Исследование стимулированных ионосферных мерцаний и поглощения излучения дискретных космических источников с помощью панорамного ВЧ риометра
Рассмотрены эффекты усиления диссипативного поглощения и роста интенсивности мерцаний излучения дискретных космических источников (ДКИ) в полярной ионосфере, модифицированной мощным ВЧ нагревом. Исследования проведены на частоте 38 МГц с использованием 64-лучевого панорамного риометра, расположенног...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Радиофизика и радиоастрономия |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Радіоастрономічний інститут НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100108 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование стимулированных ионосферных мерцаний и поглощения излучения дискретных космических источников с помощью панорамного ВЧ риометра / В.Г. Безродный, О.В. Чаркина, Ю.М. Ямпольский, Б. Воткинс, К. Гровс // Радиофизика и радиоастрономия. — 2010. — Т. 15, № 2. — С. 151-163. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860233556594262016 |
|---|---|
| author | Безродный, В.Г. Чаркина, О.В. Ямпольский, Ю.М. Воткинс, Б. Гровс, К. |
| author_facet | Безродный, В.Г. Чаркина, О.В. Ямпольский, Ю.М. Воткинс, Б. Гровс, К. |
| citation_txt | Исследование стимулированных ионосферных мерцаний и поглощения излучения дискретных космических источников с помощью панорамного ВЧ риометра / В.Г. Безродный, О.В. Чаркина, Ю.М. Ямпольский, Б. Воткинс, К. Гровс // Радиофизика и радиоастрономия. — 2010. — Т. 15, № 2. — С. 151-163. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Радиофизика и радиоастрономия |
| description | Рассмотрены эффекты усиления диссипативного поглощения и роста интенсивности мерцаний излучения дискретных космических источников (ДКИ) в полярной ионосфере, модифицированной мощным ВЧ нагревом. Исследования проведены на частоте 38 МГц с использованием 64-лучевого панорамного риометра, расположенного на Аляске в непосредственной близости от нагревного стенда HAARP. Обсуждены результаты двух специальных нагревных кампаний, февраля и октября 2008 г., в ходе которых искусственно возмущенная ионосферная область просвечивалась излучением двух наиболее мощных ДКИ северного неба – Кассиопеи А и Лебедя А. Проанализированы особенности мерцаний ДКИ на естественных и искусственных плазменных неоднородностях френелевых масштабов F-слоя авроральной ионосферы. Определены энергетические спектры мерцаний, позволившие восстановить характерные параметры неоднородностей и поперечные к направлению на источник скорости их движения. Оценены дополнительное поглощение излучения ДКИ и возрастание электронной температуры в D-слое ионосферы, стимулированные работой мощного нагревного стенда.
Розглядаються ефекти посилення дисипативного поглинання та зростання інтенсивності мерехтінь випромінювання дискретних космічних джерел (ДКД) у полярній іоносфері, модифікованій потужним ВЧ нагріванням. Дослідження виконано на частоті 38 МГц з використанням 64-променевого панорамного ріометру, розташованого на Алясці поряд з нагрівним стендом HAARP. Обговорено результати двох спеціальних нагрівних кампаній, лютого та жовтня 2008 р., у перебігу яких штучно збурена іоносферна область просвічувалася випромінюванням двох найпотужніших ДКД північного неба – Кассіопеї А та Лебедя А. Проаналізовано особливості мерехтінь ДКД на природних та штучних плазмових неоднорідностях френелевих масштабів F-шару авроральної іоносфери. Визначено енергетичні спектри таких мерехтінь, що дозволило відновити характерні параметри неоднорідностей та поперечні до напрямку на джерело швидкості їх руху. Оцінено додаткове поглинання випромінювання ДКД та зростання електронної температури у D-шарі іоносфери, стимульовані роботою потужного нагрівного стенду.
The effects of enhanced dissipative absorption and increase of scintillation intensity for discreet cosmic sources (DCS) radiation in the polar ionosphere modified by the powerful HF heating have been considered. The investigations have been performed at 38 MHz with the use of the 64-beam riometer located at Alaska in immediate proximity to the HAARP heater. The results of two special heating campaigns of February and October 2008 when the artificially disturbed ionosphere domain was penetrated by the radiation from the two most powerful in the northern sky DCSs, namely Cassiopeia A and Cygnus A, have been discussed. The characteristic features of DCS scintillations induced by natural and artificial inhomogeneities of a Fresnel size in the F-layer of the polar ionosphere have been analyzed. The power spectra of the scintillations have been determined. They allowed recovering the characteristic parameters of the referred inhomogeneities and their motion velocity transverse to the source direction. The additional absorption of DCS radiation and the electron temperature increase in the D-region due to a powerful heater operation are estimated.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:22:55Z |
| format | Article |
| fulltext |
Радиофизика и радиоастрономия, 2010, т. 15, №2, с. 151-163
© В. Г. Безродный, О. В. Чаркина, Ю. М. Ямпольский, Б. Воткинс, К. Гровс, 2010
537.876.23: 551.510.535
Исследование стимулированных ионосферных мерцаний
и поглощения излучения дискретных космических источников
с помощью панорамного ВЧ риометра
В. Г. Безродный, О. В. Чаркина, Ю. М. Ямпольский, Б. Воткинс1, К. Гровс2
Радиоастрономический институт НАН Украины,
ул. Краснознаменная, 4, г. Харьков, 61002, Украина
E-mail: bezrodny@rian.kharkov.ua
1Университет Аляски, Фэйрбенкс, США
2Исследовательская лаборатория ВВС США, Хэнском, США
Статья поступила в редакцию 16 июля 2009 г.
Рассмотрены эффекты усиления диссипативного поглощения и роста интенсивности мерца-
ний излучения дискретных космических источников (ДКИ) в полярной ионосфере, модифициро-
ванной мощным ВЧ нагревом. Исследования проведены на частоте 38 МГц с использованием
64-лучевого панорамного риометра, расположенного на Аляске в непосредственной близости
от нагревного стенда HAARP. Обсуждены результаты двух специальных нагревных кампаний,
февраля и октября 2008 г., в ходе которых искусственно возмущенная ионосферная область
просвечивалась излучением двух наиболее мощных ДКИ северного неба – Кассиопеи А и Ле-
бедя А. Проанализированы особенности мерцаний ДКИ на естественных и искусственных плаз-
менных неоднородностях френелевых масштабов F-слоя авроральной ионосферы. Определены
энергетические спектры мерцаний, позволившие восстановить характерные параметры неодно-
родностей и поперечные к направлению на источник скорости их движения. Оценены дополни-
тельное поглощение излучения ДКИ и возрастание электронной температуры в D-слое ионосфе-
ры, стимулированные работой мощного нагревного стенда.
1. Введение
Как известно (см., например, [1]), панорам-
ные ВЧ риометры представляют собой радио-
приемные устройства, включающие много-
лучевые фазированные антенные системы
и выходные радиометры. Такие системы пред-
назначены для мониторинга пространственно-
временного распределения поглощения косми-
ческого электромагнитного фона в нижней
ионосфере. Особенно перспективным оказы-
вается их использование в высоких широтах,
где вариации поглощения носят нерегулярный
характер и стимулируются эффектами высы-
пания энергичных частиц вблизи полярных
овалов. В настоящее время в мире сущест-
вует 24 панорамных риометра, расположенных в
регионах Арктики и Антарктики. Их полный
перечень и основные параметры антенных
систем приведены на интернет-сайте <http://
www.dcs.lancs.ac.uk/iono/cgi-bin/riometers>.
В последние годы исследователями пред-
принят ряд попыток расширить круг диагнос-
тических задач, решаемых такими многолу-
чевыми риометрами. В частности, в работах
[2, 3] теоретически оценена возможность ре-
гистрации дополнительного поглощения косми-
ческого фона в нижней ионосфере, обуслов-
ленного ее нагревом мощным высокочастот-
В. Г. Безродный, О. В. Чаркина, Ю. М. Ямпольский, Б. Воткинс, К. Гровс
152 Радиофизика и радиоастрономия, 2010, т. 15, №2
ным излучением. В работе [4] эта возмож-
ность экспериментально проверена на основе
ретроспективных данных многолетних наблю-
дений на 49-лучевом риометре, расположенном
в Килписъярви (69 03′° с. ш., 20 47′° в. д.,
Финляндия). Авторами надежно подтверждено
возрастание поглощения в периоды включе-
ний нагревного стенда. В то же время полу-
ченные значения искусственно стимулирован-
ного поглощения в луче риометра, пересекаю-
щем нагревную область на высотах D-слоя,
оказались на порядок ниже теоретически ожи-
даемых.
Увеличение апертур антенн риометров,
и как следствие рост их чувствительности, поз-
воляют в качестве пробного излучения ис-
пользовать не только пространственно протя-
женный космический фон, но и мощные диск-
ретные космические источники (ДКИ). Это,
в дополнение к перечисленным задачам диаг-
ностики нижней ионосферы, открывает воз-
можность наблюдения мерцаний излучения
ДКИ на естественных и искусственных плаз-
менных неоднородностях верхней ионосферы.
По-видимому, впервые на проявление таких
эффектов было указано в работе [5]. Автора-
ми отмечался заметный рост флуктуаций ин-
тенсивности дискретного космического источ-
ника Кассиопея А (Cas A) в момент прохож-
дения луча зрения на него через область по-
вышенной турбулизации плазмы в F-слое ионос-
феры, стимулированной излучением мощного
нагревного стенда EISCAT (69 35′° с. ш.,
19 14′° в. д., Тромсё, Норвегия). Теоретичес-
кое и практическое развитие метода ионос-
ферных мерцаний применительно к возможно-
стям панорамных риометров было дано в пре-
дыдущих работах авторов настоящей статьи
[6, 7]. В них было показано, что панорамные
ВЧ риометры могут быть успешно использова-
ны для систематической диагностики неодно-
родностей френелевых масштабов верхней
ионосферы и восстановления их пространст-
венно-временных характеристик: интенсив-
ности, спектра размеров, а также скорости дви-
жения. Успешные проверки предложенной
методики были проведены авторами с ис-
пользованием ретроспективных эксперимен-
тальных данных, полученных совместно на
256-лучевом риометре Покер Флэт (65 06′° с. ш,
147 30′° з. д.) и нагревном стенде HIPAS
(64 52′° с. ш., 146 51′° з. д.), оба инструмента
расположены на Аляске, США. Следует от-
метить, что эти эксперименты не носили
специального характера и были использованы
авторами только для демонстрации воз-
можности диагностики ионосферы на основе
регистрации излучения ДКИ с помощью рио-
метрической антенны. В связи с введением
в строй в конце 2007 г. 64-лучевого риометра
Гакона (62 23′° с. ш, 145 09′° з. д., Аляска, США)
появилась возможность целенаправленных од-
новременных наблюдений ионосферных мерца-
ний и дополнительного поглощения, стимулиро-
ванных самым мощным в мире нагревным
стендом HAARP (<http://www.haarp.alaska.edu>),
расположенным в непосредственной близости
от указанного риометра. Предметом настоя-
щей статьи является теоретическое и экспе-
риментальное исследование стимулированных
эффектов мерцаний и затухания электромаг-
нитного излучения ДКИ и космического фона
с помощью многолучевого панорамного ВЧ
риометра.
2. Теоретическое обоснование
исследований
2.1. Наблюдение ДКИ
В соответствии с существующими пред-
ставлениями (см., например [8]), в отсутствие
ионосферных флуктуаций затухание ( )S SA α
излучения ДКИ, прошедшего плоскослоистый
ионосферный плазменный слой, определяется
зенитным углом источника ,Sα толщиной слоя
zΔ и мнимой частью показателя преломле-
ния плазмы :n′′
{ }0( ) exp ( )S S S S SI I Aα = − α =
0
( )
exp 2 d ( ) .
S
S
L
I n
c α
⎧ ⎫ω⎪ ⎪′′= − ξ ξ⎨ ⎬
⎪ ⎪⎩ ⎭
∫ (1)
Здесь 0SI – интенсивность, 2 fω = π – цик-
лическая частота падающего на слой излуче-
ния, c – скорость света, ( )SL α – наклонный
Исследование стимулированных ионосферных мерцаний и поглощения излучения дискретных космических...
153Радиофизика и радиоастрономия, 2010, т. 15, №2
путь волны в слое. Для традиционно исполь-
зуемой в панорамных риометрах частоты
38 МГц во всей верхней ионосфере выпол-
няется неравенство 2 2 2, ,en Hω ν ω где enν –
частота соударений электронов с нейтралами,
Hω – циклическая электронная гирочастота.
С учетом этого неравенства выражение для
n′′ принимает вид [8]
2
3
2 ,e en
e
e Nn
m
π ν′′ ≈
ω
(2)
где ,e em N – масса и концентрация элект-
ронов. Из (2) следует, что основной вклад
в интегральное затухание ( )S SA α дают об-
ласти высот, соответствующие максимуму
произведения .e enN ν Согласно современным
представлениям основной поглощающий слой
в ионосфере располагается на высотах D-об-
ласти, ~ 60 90z ÷ км. Исходя из сравнительно
небольшой толщины этого слоя, можно при
оценках величины ионосферного поглощения
полагать его однородным по высоте с харак-
терными средними параметрами , ,e enN ν что
приводит к достаточно компактной формуле,
2
2
4( ) ,
cos
e en
S S
e S
e N zA
m c
π ν Δα ≈
ω α
(3)
справедливой для всех зенитных углов источ-
ника, за исключением скользящих (cos 0).Sα ≠
Частота соударений электронов с нейт-
ралами enν в свою очередь связана прос-
тым соотношением с электронной темпера-
турой eT [7]:
( )1 22 3 .en n n e er N KT mν = π (4)
Здесь ,nr nN – характерный радиус и концен-
трация нейтральных частиц, K – постоянная
Больцмана. Нетрудно видеть, что в предпо-
ложении о неизменности электронной кон-
центрации eN плазменного слоя D в процессе
его ВЧ нагрева соотношения (3), (4) принци-
пиально позволяют по регистрациям допол-
нительного поглощения ~S enAΔ Δν оценить
соответствующее изменение электронной тем-
пературы .eTΔ Очевидно, что в реальной
ионосфере все газоплазменные параметры
являются функциями высоты. Поэтому модель
однородного D-слоя позволяет оценить лишь
некоторую его эффективную температуру.
Однако из-за невозможности выполнения пря-
мых температурных измерений в этой облас-
ти ионосферы риометрические оценки eTΔ
являются на сегодняшний день основным ис-
точником получения соответствующей инфор-
мации.
Как оговаривалось в начале подраздела,
представленные в нем рассуждения справед-
ливы в предположении об отсутствии ионо-
сферных флуктуаций, прежде всего, случай-
ных изменений электронной концентрации .eNδ
Согласно [9-11] указанные флуктуации наибо-
лее сильны в области максимума F-слоя и
в возмущенных ионосферных условиях могут
приводить к заметным вариациям интенсив-
ности (мерцаниям) дискретных космических
источников. Тем не менее приведенный в [12]
анализ показывает, что в силу выполнения
закона сохранения энергии мерцания радиоис-
точников на неоднородностях среды не приво-
дят к отличиям величины средней интенсив-
ности регистрируемого излучения от ее не-
возмущенного значения. Это позволяет при
интерпретации результатов наблюдений перей-
ти от интенсивности SI в детерминистской
постановке, описываемой формулой (1), к сред-
ней интенсивности излучения SI на основа-
нии соотношения
{ }0( , ) exp ( , ) ,S S S S S S SI I Aα ψ = − α ψ (5)
где Sψ – азимут ДКИ на небесной полу-
сфере. Далее, исходя из (5), не представляет
труда оценить в каждый текущий момент вре-
мени t дополнительное поглощение SAΔ ≡
0ON OFF
S SA A− > излучения ДКИ, связанное
с ионосферным нагревом, по эксперимен-
тальным значениям средних интенсивностей
ON
SI (в присутствии нагрева), OFF
SI (в его
отсутствие):
В. Г. Безродный, О. В. Чаркина, Ю. М. Ямпольский, Б. Воткинс, К. Гровс
154 Радиофизика и радиоастрономия, 2010, т. 15, №2
( ) ( )
( )
( ), ( )
( ), ( ) ln .
( ), ( )
OFF
S S S
S S S ON
S S S
I t t
A t t
I t t
α ψ
Δ α ψ =
α ψ
(6)
Входящие в (6) текущие значения ( ), ( )S St tα ψ
зенитного угла и азимута как функции времени
для каждого конкретного источника задаются
законом его движения по небесной сфере.
2.2. Наблюдение космического фона
Для космического фона средняя интенсив-
ность является интегральной характеристикой,
определяемой по полному телесному углу jΔΩ
j-го луча приемной антенны риометра. Так,
в отсутствие нагрева она описывается соот-
ношением
0
0
d sinOFF
B BjI I
π
= α α×∫
( , )d ( , ),
OFF
BA
j j je G
π
− α ψ
−π
× ψ α −α ψ −ψ∫ (7)
где 0BI – интенсивность космического фона
на входе в ионосферный слой; ( , )BA α ψ – его
затухание в слое как функция углов прихода;
( , )j j jG α −α ψ −ψ – нормированная диаграм-
ма направленности рассматриваемого j-го
луча; ,j jα ψ – угловые координаты максиму-
ма этой диаграммы. В пренебрежении изме-
нениями поглощения невозмущенного косми-
ческого фона в пределах каждого луча фор-
мула (7) упрощается:
( , )
0 ,
OFF
B j jOFF A
B B jjI I e− α ψ≈ ΔΩ
0
d sin d ( , ).j j j jG
π π
−π
ΔΩ ≡ α α ψ α −α ψ −ψ∫ ∫
В случае ионосферного нагрева средняя
интенсивность может быть представлена в
форме
( , )
0
0
d sin
OFF
B j jON A
B BjI I e
π
− α ψ≈ α α×∫
( , )d ( , ).BA
j j je G
π
−Δ α ψ
−π
× ψ α −α ψ −ψ∫ (8)
Исходя из малости ожидаемых значений BAΔ
(см. [2, 3]), заменим подынтегральную экспо-
ненту ее линейным разложением. После этого
(8) приобретает вид:
( , )
0
0
11 d sin
OFF
B j jON A
B j Bj
j
I I e
π
− α ψ ⎧⎪≈ ΔΩ − α α×⎨ ΔΩ⎪⎩
∫
d ( , ) ( , ) .B j j jA G
π
−π
⎫⎪× ψΔ α ψ α −α ψ −ψ ⎬
⎪⎭
∫ (9)
Нетрудно видеть, что область интегриро-
вания в (9) задается границами пересече-
ния диаграмм направленностей приемной ан-
тенны риометра и нагревного стенда,
.cross jΔΩ ≤ ΔΩ Исходя из такой оценки, соот-
ношение ON OFF
B Bj jI I можно определить
формулой
{ }1 ( , ) ( , ) .
ON
B j
BOFF
B j
I
Q A
I
≈ − α ψ Δ α ψ (10)
Здесь
( )( , ) , 1,cross
j j j
j
Q GΔΩα ψ ≡ α−α ψ−ψ ≤
ΔΩ
(11)
углы min max ,
2
α +αα ≡ min max
2
ψ +ψψ ≡ соот-
ветствуют центральной точке области пере-
сечения диаграмм. Заменяя приближенно
в (10) выражение в фигурных скобках экспо-
нентой, приходим к искомому определению
для :BAΔ
Исследование стимулированных ионосферных мерцаний и поглощения излучения дискретных космических...
155Радиофизика и радиоастрономия, 2010, т. 15, №2
1( , ) ln .
( , )
OFF
B j
B ON
B j
I
A
Q I
Δ α ψ =
α ψ
Из формулы (10) следует, что дополнитель-
ное поглощение космического фона опреде-
ляется уровнем ионосферного нагрева в сред-
ней точке области пересечения диаграмм
направленности антенны риометра и нагрев-
ного стенда. Поэтому при неизменных усло-
виях нагрева величина BAΔ должна оставать-
ся постоянной во времени. В противополож-
ность ей аналогичная характеристика для ДКИ
(формула (6)) изменяется по мере движения
источника через диаграмму направленности
нагревной антенны. Можно ожидать, что при
прохождении луча зрения на источник через
центр возмущенной области ( )Sα ≈ α значе-
ния BAΔ и SAΔ должны становиться близ-
кими друг к другу.
2.3. Определение температуры
электронов в нижней ионосфере,
модифицированной ВЧ нагревом
Указанная характеристика может быть
определена по регистрациям интенсивности
ДКИ в период его прохождения через нагрев-
ную область, исходя из формул (3), (4), (6).
Действительно, согласно (4)
.ON OFF ON OFF
en en e eT Tν ν = (12)
Полагая далее, что ВЧ нагрев нижней ионос-
феры приводит лишь к росту температуры
электронов, но не изменяет их среднюю кон-
центрацию, нетрудно из (3), (12) получить ана-
литическую связь дополнительного поглоще-
ния с изменениями электронной температуры:
( )2
2
4
( )
cos
ON OFF
S S
S
e N z
A
mc
π ν − ν Δ
Δ α ≈ =
ω α
2
2
4 1 .
cos
OFF ON
OFF
S
e N z T
mc T
⎛ ⎞π ν Δ ⎜ ⎟= −
⎜ ⎟ω α ⎝ ⎠
(13)
Обращая соотношение (13), приходим к иско-
мой формуле для оценки изменения электрон-
ной температуры в процессе ионосферного
нагрева:
22
2
( ) cos1 .
2.7 10
ON
S S S
OFF OFF
A fT
T N z
⎡ ⎤Δ α α= +⎢ ⎥⋅ ν Δ⎣ ⎦
(14)
Здесь T измеряется в кельвинах, N – в см–3,
ν и f – в c–1, zΔ – в км.
2.4. Эффект мерцаний
Флуктуации интенсивности излучения
дискретных космических радиоисточников,
( ) ( ) ,S S SI t I t Iδ = − принято характеризовать
их энергетическими спектрами ( )S f и индек-
сами мерцаний 2β [9-11]:
( )
2
2( ) d ( ) ,i ft
S SS f t I t I e
∞
− π
−∞
= δ∫
( )22 ( ) ( )d .S SI t I S f f
∞
−∞
β = δ = ∫
В случае слабых мерцаний 2( 1)β их энер-
гетический спектр ( )S f связан с пространст-
венным спектром ( )NΦ κ флуктуаций элект-
ронной концентрации ионосферы e eN Nδ
известным соотношением (см. [9-11]):
4 4
2 2
0
(2 )
( )
cos
pm
S
f z
S f
f c V⊥
π Δ
= ×
α
( )2 2
0
d 1 cos
cos
x y m
y
S
z
k
∞
′ ′
′
−∞
⎧ ⎫⎛ ⎞κ + κ⎪ ⎪⎜ ⎟× κ − ×⎨ ⎬⎜ α ⎟⎪ ⎪⎝ ⎠⎩ ⎭
∫
(2 )( , , 0) .
xN x y z f V′ ⊥′ ′ ′ κ = π×Φ κ κ κ = (15)
Здесь 0f – частота падающего излучения,
pmf – значение плазменной частоты в мак-
симуме F-слоя. Начало системы координат
совмещено с приемным пунктом; ось z′ на-
В. Г. Безродный, О. В. Чаркина, Ю. М. Ямпольский, Б. Воткинс, К. Гровс
156 Радиофизика и радиоастрономия, 2010, т. 15, №2
правлена на источник, образуя с вертикаль-
ной осью z угол .Sα При выводе (15) исполь-
зованы предположение о малости толщины
zΔ ионосферного слоя по сравнению с вы-
сотой его максимума ,mz а также модель “за-
мороженного” переноса неоднородностей
поперек луча зрения c постоянной скоростью
.V⊥ Для упрощения формулы направление
координатной оси x′ выбрано совпадающим
с направлением вектора .V⊥ Наиболее рас-
пространенной аппроксимацией пространствен-
ного спектра NΦ для F-слоя ионосферы яв-
ляется следующая (анизотропная степенная
модель [9-11]):
( ) 22 2 2 2( , ) ~ .
p
N h t h h t tl l
−
Φ κ κ κ + κ (16)
Здесь hl и tl – масштабы неоднородностей
вдоль и поперек геомагнитного поля 0H соот-
ветственно. Отношение 1h tl l имеет смысл
коэффициента анизотропии.
Соотношение (15) широко используется
в литературе для определения модельных
параметров ионосферных неоднородностей.
В частности, по частоте 0~Frf V r⊥ λ харак-
терного излома спектра ( )S f (здесь λ – дли-
на волны, 0r – наклонная дальность до ионос-
ферного слоя) оценивается частота френелевых
мерцаний и поперечная к лучу зрения скорость
движения неоднородностей .V⊥ По асимптоти-
ческой спектральной зависимости регистрируе-
мого излучения ( 1)( ) ~ p
FrS f f f − −≥ опреде-
ляется показатель степени p пространствен-
ного спектра неоднородностей (16).
3. Результаты эксперимента
Представленные ниже экспериментальные
результаты были получены в ходе двух спе-
циальных измерительных кампаний, проведен-
ных соответственно 21 февраля и 30 октября
2008 г. В первой из них нагревный стенд
HAARP излучал вертикально вверх мощную
волну “О”-поляризации на частоте 3.3 МГц.
Режим работы состоял из чередования 5-ми-
нутных включений (“ON”) и таких же пауз
(“OFF”). Полная длительность циклов пе-
реключений составляла 50 мин (с 23:10 до
24:00 UT). Во второй кампании диаграмма
направленности нагревного стенда HAARP
была ориентирована в направлении 24 ,α = °
130 ,Ψ = ° по-прежнему излучалась волна
“О”- поляризации, но уже в режиме 9 мин “ON”,
6 мин “OFF”. Частота нагрева, исходя из
ионосферных условий, была выбрана 3.4 МГц.
Полная длительность циклов переключений
составляла 60 мин (с 01:03 до 02:03 UT).
В обеих кампаниях в качестве регистрирую-
щего устройства использовался 64-лучевый
панорамный риометр, расположенный в не-
посредственной близости от стенда HAARP
в пос. Гакона. Диаграмма направленности
этого риометра изображена на рис. 1 в коор-
динатах , .α ψ
В матричной нумерации лучей риометра
( , )m n индекс m соответствует номеру стол-
бца, отсчитываемому с востока на запад, n –
номеру строки, отсчитываемому с севера
на юг. Здесь же показан полюс мира Р и траек-
тории движения (штриховые линии) 4-х наибо-
лее интенсивных ДКИ северного полушария:
Кассиопеи А (Cas A), Лебедя А (Cyg A),
Краба А (Tau A), Девы А (Vir A). Окружность
в центре диаграммы изображает контур по
уровню половинной мощности главного лепе-
стка HAARP при его ориентации в зенитном
направлении, что имело место в эксперимен-
те 21.02.2008 г. В это время производилась
синхронная регистрация излучений источни-
ка Cas A и космического фона в четырех
центральных лучах риометра, в которых, как
можно видеть из рис. 1, выполнялись одина-
ковые условия нагрева. При этом в лучах
( 4; 5),m n= = ( 5; 5)m n= = наблюдалось пос-
ледовательное прохождение ДКИ Cas A,
в лучах ( 4; 4),m n= = ( 5; 4)m n= = синхронно
с этим регистрировался космический фон.
Окружность, отмеченная серой заливкой
и практически полностью перекрывающаяся
с лучом риометра ( 3; 5),m n= = соответст-
вует условиям нагрева 30.10.2008 г. в период
прохождения через этот луч ДКИ Cyg A.
Параметры излучения нагревного стенда
HAARP в ходе обсуждаемых измерительных
кампаний приведены в таблице.
Исследование стимулированных ионосферных мерцаний и поглощения излучения дискретных космических...
157Радиофизика и радиоастрономия, 2010, т. 15, №2
Методика обработки временных записей
интенсивности ( )I t в лучах риометра пол-
ностью совпадала с описанной в работе [7].
Единственное отличие состояло в способе
определения средней интенсивности ( ) .I t
Данная характеристика считалась постоянной
в пределах каждого интервала “ON” или “OFF”
и относилась к его центру. Затем через эти
центры проводились сглаживающие кривые,
которые можно сопоставлять вероятному по-
ведению кривых ( )I t в непрерывных режи-
мах “ON” и “OFF”.
3.1. Измерительная кампания 21.02.2008 г.
Результаты первичной обработки записей из-
лучения Cas A в этот день в луче ( 5; 5)m n= =
на временном интервале 23:10 – 24:00 UT
представлены на рис. 2, а. Синхронные ре-
Рис. 1. Диаграмма направленности панорамного ВЧ риометра (пос. Гакона, Аляска); 1 – Cas A, 2 – Cyg A,
3 – Tau A, 4 – Vir A
Таблица. Параметры излучения стенда HAARP в нагревных кампаниях 2008 г.
Дата Режим излучения Время UT Частота, МГц Поляризация Ориентация луча
21.02.2008 5 мин “ON”, 23:10–24:00 3.3 “О” 0α = ψ =
5 мин “OFF”
30.10.2008 9 мин “ON”, 01:18–02:03 3.4 “О” 24 ; 130α = ° ψ = °
6 мин “OFF”
В. Г. Безродный, О. В. Чаркина, Ю. М. Ямпольский, Б. Воткинс, К. Гровс
158 Радиофизика и радиоастрономия, 2010, т. 15, №2
зультаты для космического фона в луче
( 4; 4)m n= = приведены на рис. 2, б. Значе-
ния интенсивностей ( )I t вдоль оси ординат
отложены в относительных единицах, соот-
ветствующих отсчетам АЦП.
Рис. 3 и рис. 4 иллюстрируют радиофизичес-
кие эффекты, связанные с высокочастотным на-
гревом F-области ионосферы в тех же ре-
гистрациях 21.02.2008 г. В частности, рис. 3
демонстрирует заметный рост крутизны спек-
тральной кривой мерцаний источника, полу-
ченной усреднением по всем участкам “ОN”
на временном интервале 23:10 – 24:00 UT,
по сравнению с аналогичной кривой для ин-
тервалов “OFF”.
Этот рост очевидным образом связан
с возрастанием в период нагрева более чем
на порядок спектральных составляющих вбли-
зи частоты ~ ,Frf f обусловленных ионосфер-
ными неоднородностями френелевых масш-
табов, при неизменном уровне более высоко-
частотных компонент. Примерно в таком же
соотношении находятся и интегральные индек-
сы мерцаний 2β для режимов “ОN” и “OFF”.
Обращает на себя внимание также неизмен-
ность в процессе всего эксперимента френе-
левой частоты ( ),ON OFF
Fr Frf f= что свидетель-
ствует о постоянстве скорости поперечного
к лучу зрения движения неоднородностей
независимо от работы нагревного стенда
( ).ON OFFV V⊥ ⊥=
На рис. 4 приведена зависимость индекса
мерцаний излучения Cas A от времени в пе-
риод движения луча зрения на источник через
возмущенную область. Интервалы включения
нагрева выделены на шкале времени темной
заливкой. На рисунок нанесена также диаг-
рамма направленности нагревного стенда
HAARP, ( )( ) ,Heat SG tα = α которая может
быть использована при сопоставлении уровня
мерцаний излучения ДКИ с интенсивностью
ионосферного нагрева.
Рис. 5 иллюстрирует эффекты, возникаю-
щие под действием ВЧ нагрева в D-области
ионосферы. В частности, гистограмма и сгла-
живающая ее штриховая линия изображают
зависимость дополнительного поглощения SAΔ
излучения ДКИ Cas A от времени в процессе
движения ДКИ через нагревную область.
Пунктирной линией показан усредненный по
всем интервалам “ОN” уровень космического
фона ,BAΔ сплошной – диаграмма направлен-
ности нагревного стенда HAARP. На рисунок
нанесены также два ряда значений темпера-
тур электронов ,ON
eT рассчитанных по форму-
ле (14) для соответствующих интервалов наг-
рева. При расчете верхнего ряда в качестве
невозмущенных значений температуры элек-
тронов D-слоя ионосферы были выбраны ве-
личины 200OFF
eT = K, нижнего – 300 K. При
определении поправочного множителя Q
на основании соотношения (11) входящие
в него параметры были оценены следующими
Рис. 2. Результаты первичной обработки времен-
ных записей излучения ДКИ Cas A (а) и космичес-
кого фона (б) в наблюдениях 21.02.2008 г.
Исследование стимулированных ионосферных мерцаний и поглощения излучения дискретных космических...
159Радиофизика и радиоастрономия, 2010, т. 15, №2
Рис. 3. Спектры мерцаний излучения ДКИ Cas A, усредненные по “ОN” (а) и “OFF” (б) интервалам актив-
ности нагревного стенда в наблюдениях 21.02.2008 г., 23:10–24:00 UT, луч ( m 5;= n 5)=
Рис. 4. Зависимость индекса мерцаний излучения
ДКИ Cas A от времени в наблюдениях 21.02.2008 г.
Интервалы нагрева выделены на шкале времени
темной заливкой
Рис. 5. Зависимость величины дополнитель-
ного поглощения излучения ДКИ Cas A от времени
в наблюдениях 21.02.2008 г.
В. Г. Безродный, О. В. Чаркина, Ю. М. Ямпольский, Б. Воткинс, К. Гровс
160 Радиофизика и радиоастрономия, 2010, т. 15, №2
величинами: 5 ,α = ° 10 ,jα = ° 0,jψ −ψ =
(5 , 0) 0.6,jG ° = 0.1.cross jΔΩ ΔΩ =
Как можно видеть из рисунка, кривая SAΔ
пересекает уровень BAΔ в области зенитных
углов, близких к ,α что находится в хорошем
согласии с теоретическими предпосылками
раздела 2. Обращает на себя внимание также
достаточно высокий уровень дополнительного
поглощения космического фона, 0.312.BAΔ ≈
Это значение значительно превышает теоре-
тические оценки работ [2, 3] и тем более экс-
периментальные [4]. Наиболее вероятная при-
чина такого различия состоит в том, что бла-
годаря введению поправочного множителя Q
наша оценка характеризует истинное среднее
поглощение в области ионосферного нагрева,
формируемой пересечением диаграмм направ-
ленностей нагревного стенда и приемной ан-
тенны. Оценки же [2-4] характеризуют так
называемое риометрическое поглощение,
среднее по полному телесному углу луча рио-
метра, в общем случае значительно превы-
шающему область его пересечения с зоной
ионосферного нагрева.
3.2. Измерительная кампания 30.10.2008 г.
Результаты первичной обработки записей
излучения ДКИ Cyg A в этот день в луче
( 3; 5)m n= = на временном интервале 01:03 –
02:03 UT представлены на рис. 6. В отличие
от измерительной кампании 21.02.2008 г. выб-
ранная в этом цикле измерений ориентация луча
стенда HAARP не позволяла производить
синхронные регистрации нагревных эффектов
по космическому фону.
Рис. 7 иллюстрирует модификацию спект-
ров мерцаний излучения Cyg A, обусловленную
высокочастотным нагревом F-области ионос-
феры. Обращает на себя внимание тот факт,
что в этот день, в отличие от 21.02.2008 г., кру-
тизна спектральных кривых, а также спект-
ральные плотности на френелевых частотах
в периоды включений стенда слабо отли-
чаются от своих значений в отсутствие нагрева.
Основной результат модификации проявляется
в увеличении частоты френелевых мерцаний
( ),ON OFF
Fr Frf f> т. е. в возрастании поперечной
к лучу зрения составляющей скорости дви-
жения неоднородностей ( ).ON OFFV V⊥ ⊥> Это
в свою очередь приводит к росту индекса мер-
цаний примерно в 1.5 раза за счет усиления
вклада неоднородностей с масштабами боль-
ше френелевого.
Гистограмма и сглаживающая кривая
на рис. 8 демонстрируют зависимость допол-
нительного поглощения SAΔ излучения ДКИ
Cyg A в процессе прохождения луча зрения
на источник через область ВЧ нагрева в ниж-
ней ионосфере. Сплошной кривой изображена
диаграмма направленности нагревного стенда
HAARP. На столбцах гистограммы приве-
дены также два ряда значений температур элект-
ронов ,ON
eT рассчитанных по формуле (14)
для соответствующих интервалов нагрева. Как
и на рис. 5, верхний ряд отвечает невоз-
мущенным значениям температуры элект-
ронов D-слоя ионосферы 200OFF
eT = К, ниж-
ний – 300 К.
Можно видеть, что эффекты модификации
нижней ионосферы в этом цикле измерений
выражены заметно слабее и проявляются лишь
в узкой окрестности максимума диаграммы
направленности нагревного стенда.
Слабость эффектов модификации верх-
ней ионосферы в измерительной кампании
30.10.2008 г. по сравнению с кампанией
21.02.2008 г. обусловлена, вероятнее всего,
существенным отклонением луча нагревного
стенда от вертикали и от магнитного зенита.
Этот результат может рассматриваться в ка-
Рис. 6. Результаты первичной обработки времен-
ных записей излучения ДКИ Cyg A в наблюдениях
30.10.2008 г.
Исследование стимулированных ионосферных мерцаний и поглощения излучения дискретных космических...
161Радиофизика и радиоастрономия, 2010, т. 15, №2
честве определенного подтверждения теоре-
тических моделей (см., обзор [13]) эффектив-
ности развития нагревной турбулентности
в гиротропной верхней ионосфере. Что каса-
ется ослабления воздействия нагревного из-
лучения на нижнюю ионосферу, то оно может
объясняться тем, что при наклонном падении
мощной волны ее поглощение происходит
в большей оптической толще, чем при верти-
кальном. Это в свою очередь приводит к менее
эффективному нагреву электронов D-слоя.
4. Выводы
Таким образом, целенаправленные экспе-
рименты по радиопросвечиванию ионосферы
излучением дискретных космических источ-
ников с использованием в качестве приемного
устройства панорамного ВЧ риометра позво-
ляют диагностировать искусственные возму-
щения, возникающие под действием мощного
Рис. 7. Спектры мерцаний излучения ДКИ Cyg A, усредненные по “ОN” (а) и “OFF” (б) интервалам актив-
ности нагревного стенда в наблюдениях 30.10.2008 г., 00:57–02:03 UT, луч ( m 3;= n 5)=
Рис. 8. Зависимость величины дополнительного
поглощения излучения ДКИ Cyg A от времени в на-
блюдениях 30.10.2008 г.
В. Г. Безродный, О. В. Чаркина, Ю. М. Ямпольский, Б. Воткинс, К. Гровс
162 Радиофизика и радиоастрономия, 2010, т. 15, №2
электромагнитного нагрева как в нижней, так
и верхней ионосфере. Основные выводы про-
веденного нами исследования состоят в сле-
дующем.
1. В нижней ионосфере на высотах D-слоя
во время сеансов нагрева средняя интенсив-
ность излучения ДКИ претерпевает дополни-
тельное поглощение, которое является след-
ствием увеличения температуры электронов,
приводящего к росту частоты их соударения
с нейтралами. В предположении о неизменнос-
ти электронной концентрации в области нагре-
ва по измерению дополнительного поглоще-
ния удается оценить возрастание электронной
температуры внутри возмущенной области
вдоль траектории движения ДКИ по небесной
сфере. Учитывая высокоширотное расположе-
ние нагревного стенда HAARP и совмещен-
ного с ним панорамного ВЧ риометра, измере-
ния дополнительного поглощения и оценки эф-
фектов нагрева D-области можно проводить
систематически, используя диагностическое
излучение наиболее мощных ДКИ северного
неба Cas A и Cyg A. Для проведения таких
экспериментов необходимо синхронизировать
время нагрева с интервалом прохождения ДКИ
через выбранный луч диаграммы направлен-
ности панорамного риометра, ориентировав при
этом антенну нагревного стенда в направлении
пересечения этим лучом высот D-области.
Поскольку траектории движения источников по
небесной сфере точно известны для любых
времен года и суток, подходящие для таких
измерений сеансы нагрева легко совмещать
с программами других экспериментов по мо-
дификации ионосферы.
2. Исследуя эффект мерцаний излучения
ДКИ на стимулированной плазменной турбу-
лентности верхней ионосферы, можно диагности-
ровать пространственно-временные характерис-
тики неоднородностей френелевых масштабов
(~1 км) на высотах F-слоя. Мощное электро-
магнитное воздействие на этих высотах прояв-
ляется в росте интенсивности неоднороднос-
тей, “укручении” их пространственного спект-
ра, а в ряде случаев приводит и к увеличению
скорости их движения. Многолепестковая диаг-
рамма направленности панорамного риометра
позволяет по одновременной регистрации излу-
чения нескольких пространственно-разнесен-
ных ДКИ сопоставлять характеристики ионос-
ферных неоднородностей в невозмущенной
и искусственно модифицированной ионосфере.
3. Систематический непрерывный монито-
ринг эффекта мерцаний излучения ДКИ с по-
мощью ВЧ риометра независимо от нагревных
кампаний дает возможность контролировать
природные вариации ионосферных неоднород-
ностей в высокоширотной ионосфере, не прибе-
гая к спутниковым и радарным методам.
Авторы считают своим приятным долгом
поблагодарить В. Г. Галушко за полезные со-
веты и дискуссии при интерпретации результа-
тов, а также А. С. Кащеева за участие в обра-
ботке данных риометрических наблюдений.
Статья подготовлена в соответствии с плана-
ми ведомственной НИР РИ НАН Украины
“Ятаган” и Договором (от 07.07.2008 г.) о науч-
ном сотрудничестве между Радиоастрономи-
ческим институтом НАН Украины и Геофи-
зическим институтом Аляскинского универ-
ситета (г. Фейербэнкс). Работы частично под-
держаны также финансированием по НИР
“Шпицберген”, выполняемой по Постановле-
нию Бюро Президиума НАН Украины № 360
от 28.12. 2007 г., и партнерским проектом
НТЦУ Р-330.
Литература
1. D. L. Detrick, and T. J. Rosenberg. A phased-array
radiowave imager for studies of cosmic noise absorp-
tion // Radio Sci. – 1990. – Vol. 25. – P. 325-338.
2. А. Б. Пашин, А. Л. Котиков, М. Л. Пудовкин.
Численное моделирование аврорального поглоще-
ния в искусственно возмущенной ионосфере // Гео-
магнетизм и аэрономия. – 2003. – T. 43. – С. 59-62.
3. С.-F. Enell, A. Kero, E. Turunen, Th. Ulich, P. T. Ver-
ronen, A. Seppala, S. Marple, F. Honary, and A. Senior.
Effects of D-region heating studied with the Sodankyla
Ion Chemistry model // Ann. Geophys. – 2005. –
Vol. 23. – P. 1575-1583.
4. A. Kero, С.-F. Enell, Th. Ulich, E. Turunen, M. T. Riet-
veld, and F. H. Honary. Statistical signature of active
D-region HF heating in IRIS riometer data from 1994-
2004 // Ann. Geophys. – 2007. – Vol. 25. – P. 407-415.
5. F. H. Honary, S. Marple, and A. Kavanagh. Heater-
induced Scintillation // Proc. of 20th Anniversary Sym-
posium on Ionospheric Interactions in TromsØ,
Исследование стимулированных ионосферных мерцаний и поглощения излучения дискретных космических...
163Радиофизика и радиоастрономия, 2010, т. 15, №2
EISCAT Scientific Association. – Ramfjordmoen (Nor-
way). – 2000.
6. В. Г. Безродный, Б. Воткинс, В. Г. Галушко, К. Гровс,
А. С. Кащеев, О. В. Чаркина, Ю. М. Ямпольский.
Наблюдение ионосферных мерцаний дискретных
космических источников с помощью панорамно-
го ВЧ риометра // Радиофизика и радиоастроно-
мия. – 2007. – Т. 12, №3. – С. 242-260.
7. V. G. Bezrodny, О. V. Charkina, V. G. Galushko, К. Gro-
ves, А. S. Kashcheyev, B. Watkins, Y. М. Yampolski,
and Y. Мurayama. Application of an imaging HF riome-
ter for the observation of scintillations of discrete cos-
mic sources // Radio Sci. – 2008. – Vol. 43, RS 6007,
doi:10.1029/2007RS003721.
8. K. Davies. Ionospheric radio. – London: Peter Pere-
grinus LTD, 1989. – 580 p.
9. R. K. Crane. Ionospheric Scintillation // Proc. IEEE. –
1977. – Vol. 65, No. 2. – P. 180-204.
10. V. P. Bovkoon, I. N. Zhouck. Scintillations of cosmic
radio sources in the decametre waveband // Astro-
phys. Space Sci. – 1981. – Vol. 79. – P. 165-180.
11. Б. Н. Гершман, Л. М. Ерухимов, Ю. Я. Яшин. Вол-
новые явления в ионосферной и космической плаз-
ме. – М.: Наука, 1984. – 392 с.
12. С. М. Рытов, Ю. А. Кравцов, В. И. Татарский. Вве-
дение в статистическую радиофизику. Часть 2. –
М.: Наука, 1978. – 463 с.
13. А. В. Гуревич. Нелинейные явления в ионосфе-
ре // УФН. – 2007. –Т. 177, №11. – С. 1145-1177.
Дослідження стимульованих
іоносферних мерехтінь та поглинання
випромінювання дискретних
космічних джерел за допомогою
панорамного ВЧ ріометра
В. Г. Безродний, О. В. Чаркіна,
Ю. М. Ямпольський, Б. Воткінс,
К. Гровс
Розглядаються ефекти посилення дисипа-
тивного поглинання та зростання інтенсивності
мерехтінь випромінювання дискретних кос-
мічних джерел (ДКД) у полярній іоносфері,
модифікованій потужним ВЧ нагріванням. Дос-
лідження виконано на частоті 38 МГц з вико-
ристанням 64-променевого панорамного ріо-
метру, розташованого на Алясці поряд з наг-
рівним стендом HAARP. Обговорено резуль-
тати двох спеціальних нагрівних кампаній,
лютого та жовтня 2008 р., у перебігу яких штучно
збурена іоносферна область просвічувалася вип-
ромінюванням двох найпотужніших ДКД
північного неба – Кассіопеї А та Лебедя А.
Проаналізовано особливості мерехтінь ДКД
на природних та штучних плазмових неодно-
рідностях френелевих масштабів F-шару ав-
роральної іоносфери. Визначено енергетичні
спектри таких мерехтінь, що дозволило відно-
вити характерні параметри неоднорідностей
та поперечні до напрямку на джерело швид-
кості їх руху. Оцінено додаткове поглинання
випромінювання ДКД та зростання електрон-
ної температури у D-шарі іоносфери, стиму-
льовані роботою потужного нагрівного стенду.
Stimulated Ionospheric Scintillations
and Absorption of Discreet Cosmic
Sources Radiation Investigated
with an Imaging HF Riometer
V. G. Bezrodny, O.V. Charkina,
Y. M. Yampolski , B. Watkins,
and K. Groves
The effects of enhanced dissipative absorption
and increase of scintillation intensity for discreet
cosmic sources (DCS) radiation in the polar iono-
sphere modified by the powerful HF heating have
been considered. The investigations have been
performed at 38 MHz with the use of the 64-beam
riometer located at Alaska in immediate proximity
to the HAARP heater. The results of two special
heating campaigns of February and October 2008
when the artificially disturbed ionosphere domain
was penetrated by the radiation from the two most
powerful in the northern sky DCSs, namely Cas-
siopeia A and Cygnus A, have been discussed. The
characteristic features of DCS scintillations induced
by natural and artificial inhomogeneities of a Fresnel
size in the F-layer of the polar ionosphere have
been analyzed. The power spectra of the scintilla-
tions have been determined. They allowed recov-
ering the characteristic parameters of the referred
inhomogeneities and their motion velocity trans-
verse to the source direction. The additional ab-
sorption of DCS radiation and the electron temper-
ature increase in the D-region due to a powerful
heater operation are estimated.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100108 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1027-9636 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:22:55Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Радіоастрономічний інститут НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Безродный, В.Г. Чаркина, О.В. Ямпольский, Ю.М. Воткинс, Б. Гровс, К. 2016-05-16T15:01:11Z 2016-05-16T15:01:11Z 2010 Исследование стимулированных ионосферных мерцаний и поглощения излучения дискретных космических источников с помощью панорамного ВЧ риометра / В.Г. Безродный, О.В. Чаркина, Ю.М. Ямпольский, Б. Воткинс, К. Гровс // Радиофизика и радиоастрономия. — 2010. — Т. 15, № 2. — С. 151-163. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 1027-9636 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100108 537.876.23: 551.510.535 Рассмотрены эффекты усиления диссипативного поглощения и роста интенсивности мерцаний излучения дискретных космических источников (ДКИ) в полярной ионосфере, модифицированной мощным ВЧ нагревом. Исследования проведены на частоте 38 МГц с использованием 64-лучевого панорамного риометра, расположенного на Аляске в непосредственной близости от нагревного стенда HAARP. Обсуждены результаты двух специальных нагревных кампаний, февраля и октября 2008 г., в ходе которых искусственно возмущенная ионосферная область просвечивалась излучением двух наиболее мощных ДКИ северного неба – Кассиопеи А и Лебедя А. Проанализированы особенности мерцаний ДКИ на естественных и искусственных плазменных неоднородностях френелевых масштабов F-слоя авроральной ионосферы. Определены энергетические спектры мерцаний, позволившие восстановить характерные параметры неоднородностей и поперечные к направлению на источник скорости их движения. Оценены дополнительное поглощение излучения ДКИ и возрастание электронной температуры в D-слое ионосферы, стимулированные работой мощного нагревного стенда. Розглядаються ефекти посилення дисипативного поглинання та зростання інтенсивності мерехтінь випромінювання дискретних космічних джерел (ДКД) у полярній іоносфері, модифікованій потужним ВЧ нагріванням. Дослідження виконано на частоті 38 МГц з використанням 64-променевого панорамного ріометру, розташованого на Алясці поряд з нагрівним стендом HAARP. Обговорено результати двох спеціальних нагрівних кампаній, лютого та жовтня 2008 р., у перебігу яких штучно збурена іоносферна область просвічувалася випромінюванням двох найпотужніших ДКД північного неба – Кассіопеї А та Лебедя А. Проаналізовано особливості мерехтінь ДКД на природних та штучних плазмових неоднорідностях френелевих масштабів F-шару авроральної іоносфери. Визначено енергетичні спектри таких мерехтінь, що дозволило відновити характерні параметри неоднорідностей та поперечні до напрямку на джерело швидкості їх руху. Оцінено додаткове поглинання випромінювання ДКД та зростання електронної температури у D-шарі іоносфери, стимульовані роботою потужного нагрівного стенду. The effects of enhanced dissipative absorption and increase of scintillation intensity for discreet cosmic sources (DCS) radiation in the polar ionosphere modified by the powerful HF heating have been considered. The investigations have been performed at 38 MHz with the use of the 64-beam riometer located at Alaska in immediate proximity to the HAARP heater. The results of two special heating campaigns of February and October 2008 when the artificially disturbed ionosphere domain was penetrated by the radiation from the two most powerful in the northern sky DCSs, namely Cassiopeia A and Cygnus A, have been discussed. The characteristic features of DCS scintillations induced by natural and artificial inhomogeneities of a Fresnel size in the F-layer of the polar ionosphere have been analyzed. The power spectra of the scintillations have been determined. They allowed recovering the characteristic parameters of the referred inhomogeneities and their motion velocity transverse to the source direction. The additional absorption of DCS radiation and the electron temperature increase in the D-region due to a powerful heater operation are estimated. Авторы считают своим приятным долгом поблагодарить В. Г. Галушко за полезные советы и дискуссии при интерпретации результатов, а также А. С. Кащеева за участие в обработке данных риометрических наблюдений. Статья подготовлена в соответствии с планами ведомственной НИР РИ НАН Украины “Ятаган” и Договором (от 07.07.2008 г.) о научном сотрудничестве между Радиоастрономическим институтом НАН Украины и Геофизическим институтом Аляскинского университета (г. Фейербэнкс). Работы частично поддержаны также финансированием по НИР “Шпицберген”, выполняемой по Постановлению Бюро Президиума НАН Украины № 360 от 28.12. 2007 г., и партнерским проектом НТЦУ Р-330. ru Радіоастрономічний інститут НАН України Радиофизика и радиоастрономия Радиофизика геокосмоса Исследование стимулированных ионосферных мерцаний и поглощения излучения дискретных космических источников с помощью панорамного ВЧ риометра Дослідження стимульованих іоносферних мерехтінь та поглинання випромінювання дискретних космічних джерел за допомогою панорамного ВЧ ріометра Stimulated Ionospheric Scintillations and Absorption of Discreet Cosmic Sources Radiation Investigated with an Imaging HF Riometer Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование стимулированных ионосферных мерцаний и поглощения излучения дискретных космических источников с помощью панорамного ВЧ риометра Безродный, В.Г. Чаркина, О.В. Ямпольский, Ю.М. Воткинс, Б. Гровс, К. Радиофизика геокосмоса |
| title | Исследование стимулированных ионосферных мерцаний и поглощения излучения дискретных космических источников с помощью панорамного ВЧ риометра |
| title_alt | Дослідження стимульованих іоносферних мерехтінь та поглинання випромінювання дискретних космічних джерел за допомогою панорамного ВЧ ріометра Stimulated Ionospheric Scintillations and Absorption of Discreet Cosmic Sources Radiation Investigated with an Imaging HF Riometer |
| title_full | Исследование стимулированных ионосферных мерцаний и поглощения излучения дискретных космических источников с помощью панорамного ВЧ риометра |
| title_fullStr | Исследование стимулированных ионосферных мерцаний и поглощения излучения дискретных космических источников с помощью панорамного ВЧ риометра |
| title_full_unstemmed | Исследование стимулированных ионосферных мерцаний и поглощения излучения дискретных космических источников с помощью панорамного ВЧ риометра |
| title_short | Исследование стимулированных ионосферных мерцаний и поглощения излучения дискретных космических источников с помощью панорамного ВЧ риометра |
| title_sort | исследование стимулированных ионосферных мерцаний и поглощения излучения дискретных космических источников с помощью панорамного вч риометра |
| topic | Радиофизика геокосмоса |
| topic_facet | Радиофизика геокосмоса |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100108 |
| work_keys_str_mv | AT bezrodnyivg issledovaniestimulirovannyhionosfernyhmercaniiipogloŝeniâizlučeniâdiskretnyhkosmičeskihistočnikovspomoŝʹûpanoramnogovčriometra AT čarkinaov issledovaniestimulirovannyhionosfernyhmercaniiipogloŝeniâizlučeniâdiskretnyhkosmičeskihistočnikovspomoŝʹûpanoramnogovčriometra AT âmpolʹskiiûm issledovaniestimulirovannyhionosfernyhmercaniiipogloŝeniâizlučeniâdiskretnyhkosmičeskihistočnikovspomoŝʹûpanoramnogovčriometra AT votkinsb issledovaniestimulirovannyhionosfernyhmercaniiipogloŝeniâizlučeniâdiskretnyhkosmičeskihistočnikovspomoŝʹûpanoramnogovčriometra AT grovsk issledovaniestimulirovannyhionosfernyhmercaniiipogloŝeniâizlučeniâdiskretnyhkosmičeskihistočnikovspomoŝʹûpanoramnogovčriometra AT bezrodnyivg doslídžennâstimulʹovanihíonosfernihmerehtínʹtapoglinannâvipromínûvannâdiskretnihkosmíčnihdžerelzadopomogoûpanoramnogovčríometra AT čarkinaov doslídžennâstimulʹovanihíonosfernihmerehtínʹtapoglinannâvipromínûvannâdiskretnihkosmíčnihdžerelzadopomogoûpanoramnogovčríometra AT âmpolʹskiiûm doslídžennâstimulʹovanihíonosfernihmerehtínʹtapoglinannâvipromínûvannâdiskretnihkosmíčnihdžerelzadopomogoûpanoramnogovčríometra AT votkinsb doslídžennâstimulʹovanihíonosfernihmerehtínʹtapoglinannâvipromínûvannâdiskretnihkosmíčnihdžerelzadopomogoûpanoramnogovčríometra AT grovsk doslídžennâstimulʹovanihíonosfernihmerehtínʹtapoglinannâvipromínûvannâdiskretnihkosmíčnihdžerelzadopomogoûpanoramnogovčríometra AT bezrodnyivg stimulatedionosphericscintillationsandabsorptionofdiscreetcosmicsourcesradiationinvestigatedwithanimaginghfriometer AT čarkinaov stimulatedionosphericscintillationsandabsorptionofdiscreetcosmicsourcesradiationinvestigatedwithanimaginghfriometer AT âmpolʹskiiûm stimulatedionosphericscintillationsandabsorptionofdiscreetcosmicsourcesradiationinvestigatedwithanimaginghfriometer AT votkinsb stimulatedionosphericscintillationsandabsorptionofdiscreetcosmicsourcesradiationinvestigatedwithanimaginghfriometer AT grovsk stimulatedionosphericscintillationsandabsorptionofdiscreetcosmicsourcesradiationinvestigatedwithanimaginghfriometer |