книги из ГПНТБ / Альперт, Я. Л. Волны и искусственные тела в приземной плазме

156 гл . III. ВОЛНЫ И КОЛЕБАНИЯ В ПРИЗЕМНОЙ ПЛАЗМЕ

[104]). Красным цветом авторы регистрируют волны, при­ ходящие сверху вниз, зеленым — приходящие снизу. На указанной сонограмме направление прихода волн из­ менилось в определенный момент времени. Первоначально волны распространялись сверху вниз, а затем снизу вверх. Это произошло, когда высота ИСЗ уменьшилась от значе­ ния z — 2480 км до z = 2464 км. При этом остались почти неизменными верхняя и нижняя границы частот излуче­ ния, однако проявилась сильнее дискретная его структу­ ра — хоры. Не исключено, что изменение направления прихода этих волн связано с тем, что ИСЗ пересекал об­ ласть их генерации. Понимание этого явления требует, однако, дальнейших исследований.

Интересно здесь указать, что отражение приходящих сверху электронных волн (свистящих атмосфериков) на частоте о>с, лежащей между гирочастотами протонов и ге­ лия, которой соответствует значение п2 (юс) = 0, наблю­ далось на ИСЗ «OGO-2» и «OGO-4» (рис. 60, Muzzio [105]).

Таким образом, по-видимому, в тех случаях, когда оба мода (электронная и ионная волны) не взаимодействуют между собой (см., например, Rodriguez, Gurnett [106]),

свистящие атмосферики не проходят через ионосферу и возвращаются обратно. Возможно, что этим и объясняет­ ся тот факт, что число регистрируемых на ИСЗ свистящих атмосфериков в противоположном источнику полушарии значительно превышает число свистков, наблюдаемых од­

новременно около земной поверхности под ИСЗ (Gurnett, O’Brien [107]).

Как уже указывалось выше, УНЧ излучение типа ши­ пения представляет собой пакет электронных волн и рас­ пространяется как свистовой (электронный) мод (см. рис. 1 и 4). Одновременные измерения магнитной и элект­ рической их составляющих показали, что это действитель­ но поперечные волны (к0_[_Е, Н), связанные вытекающим из уравнения Максвелла соотношением

В работе [108] это положение иллюстрируется примером,

уменьшается, когда со —>- сос, то в области отражения вол­ ны увеличивается плотность ее энергии, что усиливает указанный эффект. Соответствующая сонограмма, иллю­ стрирующая это явление, заимствована из [107] и пока­ зана на рис. 61. Поле регистрировалось в этих опытах на электрическую и магнитную антенны.

В заключение параграфа кратко рассмотрим резуль­ таты наблюдений интересного вида узкополосного излу­ чения, которое регистрировалось спорадически в переход­ ной зоне приземной плазмы (Magnetosheath) на расстоя­ ниях от Земли в 10—15 R 0 (Smith, Holzer, Russell [167]).

Эти же волны, по-видимому, наблюдались также на вы­ сотах z 3000 км в полярной ионосфере и описаны не­ давно (Gurnett, Frank [168]). Рассматриваемое излучение было названо УНЧ шумами и, как пишут авторы [167], по установившейся традиции согласно звуковому восприя­ тию этого излучения оно названо «ревом льва» (lion’s roar). Согласно используемой в настоящей книге класси­ фикации, а также по физическому характеру распрост­ ранения и структуры этих волн, как это видно ниже, они более соответствуют резонансной области и свойствам СНЧ или НЧ волн (см. § 3). Мы, однако, приводим соответ­ ствующие результаты в этом разделе, следуя терминоло­ гии авторов работ [167] и [168], тем более, что из-за крат­ кости изложения ожидаемые механизмы возбуждения этих волн здесь не рассматриваются.

На ИСЗ «OGO-5» в переходной области взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой Земли выше границы магнитопаузы при каждом пересечении ИСЗ этой области плазмы регистрировались с помощью магнитной антенны (рамки) волны в узком диапазоне частот fs ж 50 -г- 200 гц с центральной частотой порядка 100 гц. Образец соответ­ ствующей сонограммы показан на рис. 62, а. Амплитуда этого излучения достигала десятых долей гаммы, и оно продолжалось от доли секунды до нескольких десятков секунд. Авторы [167] полагают, что это поперечные элект­ ромагнитные волны свистового мода, распространяющиеся в переходной зоне. Поскольку на рассматриваемых рас­

то это, действительно, электронные СНЧ или даже НЧ

волны и они соответствуют диапазону частот резонансной ветви (0) холодной плазмы (см. рис. 1, 2, 3) или ветви сох (0) неизотермической плазмы (см. рис. 5, 6). Однако в указанных опытах одновременно не измерялись элект­ рическая компонента поля и электронная концентрация. Поэтому нет возможности проверить более точно с по­ мощью (III.9) и приводимых ниже формул (III.21) и (III.22), что это действительно поперечные волны. Мы не касаемся здесь механизмов возбуждения этих волн, об­ суждаемых в [167], а также и другие возможности объяс­ нения этого типа излучения. Необходимо, однако, от­ метить, что при дальнейшем анализе происхождения этих волн нельзя опускать то обстоятельство, что они могут возбуждаться первоначально как продольные волны. Ес­ тественно поэтому, что наряду с вопросом о механизме их генерации возникает вопрос о механизме их трансфор­ мации в поперечные волны. Последний вопрос становится особенно актуальным при обсуждении результатов опы­ тов на ИСЗ «Инжун-5». В этих опытах в узкой области широт (несколько градусов), в полярной зоне (на инвари­ антных широтах в 70—80 градусов) регистрировалось узкополосное излучение в области частот /8 ^ 100— 300 гц. Образец соответствующей сонограммы показан на рис. 62, б, где также приводятся значения напряженно­ сти магнитного поля Н. Ширина полосы наблюденных в [168] волн обычно не превышала 100 гц. Продолжитель­ ность излучения изменялась в различных случаях от не­ скольких секунд до нескольких десятков секунд. Одно­ временно производились в этих опытах измерения Е и Н. Они изменялись в следующих пределах: Е-х. З ч -Ю мв/м и Н ^ 10 ч - 30 мг. Авторы [168], сравнивая получен­ ные ими данные с результатами работы [167], предпо­ лагают, что ими регистрировались волны типа «рев льва», описанные в [167]. Эти волны захватывались в открытые концы линий магнитного поля Земли Н0, которые обра­ зуются в этой области магнитосферы. Распространяясь вдоль Н0 и гидируясь продолговатыми неоднородностя­ ми, волны достигают в полярной зоне высот z< ; 3000 км. В этом случае происходит почти чисто продольное расп­ ространение 0 sr; 0, описываемое электронной ветвью щ (см. рис. 4). Поэтому, несмотря на то, что частота fs по­ степенно становится меньше гирочастоты ионов в ионо­

162 ГЛ. III. ВОЛНЫ И КОЛЕБАНИЯ В ПРИЗЕМНОЙ ПЛАЗМЕ

сфере, волны могут не обрезаться при значениях п\ — О на частотах со Q# (рис. 4). В этих опытах измерялись обе компоненты поля (Е и Н), однако уверенно невозмож­ но доказать, что они точно удовлетворяют соотношениям (III .9) и приведенным ниже (III.21) и (III.22) для попереч­ ных волн, так как отсутствуют данные об электронной концентрации и магнитном поле для конкретных случаев наблюдений. Оценки, которые можно сделать по опубли­ кованным данным, дают несколько заниженные значения коэффициента преломления п.

Несомненно, что дальнейшие исследования описанно­ го типа излучения далеких окраин приземной плазмы представляют большой интерес, особенно если иметь в виду поиски более уверенного теоретического его объяс­ нения. Представляется интересным провести эксперимен­ тальный анализ тонкой структуры этого излучения ана­

В магнитосфере и переходной зоне приземной плазмы на рамочную (магнитную) антенну регистрировалось так­ же широкополосное излучение, которое, как предполагают авторы, представляет собой распространяющиеся в плаз­ ме поперечные волны. В УНЧ диапазоне частот, а именно,

при 0,3 гц на ИСЗ «Пионер-5» соответствующие из­

мерения проводились на расстояниях от центра Земли

5,2 -т- 15,4 R 0 (Coleman [184]). В опытах на ИСЗ «OGO-1» (Smith, Holzer, McLeod, Russel [185]) широкополосное излучение, по-видимому, также представляющее попереч­ ные волны, наблюдалось на рамочную антенну в более широком диапазоне частот, а именно, при ш/2 я = 1 -4- 300 гц. В условиях этих опытов нижняя граница диа­ пазона частот порядка QH, а верхняя много больше ниж­ ней гибридной частоты юх, и уже становится порядка ги­ рочастоты электронов сод. Таким образом, в этих опытах одновременно наблюдались УНЧ, СНЧ и НЧ волны. Ин­ тересно, что плотность энергии этих волн изменялась в зависимости от частоты как со-3.

Широкополосное излучение только УНЧ волн на час­