., Калинина Е.Е. и др. Исследование D-области ионосферы методом частичных отражений на средних широтах и в авроральной зоне. Изв. вузов. Радиофизика. 2003, т. 46, № 3, с. 181–191.
8. Беликович В.В., Грач С.М., Караштин А.Н. и др. Стенд «Сура»: исследования атмосферы и космического пространства. Изв. вузов. Радиофизика. 2007, т. 50, № 7, с. 545–576.
9. Благовещенская Н.Ф. Геофизические эффекты активных воздействий в околоземном космическом пространстве. СПб.: Гидрометеоиздат, 2001, 287 с.
10. Благовещенская Н.Ф. Комплексные исследования эффектов воздействия мощных КВ-радиоволна высокоширотную ионосферу: итоги и перспективы. Проблемы Арктики и Антарктики. 2010, т. 84, № 1, с. 81–98.
11. Благовещенская Н.Ф., Борисова Т.Д., Калишин А.С. и др. Сравнение эффектов воздействия мощных КВ-радиоволн обыкновенной (О-мода) и необыкновенной (Х-мода) поляризации на высокоширотную F-область ионосферы. Космические исследования. 2018, т. 56, № 1, с. 14–29. DOI:https://doi.org/10.7868/S002342061801003X.
12. Борисова Т.Д., Благовещенская Н.Ф., Калишин А.С. Особенности искусственной ионосферной турбулентности, вызванной высокочастотным нагревом О- и Х-мод вблизи критической частоты слоя F2. Солнечно-земная физика. 2023, т. 9, № 1, с. 22–32. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-91202303 / Borisova T.D., Blagoveshchenskaya N.F., Kalishin A.S. Features of artificial ionosphere turbulence induced by the O- and X-mode HF heating near the F2-layer critical frequency. Sol.-Terr. Phys. 2023, vol. 9, iss. 1, pp. 21–30. DOI:https://doi.org/10.12737/stp-91202303.
13. Брюнелли Б.Е., Намгаладзе А.А. Физика ионосферы. М.: Наука, 1988, 527 с.
14. Васьков В.В., Гуревич А.В. Параметрическое возбуждение ленгмюровских колебаний в ионосфере в поле сильных радиоволн. Изв. вузов. Радиофизика. 1973, т. 16, № 2, с. 188–198.
15. Васьков В.В., Гуревич А.В. Нелинейная резонансная неустойчивость в поле обыкновенной электромагнитной волны. ЖЭТФ. 1975а, т. 69, № 1, с. 176–178.
16. Васьков В.В., Гуревич А.В. Расслоение плазмы в области отражения мощных радиоволн в ионосфере. Изв. вузов. Радиофизика. 1975б, т. 18, № 9, с. 1261–1272.
17. Васьков В.В., Гуревич А.В. Самофокусировочная и резонансная неустойчивости в F-области ионосферы. Тепловые нелинейные явления в плазме. Горький: ИПФ АН СССР, 1979, с. 81–138.
18. Васьков В.В., Рябова Н.А. Возбуждение коротковолновых колебаний ионосферной плазмы полем мощной радиоволны необыкновенной поляризации в результате индуцированного рассеяния на ионах. Изв. вузов. Радиофизика. 1997, т. 40, № 5, с. 541–559.
19. Гершман Б.Н., Игнатьев Ю.А. Теория образования спорадического слоя Е и возникновения в нем неоднородностей. Ионосферные исследования. 1997, № 50, с. 7–28.
20. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука, 1967, 683 c.
21. Гинзбург В.Л., Гуревич А.В. Нелинейные явления в плазме, находящейся в переменном электромагнитном поле. УФН. 1960, т. 70, с. 201–246. DOI:https://doi.org/10.3367/UFNr.0070.196002a.0201.
22. Грач С.М., Сергеев Е.Н., Мишин Е.В., Шиндин А.В. Динамические характеристики плазменной турбулентности ионосферы, инициированные воздействием мощного коротковолнового радиоизлучения. УФН. 2016, т. 186, № 11, с. 1189–1228. DOI:https://doi.org/10.3367/UFNr.2016/07/037868.
23. Гуревич А.В. Нелинейные явления в ионосфере. УФН. 2007, т. 177, № 11, с. 1145–1177. DOI:https://doi.org/10.3367/UFNr. 0177.200711a.1145.
24. Гуревич А.В., Шварцбург А.Б. Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере. М.: Наука, 1973, 272 с.
25. Данилов А.Д., Власов М.Н. Фотохимия ионизованных и возбужденных частиц в нижней ионосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1973, 190 с.
26. Игнатьев Ю.А. Влияние на спорадический слой E нагрева ионосферы мощным радиоизлучением. Изв. вузов. Радиофизика. 1975, т. 18, № 9, с. 1365–1369.
27. Митяков Н.А., Грач С.М., Митяков С.Н. Возмущение ионосферы мощными радиоволнами. Итоги науки и техники. Серия “Геомагнетизм и высокие слои атмосферы”. М.: ВИНИТИ, 1989, Т. 9, 138 с.
28. Фролов В.Л. Пространственная структура возмущений плотности плазмы, индуцируемых в ионосфере при ее модификации мощными КВ-радиоволнами: обзор результатов экспериментальных исследований. Солнечно-земная физика. 2015, т. 1, № 2, с. 22–48. DOI:https://doi.org/10.12737/10383 / Frolov V.L. Spatial structure of plasma density perturbations, induced in the ionosphere modified by powerful HF radio waves: review of experimental results. Sol.-Terr. Phys. 2015, vol. 1, iss. 2, pp. 22–48. DOI:https://doi.org/10.12737/10383.
29. Фролов В.Л. Искусственная турбулентность среднеширотной ионосферы. Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского университета, 2017, 468 с.
30. Фролов В.Л., Бахметьева Н.В., Беликович В.В. и др. Модификация ионосферы Земли мощным КВ-радиоизлучением. УФН. 2007, т. 177, № 3, с. 330–340. DOI: 10.3367/ UFNr.0177.200703j.0330.
31. Фролов В.Л., Болотин И.А., Комраков Г.П. и др. Генерация искусственных ионосферных неоднородностей при воздействии на среднеширотную ионосферу Земли мощными КВ-радиоволнами с необыкновенной поляризацией. Изв. вузов. Радиофизика. 2014, т. 57, № 6, с. 437–463.
32. Bakhmetieva N.V., Grigoriev G.I. Study of the mesosphere and lower thermosphere by the method of creating artificial periodic irregularities of the ionospheric plasma. Atmosphere. 2022, vol. 1, iss. 9, p. 1346. DOI:https://doi.org/10.3390/atmos13091346.
33. Belikovich V.V., Benediktov E.A., Tolmacheva A.V. Bakh-met’eva N.V. Ionospheric Research by Means of Artificial Periodic Irregularities. Katlenburg-Lindau: Copernicus GmbH, 2002, 160 p.
34. Blagoveshchenskaya N.F. Perturbing the high-latitude upper ionosphere (F region) with powerful HF radio waves: A 25-year collaboration with EISCAT. URSI Radio Science Bulletin. 2020, vol. 373, pp. 40–55. DOI:https://doi.org/10.23919/URSIRSB.2020.9318436.
35. Blagoveshchenskaya N.F., Borisova T.D., Kalishin A.S., et al. Characterization of artificial, small-scale, ionospheric irregularities in the high-latitude F region induced by high-power, high-frequency radio waves of extraordinary polarization. Geomagnetism and Aeronomy. 2019, vol. 59, no. 6, pp. 759–773. DOI:https://doi.org/10.1134/s0016793219060045.
36. Blagoveshchenskaya N.F., Borisova T.D., Kalishin A.S., et al. Distinctive features of Langmuir and ion-acoustic turbulences induced by O- and X-mode HF pumping at EISCAT. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2020, vol. 125, no. 7, e2020JA028203. DOI:https://doi.org/10.1029/2020JA028203.
37. Blagoveshchenskaya N.F., Borisova T.D., Kalishin A.S., et al. Disturbances of electron density in the high latitude upper (F-region) ionosphere induced by X-mode HF pump waves from EISCAT UHF radar observations. Arctic and Antarctic Research. 2022, vol. 68, no. 3, pp. 248–257. DOI:https://doi.org/10.30758/0555-2648-2022-68-3-248-257.
38. Gurevich A.V. Modern problems of ionospheric modification. Radiophysics and Quantum Electronics. 1999, vol. 42, no. 7, pp. 599–606. DOI:https://doi.org/10.1007/BF02677558.
39. Gurevich A.V., Zybin K.P., Carlson H.C., Pedersen T. Magnetic zenith effect in ionospheric modifications. Phys. Lett. A. 2002, vol. 305, no. 5, pp. 264–274. DOI:https://doi.org/10.1016/S0375-9601(02)01450-0.
40. Kalishin A.S., Blagoveshchenskaya N.F., Borisova T.D., Yeoman T.K. Ion gyro-harmonic structures in stimulated emission excited by X-mode high power HF radio waves at EISCAT. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2021, vol. 126, no. 8, e2020JA028989. DOI:https://doi.org/10.1029/2020JA028989.
41. Kelley M. C. The Earth’s ionosphere: plasma physics and electrodynamics. Academic Press is an imprint of Elsevier, 2009, 556 p.
42. Kuo S. Linear and Nonlinear Plasma Processes in Ionospheric HF Heating. Plasma. 2021, vol. 4, no. 1, pp. 108–144. DOI:https://doi.org/10.3390/plasma4010008.
43. Leyser T.B. Stimulated electromagnetic emissions by high-frequency electromagnetic pumping of the ionospheric plasma. Space Sci. Rev. 2001, vol. 98, no. 3-4, pp. 223–328. DOI:https://doi.org/10.1023/A:1013875603938.
44. Pedersen T.R., McCarrick M., Selcher E., et al. Magnetic zenith enhancement of HF radio-induced airglow production at HAARP. Geophys. Res. Lett. 2003, vol. 30, no. 4, 1169. DOI:https://doi.org/10.1029/2002GL016096.
45. Rietveld M.T., Kohl H., Kopka H., Stubbe P. Introduction to ionospheric heating at Tromso. I. Experimental overview. J. Atmos. Terr. Phys. 1993, vol. 55, no. 4/5, pp. 577–599. DOI:https://doi.org/10.1016/0021-9169(93)90007-L.
46. Rietveld M.T., Senior A., Markkanen J., Westman A. New capabilities of the upgraded EISCAT high-power HF facility. Radio Sci. 2016, vol. 51, no. 9, pp. 1533–1546. DOI:https://doi.org/10.1002/2016RS006093.
47. Streltsov A.V., Berthelier J.-J., Chernyshov A.A., et al. Past, present and future of active radio frequency experiments in space. Space Sci. Rev. 2018, vol. 214, article number 118. DOI:https://doi.org/10.1007/s11214-018-0549-7.
48. Stubbe P., Hagfors T. The Earth’s ionosphere: A wall-less plasma laboratory. Surveys in Geophysics. 1997, vol. 18, no. 1, pp. 57–127. DOI:https://doi.org/10.1023/A:1006583101811.
49. Utlaut W.F., Cohen R. Modifying the Ionosphere with Intense Radio Waves. Science. 1971, vol. 245, pp. 245–254. DOI:https://doi.org/10.1126/science.174.4006.245.
