Арктический и антарктический научно-исследовательский институт
Санкт-Петербург, Россия
Санкт-Петербург, Россия
Санкт-Петербург, Россия
Представлены результаты экспериментальных исследований ориентированных вдоль внешнего магнитного поля крупномасштабных неоднородностей с повышенной плотностью электронов (дактов), температуры электронов и возбуждения продольных плазменных волн (ленгмюровских и ионно-акустических) в F-области высокоширотной ионосферы, вызванных воздействием мощных КВ-радиоволн обыкновенной (О-мода) или необыкновенной (Х-мода) поляризации. Эксперименты выполнялись на нагревном стенде EISCAT/Heating (Тромсë, Норвегия). Мощные КВ-радиоволны излучались в направлении магнитного зенита при ступенчатом изменении эффективной мощности излучения на частотах fH вблизи и ниже критической частоты слоя F2 fₒF2. Диагностика эффектов модификации ионосферы проводилась на частоте 930 МГц радаром некогерентного рассеяния радиоволн EISCAT, пространственно совмещенным с нагревным стендом. Выполнены расчеты напряженности электрического поля мощной КВ-радиоволны вблизи высоты отражения с учетом неотклоняющего поглощения на пути распространения. Определены условия генерации и пороговые (минимальные) значения электрического поля, необходимые для возрастания электронной концентрации в широком диапазоне высот, возбуждения плазменных (ленгмюровских) и ионно-акустических волн в условиях fH~fₒF2 и fH
высокоширотная ионосфера, F-область, мощная КВ-радиоволна, электрическое поле, возрастание электронной концентрации, ленг-мюровская волна, ионно-акустическая волна, радар некогерентного рассеяния радиоволн, EISCAT.
1. 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. 17-32. DOI:https://doi.org/10.7868/S002342061801003X.
2. Благовещенская Н.Ф., Борисова Т.Д., Калишин А.С. и др. Характеристики мелкомасштабных ионосферных неоднородностей в высокоширотной F-области ионосферы, вызванных воздействием мощных КВ-радиоволн необыкновенной поляризации. Геомагнетизм и аэрономия. 2019. Т. 59, № 6. С. 759-773. DOI:https://doi.org/10.1134/S001679401906004X.
3. Blagoveshchenskaya N.F., Borisova T.D., Kalishin A.S., Egorov I.M., Zagorskiy G.A. Disturbances of electron density in the high latitude upper F-region) ionosphere induced by X-mode HF pumpwaves from EISCAT UHF radar observations. Проблемы Арктики и Антарктики. 2022. Т. 68, № 3. C. 248-257. DOI:https://doi.org/10.30758/0555-2648-2022-68-3-248-257.
4. Борисова Т.Д., Благовещенская Н.Ф., Калишин А.С. и др. Эффекты модификации высокоширотной F-области ионосферы мощными КВ-радиоволнами на частотах вблизи пятой и шестой гирогармоник электронов. Изв. вузов. Радиофизика. 2015. Т. 58, № 8. С. 623-650.
5. Борисова Т.Д., Благовещенская Н.Ф., Йоман Т.К., Хагстром И. Влияние эффективной мощности излучения нагревного комплекса EISCAT/Heating на возбуждение искусственных ионосферных турбулентностей в высокоширотной F-области ионосферы. Изв. вузов. Радиофизика. 2017. Т. 60, № 4. С. 305-325.
6. Борисова Т.Д., Благовещенская Н.Ф., Йоман Т.К., Хагстром И. Смещенные плазменные линии в нагревных экспериментах в высокоширотной ионосфере на частотах волны накачки вблизи гармоник гирорезонансов электронов. Изв. вузов. Радиофизика. 2018. Т. 61, № 10. С. 810-830.
7. Васьков В.В., Гуревич А.В. Самофокусировочная и резонансная неустойчивость в F-области ионосферы. Тепловые нелинейные явления в плазме. Горький: ИПФ АН СССР, 1979. С. 81-138.
8. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука, 1967. 684 с.
9. Грач С.М. О кинетических эффектах в F-области ионосферы, возмущенной мощными радиоволнами. Изв. вузов. Радиофизика. 1999. Т. 42, № 7. С. 651-667.
10. Грач С.М., Караштин А.Н., Митяков Н.А. и др. Параметрическое взаимодействие электромагнитного излучения с ионосферной плазмой. Изв. вузов. Радиофизика. 1977. Т. 20. С. 1827-1833.
11. Грач С.М., Сергеев Е.Н., Мишин Е.В., Шиндин А.В. Динамические характеристики плазменной турбулентности ионосферы, инициированной воздействием мощного коротковолнового радиоизлучения. УФН. 2016. Т. 186, № 11. С. 1189-1226. DOI:https://doi.org/10.3367/UFNr.2016.07.037868.
12. 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.
13. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере. М.: Мир, 1973. 504 с.
14. Рапопорт В.О., Фролов В.Л., Комраков Г.П. и др. Некоторые результаты измерения характеристик электромагнитных и плазменных возмущений, индуцируемых во внешней ионосфере мощным КВ-радиоизлучением стенда СУРА. Изв. вузов. Радиофизика. 2007. Т. 50, № 8. С. 709-721.
15. Фролов В.Л., Бахметьева Н.В., Беликович В.В. и др. Модификация ионосферы Земли мощным коротковолновым излучением. УФН. 2007. Т. 177, № 3. С. 330-340. DOI:https://doi.org/10.3367/UFNr.0177.200703j.0330.
16. Фролов В.Л., Рапопорт В.О., Комраков Г.Я. и др. Создание дактов плотности при нагреве ионосферы Земли мощным коротковолновым радиоизлучением. Письма в ЖЭТФ. 2008. Т. 88, вып. 12. С. 908-913.
17. 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. Р. 40-55. DOI:https://doi.org/10.23919/URSIRSB.2020.9318436.
18. Blagoveshchenskaya N.F., Borisova T.D., Kosch M., et al. Optical and ionospheric phenomena at EISCAT under continuous X-mode HF pumping. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2014. Vol. 119. P. 10483-10498.
19. 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, e2020JA028203. DOI:https://doi.org/10.1029/2020JA028203.
20. Carlson H.C., Jensen J.B. HF accelerated electron fluxes, spectra, and ionization. Earth, Moon, and Planets. 2014. Vol. 116. P. 1-18. DOI:https://doi.org/10.1007/s11038-014-9454-6.
21. Carlson H.C., Wickwar V.B., Mantas G.P. Observations of fluxes of suprathermal electrons accelerated by HF excited instabilities. J. Atmos. Terr. Phys. 1982. Vol. 44. P. 1089-1100.
22. Carlson H.C., Djuth F.T., Zhang L.D. Creating space plasma from the ground. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2016. Vol. 122. P. 978-999. DOI:https://doi.org/10.1002/2016JA023880.
23. Djuth F.T., DuBois D.F. Temporal development of HF-excited Langmuir and ion turbulence at Arecibo. Earth Moon Planets. 2015. Vol. 116. P. 19-53. DOI:https://doi.org/10.1007/s11038-015-9458-x.
24. DuBois D.F., Rose H.A., Russell D. Excitation of strong Langmuir turbulence in plasmas near critical density: Application to HF heating of the ionosphere. J. Geophys. Res. 1990. Vol. 95. P. 21221-21272.
25. Isham B., Kofman V., Hagfors T., et al. New phenomena observed by EISCAT during an RF ionospheric modification experiment. Radio Sci. 1990. Vol. 25, no. 3. P. 251-262.
26. Kuo S.P. Cascade of the parametric decay instability in ionospheric heating experiments. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2001. Vol. 106. P. 5593-5597.
27. Kuo S.P., Lee M.C. Cascade spectrum of HF enhanced plasma lines generated in HF heating experiments. J. Geophys. Res. 2005. Vol. 110, iss. A1. P. A01309. DOI:https://doi.org/10.1029/2004 JA010674.
28. Lehtinen M.S., Huuskonen A. General incoherent scatter analysis and GUISDAP. J. Atmos. Terr. Phys. 1996. Vol. 58, no. 1-4. P. 435-452.
29. Milikh G.M., Demekhov A., Vartanyan A., et al. A new model for formation of artificial ducts due to ionospheric HF-heating. Geophys. Res. Lett. 2012. Vol. 39, no. 10. L10102. DOI:https://doi.org/10.1029/2012GL051718.
30. Mishin E., Watkins B., Lehtinen N., et al. Artificial ionospheric layers driven by high-frequency radiowaves: An assessment. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2016. Vol. 121. P. 3497-3524. DOI:https://doi.org/10.1002/2015JA021823.
31. 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. P. 1533-1546. DOI: 10.1002/ 2016RS006093.
32. Rishbeth H., van Eyken A.P. EISCAT - early history and the first ten years of operation. J. Atmos. Terr. Phys. 1993. Vol. 55, no. 4-5. P. 525-542.
33. Robinson T.R. The heating of the high latitude ionosphere by high power radio waves. Phys. Rep. 1989. Vol. 179, no. 2-3. P. 79-209.
34. Schunk R.W., Nagy A.F. Ionospheres: Physics, Plasma Physics, and Chemistry. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2000. 554 p.
35. Stubbe P. Review of ionospheric modification experiments in Tromsø. J. Atmos. Terr. Phys. 1996. Vol. 58, nо. 1-4. P. 349-386.
36. Stubbe P., Kopka H. Summary of results obtained with the Tromso heating facility. Radio Sci. 1983. Vol. 18, no. 6. P. 831-834. DOI:https://doi.org/10.1029/RS018i006p00831.
37. Vartanyan A., Milikh G.M., Mishin E., et al. Artificial ducts caused by HF heating of the ionosphere by HAARP. J. Geophys. Res. 2012. Vol. 117. A10307. DOI:https://doi.org/10.1029/2012JA017563.
38. Zawdie K.A., Drob D.P., Siskind D.E., Coker C. Calculating the absorption of HF radio waves in the ionosphere. Radio Sci. 2017. Vol. 52. P. 767-783. DOI:https://doi.org/10.1002/2017RS006256.
39. URL: https://spaceweather.com (дата обращения 1 марта 2023 г.).
40. URL: https://ccmc.gsfc.nasa.gov/modelweb/models/msis _vitmo.php (дата обращения 1 марта 2023 г.).
41. URL: https://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp (дата обращения 1 марта 2023 г.).
