Пространственная структура возмущений концентрации плазмы на высотах верхней и внешней ионосферы, возбуждаемых при нагреве F2-слоя мощным радиоизлучением кв-диапазона

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проанализированы полученные методом низкоорбитальной спутниковой радиотомографии результаты измерений пространственной структуры искусственно созданных вариаций концентрации электронов на высотах верхней и внешней ионосферы Земли, возбуждаемых при модификации F2-слоя среднеширотной ионосферы мощными радиоволнами КВ-диапазона О-поляризации, излучаемыми нагревным стендом СУРА. Рассматриваются характеристики полости с уменьшенной концентрацией плазмы, образующейся на высотах вблизи высоты отражения мощной радиоволны, дактов с увеличенной концентрацией плазмы, формирующихся на высотах внешней ионосферы за счет вытеснения плазмы из области сильного ее разогрева вдоль геомагнитного поля, различных волновых возмущений, индуцируемых на ионосферных высотах. Кроме того, исследованы свойства обнаруженных возмущений плотности плазмы особой природы, регистрируемых в вертикальном столбе над центральной частью возмущенной области ионосферы. Размеры исследуемых неоднородностей составляют от нескольких десятков до нескольких сотен километров, при этом область их регистрации выходит далеко за пределы области резонансного взаимодействия мощной радиоволны О-поляризации с ионосферной плазмой вблизи высоты ее отражения, где возбуждается наиболее интенсивная искусственная ионосферная турбулентность.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Л. Фролов

Научно-исследовательский радиофизический институт ННГУ им. Н.И. Лобачевского; Казанский (Приволжский) федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: frolov@nirfi.unn.ru
Россия, Nizhny Novgorod;

Е. С. Андреева

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: es_andreeva@mail.ru
Россия, Москва

А. М. Падохин

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН

Email: padokhin@physics.msu.ru
Россия, Москва; Москва, Троицк

Список литературы

  1. Афраймович Э.Л., Астафьева Э.И., Воейков С.И. Генерация ионосферных неоднородностей при распространении уединенной внутренней гравитационной волны во время мощной магнитной бури 29–31 октября 2003 года // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 49. № 2. С. 89‒104. 2006.
  2. Беликович В.В., Грач С.М., Караштин А.Н., Котик Д.С., Токарев Ю.В. Стенд “Сура”: исследование атмосферы и космического пространства // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 5. № 7. С. 545‒576. 2007.
  3. Бойко Г.Н., Васьков В.В., Голян С.Ф. и др. Исследование дефокусировки радиоволн в ионосфере при воздействии мощного радиоизлучения // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 28. № 8. С. 960‒971. 1985.
  4. Васьков В.В., Комраков Г.П., Рябова Н.А. Тепловые возмущения околоземной плазмы, создаваемые мощным радиоизлучением комплекса “Сура” // Геомагнетизм и аэрономия. T. 35. № 5. C. 75‒82. 1995.
  5. Вертоградов Г.Г., Вертоградова Е.Г., Урядов В.П., Вертоградов В.Г., Комраков Г.П., Крашенинников И.В., Черкашин Ю.Н., Валов В.А., Бредихин Д.В., Макаров А.В. Кластерная структура искусственной ионосферной турбулентности по данным радарных измерений с помощью ионозонда-радиопеленгатора // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 55. № 1‒2. С. 1‒13. 2012.
  6. Гершман Б.Н. О влиянии перемещающихся возмущений на возникновение дополнительных ионосферных неоднородностей в области F // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 32. № 12. С. 1571. 1989.
  7. Григорьев Г.И. Акустико-гравитационные волны в атмосфере Земли (обзор) // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 42. № 1. С. 3‒25. 1999.
  8. Гуревич А.В., Шварцбург А.Б. Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере. М.: Наука, 272 c. 1973.
  9. Гуревич А.В., Зыбин К.П., Карлсон Х.С. Эффект магнитного зенита // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 48. № 9. С. 772‒787. 2005.
  10. Гуревич А.В. Нелинейные явления в ионосфере // УФН. Т. 177. № 11. С. 1145‒1177. 2007.
  11. Демехов А.Г. Формирование крупномасштабных возмущений при высокочастотном нагреве ионосферы: зависимость характеристик возмущений от частоты и мощности высокочастотного излучения // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 65. № 2. С. 79‒95. 2022. https://doi.org/10.52452/00213462_2022_65_02_79
  12. Ерухимов Л.М., Метелев С.А., Мясников Е.Н., Митяков Н.А., Фролов В.Л. Искусственная ионосферная турбулентность (обзор) // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 30. № 2. С. 208‒225. 1987.
  13. Куницын В.Е., Терещенко Е.Д., Андреева Е.С. Радиотомография ионосферы. Москва: Физматлит, 255 с. 2007.
  14. Куницын В.Е., Терещенко Е.Д., Андреева Е.С., Григорьев В.Ф., Романова Н.Ю., Назаренко М.О., Вапиров Ю.М., Иванов И.И. Трансконтинентальная радиотомографическая система. Результаты первых ионосферных измерений // Вестн. Московского ун-та. Серия 3: Физика, астрономия. № 6. С. 102–104. 2009
  15. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Курс теоретической физики. Т. 6. Гидродинамика. М.: Наука, 733 с. 1988.
  16. Ружин Ю.Я., Кузнецов В.Д., Пластинин Ю.А., Карабаджак Г.Ф., Фролов В.Л., Комраков Г.П., Парро М. Авроральная активность, вызванная мощным радиоизлучением стенда “Сура” // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 53. № 1. С. 46‒52. 2013. https://doi.org/10.7868/S0016794013010173
  17. Троицкий А.В., Фролов В.Л., Востоков А.В., Ракуть И.В. Радиоизлучение ридберговских атомов верхней атмосферы при ее модификации мощными КВ радиоволнами // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 62. № 10. С. 759‒768. 2019.
  18. Урядов В.П., Вертоградов Г.Г., Понятов А.А., Вертоградов В.Г., Кубатко С.В., Черкашин Ю.Н., Крашенинников И.В., Комраков Г.П., Валов В.А. О структуре и динамике области ионосферы с искусственными мелкомасштабными неоднородностями по данным комплексных измерений характеристик рассеянных радиосигналов // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 51. № 12. С. 1011‒1025. 2008.
  19. Фролов В.Л., Бахметьева Н.В., Беликович В.В. и др. Модификация ионосферы Земли мощным КВ радиоизлучением // УФН. Т. 177. № 3. С. 330‒340. 2007. https://doi.org/10.3367/UFNr.0177.200703j.0330
  20. Фролов В.Л. Пространственная структура возмущений плотности плазмы, индуцируемых в ионосфере при ее модификации мощными КВ радиоволнами: обзор результатов экспериментальных исследований // Солнечно-земная физика. Т. 1. № 2. С. 22‒45. 2015. https://doi.org/10.12737/10383
  21. Фролов В.Л., Рапопорт В.О., Шорохова Е.А., Белов А.С., Парро М., Рош Ж.-Л. Характеристики электромагнитных и плазменных возмущений, индуцируемых на высотах внешней ионосферы Земли при модификации F2-области мощным КВ радиоизлучением стенда СУРА // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 59. № 3. С. 198‒222. 2016.
  22. Фролов В.Л. Искусственная турбулентность среднеширотной ионосферы. Нижний Новгород: Изд. ННГУ, 468 с. 2017.
  23. Фролов В.Л., Лукьянова Р.Ю., Белов А.С., Болотин И.А., Добровольский М.Н., Рябов А.О., Шорохова Е.А. Характеристики плазменных возмущений, возбуждаемых на высотах 450–500 км при работе стенда СУРА // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 45. № 5. С. 359‒373. 2018.
  24. Фролов В.Л., Лукьянова Р.Ю., Рябов А.О., Болотин И.А. Спутниковые измерения плазменных возмущений и электрических токов, индуцируемых в среднеширотной ионосфере при ее модификации мощными КВ радиоволнами // Космические исследования. Т. 59. № 4. С. 275‒295. 2021. https://doi.org/10.31857/S0023420621040014
  25. Фролов В.Л., Андреева Е.С., Падохин А.М. Пространственная структура сверхкрупномасштабных возмущений плотности плазмы на ионосферных высотах // XXVIII Всероссийская открытая научная конференция “Распространение радиоволн”. 16–19 мая 2023 г. г. Йошкар-Ола. Тезисы докладов. С. 627‒630. 2023.
  26. Черногор Л.Ф., Фролов В.Л. Перемещающиеся ионосферные возмущения, генерируемые периодическим нагревом плазмы мощным высокочастотным радиоизлучением // Изв. вузов Радиофизика. Т. 55. № 1‒2. С. 14‒36. 2012.
  27. Черногор Л.Ф. Физика мощного радиоизлучения в геокосмосе. Харьков: Изд. ХНУ им. В.Н. Каразина, 541 с. 2014.
  28. Черногор Л.Ф., Фролов В.Л. Вариации уровня и спектра геомагнитных пульсаций, сопровождавшие воздействие на ионосферу мощным радиоизлучением стенда “Сура” // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 57. № 5. С. 378‒399. 2014.
  29. Черногор Л.Ф., Панасенко С.В., Фролов В.Л., Домнин И.Ф. Волновые возмущения в ионосфере, сопровождавшие воздействие на околоземную плазму мощным радиоизлучением: результаты наблюдений на харьковском радаре некогерентного рассеяния // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 58. № 2. С. 85‒99. 2015.
  30. Черногор Л.Ф., Гармаш К.П., Фролов В.Л. Крупномасштабные возмущения в нижней и средней ионосфере, сопровождавшие воздействие на нее радиоизлучением стенда “Сура” // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 62. № 6. С. 440‒459. 2019.
  31. Черногор Л.Ф., Фролов В.Л. Особенности крупномасштабных возмущений, индуцируемых в ионосфере мощным декаметровым радиоизлучением во время умеренных магнитных бурь // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 61. № 5. С. 618‒640. 2021. https://doi.org/10.31857/S0016794021040039
  32. Шерстюков Р.О., Фролов В.Л., Акчурин А.Д. Контроль возмущенности ионосферы над стендом “СУРА” с помощью построения двумерных карт вариаций полного электронного содержания // Изв. вузов. Физика. Т. 59. № 12‒3. С. 23‒27. 2016.
  33. Andreeva E.S., Frolov V.L., Kunitsyn V.E., Kryukovskii A.S., Lukin D.S., Nazarenko M.O., Padokhin A.M. Radiotomography and HF ray tracing of the artificially disturbed ionosphere above the SURA heating facility // Radio Sci. V. 51. № 6. P. 638‒644. 2016. https://doi.org/10.1002/2015RS005939
  34. Chernogor L.F., Blaunstein N. Radiophysical and geomagnetic effects of rocket burn and launch in the near the Earth environment. New York: Taylor and Francis Group, 542 p. 2013.
  35. Fallen C.T., Secan J.A., Watkins B.J. In situ measurements of topside ionosphere electron density enhancements during an HF-modification experiment // Geophys. Res. Lett. V. 38. № 8. ID L08101. 2011. https://doi.org/10.1029/2011GL046887
  36. Frolov V.L., Troitsky A.V. HF-induced artificial injection of energetic electrons from the Earth’s radiation belt as a powerful source for modification of ionized and neutral components of the Earth’s atmosphere // Atmosphere. V. 14. № 5. ID 843. 2023. https://doi.org/10.3390/atmos14050843
  37. Gurevich A.V. Nonlinear phenomena in the ionosphere. New York: Springer, 372 p. 1978.
  38. Hansen J.D., Morales G.J., Maggs J.E. Large-scale HF-induced ionospheric modifications: theory and modeling // J. Geophys. Res. ‒ Space. V. 97. N 11. P. 17019‒17032. 1992. https://doi.org/10.1029/92JA01603
  39. Kunitsyn V.E., Andreeva E.S., Frolov V.L., Komrakov G.P., Nazarenko M.O., Padokhin A.M. Sounding of HF heating-induced artificial ionospheric disturbances by navigation satellite radio transmissions // Radio Sci. V. 47. № 4. ID RS0L15. 2012. https://doi.org/10.1029/2011RS004957
  40. Lukianova R., Frolov V., Ryabov A. First SWARM observations of the artificial ionospheric plasma disturbances and field-aligned currents induced by the SURA power HF heating // Geophys. Res. Lett. V. 46. № 22. P. 12731–12738. 2019. https://doi.org/10.1029/2019GL085833
  41. Medvedev A.V., Ratovsky K.G., Tolstikov M.V., Oinats A.V., Alsatkin S.S., Zherebtsov G.A. Relation of internal gravity wave anisotropy with neutral wind characteristics in the upper atmosphere // J. Geophys. Res. ‒ Space. V. 122. № 7. P. 7567‒7580. 2017. https://doi.org/10.1002/2017JA024103
  42. Milikh G.M., Mishin E., Galkin I., Vartanyan A., Roth C., Reinisch B.W. Ion outflows and artificial ducts in the topside ionosphere at HAARP // Geophys. Res. Lett. V. 37. № 18. ID L18102. 2010. https://doi.org/10.1029/2010GL044636
  43. Milikh G.M., Demekhov A., Vartanyan A., Mishin E.V., Huba J. A new model for formation of artificial ducts due to ionospheric HF-heating // Geophys. Res. Lett. V. 39. № 10. ID L10102. 2012. https://doi.org/10.1029/2012GL051718
  44. Mishin E., Sutton E., Milikh G., Galkin I., Roth C., Forster M. F2-region atmospheric gravity waves due to high-power HF heating and subauroral polarization stream // Geophys. Res. Lett. V. 39. № 11. ID L11101. 2012. https://doi.org/10.1029/2012GL052004
  45. Pradipta R., Lee M.C., Cohen J.A., Watkins B.J. Generation of artificial acoustic-gravity waves and travelling ionospheric disturbances in HF heating experiments // Earth Moon Planets. V. 116. № 1. P. 67‒78. 2015. https://doi.org/10.1007/s11038-015-9461-2
  46. Rietveld M.T., Kosch M.J., Blagoveshchenskaya N.F., Kornienko V.A., Leyser T.B., Yeoman T.K. Ionospheric electron heating, optical emissions, and striations induced by powerful HF radio waves at high latitudes: Aspect angle dependence // J. Geophys. Res. ‒ Space. V. 108. № 4. ID 1141. 2003. https://doi.org/10.1029/2002JA009543
  47. Streltsov A.V., Berthelier J.-J., Chernyshov A.A., Frolov V.L., Honary F., Kosch M.J., McCoy R.P., Mishin E.V., Rietveld M.T. Past, present and future of active radio frequency experiments in space // Space Sci. Rev. V. 214. № 8. ID 118. 2018. https://doi.org/10.1007/s11214-018-0549-7
  48. Vartanyan A., Milikh G.M., Mishin E., Parrot M., Galkin I., Reinisch B., Huba J., Joyce G., Papadopoulos K. Artificial ducts caused by HF heating of the ionosphere by HAARP // J. Geophys. Res. ‒ Space. V. 117. № 10. ID A10307. 2012. https://doi.org/10.1029/2012JA017563
  49. Vas’kov V.V., Dimant Y.S., Ryabova N.A. Magnetospheric plasma thermal perturbations induced by resonant heating of the ionospheric F-region by high-power radio waves // Adv. Space Res. V. 13. № 10. P. 1025‒1033. 1993. https://doi.org/10.1016/0273-1177(93)90047-F
  50. Zhang X., Frolov V., Shen X., Wang Y., Zhou C., Lu H., Huang J., Ryabov A., Zhai D. The electromagnetic emissions and plasma modulations at middle latitudes related to SURA-CSES experiments in 2018 // Radio Sci. V. 55. № 8. ID e2019RS007040. 2020. https://doi.org/10.1029/2019RS007040

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Радиотомограмма, полученная 18.08.2011 г. в 22:48 мск (внизу). На четырех верхних панелях приведены профили концентрации электронов на высотах 300, 400, 600 и 800 км (сверху вниз).

Скачать (654KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Радиотомограмма, полученная 09.09.2014 г. в 00:45 мск. На четырех верхних панелях приведены профили концентрации электронов на высотах 310, 410, 610 и 810 км (сверху вниз).

Скачать (600KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Радиотомограмма, полученная 21.08.2010 г. в 20:24 мск. На четырех верхних панелях приведены профили концентрации электронов на высотах 300, 420, 600 и 810 км (сверху вниз).

Скачать (592KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Радиотомограмма, полученная 25.09.2017 г. в 18:37 мск. На четырех верхних панелях приведены профили концентрации электронов на высотах 310, 410, 610 и 810 км (сверху вниз).

Скачать (559KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Радиотомограмма, полученная 25.03.2014 г. в 22:49 мск. На четырех верхних панелях приведены профили концентрации электронов на высотах 300, 400, 600 и 800 км (сверху вниз).

Скачать (645KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024