Структуры полей в ионосфере

Переходя к обсуждению структуры полей в ионосфере, отметим одну особенность, вытекающую из уравнения Максвелла для анизотропной ионосферы kr𝛞_r = ∑_s=1 v_sE_φs. Так как собственные значения радиального оператора удовлетворяют условию |v_s| ≈ ka и r ≈ a, из этого уравнения следует, что для всех высот 𝛞_r ≈ Е_φ. Для СНЧ диапазона в области, где свойства ионосферы близки к свойствам свободного пространства, аналогичные соотношения можно получить для компонент Е_r ≈ 𝛞 _φ .

Для иллюстрации поведения полей приведем значения модулей компонент электрического и магнитного полей, создаваемых наземными диполями в ионосфере на высотах Н = 50 — 500 км, отсчитанных от поверхности Земли. Для описания свойств ионосферы были использованы дневная и ночная летние модели электронной концентрации [8]. Эффективные частоты соударений описывались профилями из работ [9] на высотах до 120 км и [10] — от 120 до 500 км. Протяженность трассы вдоль поверхности Земли 3330 км. Диапазон частот 5 — 15 кГц. Координаты источника 60° с.ш., 30° в.д., координаты приемника 30° с.ш., 30° в.д. Компоненты геомагнитного поля Н_or=-0,47Э ,|H_oθ|=0,15Э ,|Н_oφ| = 1,2 • 10^-3Э.

Рис. 3. Зависимости 𝛞 _ɛ (H) для mθ диполя, H = 80 – 200 км, ночь, 10кГц

Результаты соответ­ствуют токовым моментам 10⁴ A-м для электрических диполей и 10⁸ A-м² — для магнитных и приводятся в виде модулей компонент напряженностей электрического Е_ɛ и магнитного 𝛞_ɛ полей в мкВ/м.

На рис. 1 (а, б) представлены дневные зависимости E_ɛ(Н) и 𝛞_ɛ (Н) для магнитного источника, ориентированного по орту _θ для частоты f = 10 кГц. Как видно модули касательных компонент электрического поля (рис. 1 а), как и модули касательных компонет магнитного поля (рис. 1 б) начинают сближаться, начиная с Н ≈ 75 км. Уже на высоте 87 км относительное отличие компонент ≈ 5%. С увеличением высоты это значение уменьшается.

Рис. 4. Частотные зависимости для тθ диполя. День, ночь, Н = 80 — 500 км

Отметим так же совпадение в рассматриваемой области 𝛞_r ≈E_φ , а на высотах 50—65 км совпадение E_r ≈𝛞_φ.

Аналогичные зависимости 𝛞_Ɛ (Н) для ночной ионосферы приведены на рис. 2. В ночной ионосфере область сближения модулей касательных компонет полей обладает большей по сравнению с дневной протяженностью. Относительное отличие модулей касательных компонент достигает величины, не превышающей 5%, лишь на высотах Н > 185 км.

Частотные зависимости модулей касательных компонент Е_θ,φ приведены на (рис. 3 а, б) для дневной и ночной ионосферы. Дневные зависимости (рис. 3 а) для всех высот имеют слабо выраженный максимум в окрестности f ≈9 кГц. В ночных условиях (рис. 3 б) на частотах примерно больших f ≈ 7 - 10 кГц зависимости |Е_θ,φ| начинают осциллировать, что объясняется включением второй нормальной волны. На частоте f ≈12 кГц наблюдается минимум, обусловленный сменой ведущих мод.

Заключение Списсок Литературы

1. Макаров Г. И., Новиков В. В., Рыбачек С. Т. Распространение радиоволн в волноводном канале Земля-ионосфера и в ионосфере.— М. Наука. 1993.

2. http://www.radioscanner.ru/info/article60

3. Rybachek S. T., Ivanov V. I. and Senina V. L. Ionospheric fields excited by sources located in the Earth-ionosphere irregular waveguide. //JSATP. 1997. Vol. 59(1). P. 139-149.

4. Rybachek S. T. Radiowave propagation from antennae at satellite altitudes into the Earth-ionos­phere waveguide. //JATP. 1995. Vol. 57(3). P. 303-309.

5. Рыбачек С. Т. Возбуждение волновода Земля-ионосфера ОНЧ-излучателями, расположен­ными в нижней ионосфере и на спутниковых высотах.// Проблемы космических исследований. 1999. Т. 4(1). С. 53-70.

6. Borisov N., Chmyrev V., Rybachek S. A new ionospheric mechanism of electromagnetic ELF precursors to earthquakes.//jSATP. 2001. Vol. 63(1). Р. 3-10.

7. Budden K. G. Radiowaves in the ionosphere. — Cambridge Univ. Press. 1961.

8. Гинзбург В. Л., Распространение электромагнитных волн а плазме. .— М. Наука. 1967.

9. Rawer K., Bilitza. and Ramakrishnan S. Goals and status of the international reference ionosphere.// Rev. Geophys. and Space Phys.1978. Vol.16. P. 177-181.

10. COSPAR International Reference Atmosphere. — Berlin. Academic Verlag. 1972.

11. Фаткуллин М. Н., Зеленова Т. И. и др. Эмпирические модели среднеширотной ионосферы. — М. Наука. 1981.

17