Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Гульельми А.В. Геомагнитные пульсации и диагностика магнитосферы

.pdf
Скачиваний:
15
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
15.82 Mб
Скачать

1193, 198—200, 203]. Вопрос о реальных источниках, возбуждаю­ щих альвеновские колебания, довольно сложен и до конца не решеи. Одним из механизмов трансформации энергии солнечного ветра в энергию альвеновских колебаний магнитосферы является неустойчивость границы магнитосферы [204—206]. В этой связи весьма интересна работа [164], в которой показано, как поверх­ ностные волны, возникающие на границе магнитосферы, могут возбуждать гофрированные колебания далеких магнитных оболо­

чек 8 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Амплитуда

длиниопериодных пульсаций

в некоторых

случаях

составляет десятки

— сотни

гамм. Поэтому

существует

необходи­

мость

в учете тем

или иным способом

нелинейности

колебаний.

В работе [208] показано, что в определенных условиях

решения ли­

неаризованной задачи о спектре альвеновских колебаний

магни­

тосферы справедливы и при колебаниях конечной

амплитуды.

Общая задача о спектре

колебаний

магнитосферы.

Исследова­

нию

спектра

полоидалытых

колебаний

посвящены

работы [155,

159, 160, 165]. Не приводя здесь результатов, отметим только сле­ дующее.

Д л я того чтобы решить задачу методом разделения переменных, приходится вводить довольно жесткие ограничения на вид функ­

ции

р (Я,

х).

Если за внешнюю поверхность резонансной полости

принять поверхность плазмосферы, то в сферических

координатах

эта

поверхность не будет совпадать с координатной поверхностью.

Е с л и же решать задачу в дипольных

координатах, то с координат­

ной

поверхностью не будет

совпадать поверхность Земли. Чтобы

обойти возникающую при этом трудность с граничными

условиями,

в работе

[159]

плазмопауза

считается

сферой. Т а к а я

деформация

реальной

границы должна

привести

к сильному ч искажению ре­

зультатов. Наконец, с полоидалыгами колебаниями труднее, чем с альвеновскими, отождествить какой-либо тип геомагнитных пуль­ саций.

Итак, из исходного волнового уравнения (10.4) были извлечены три одномерных уравнения (10.13), описывающих альвеновские колебания магнитосферы. К этой «коллекции» можно добавить двумерное волиовое уравнение (10.17), которое описывает аксиаль­ но симметричные колебания магнитозвукового типа. Попытки вый­ ти за рамки этих упрощенных уравнений н решить общую задачу о связанных альвеновских и магнитозвуковых колебаниях не при­

вели до сих пор к существенному

прогрессу. Причину

неудачи, на

наш

взгляд, можно сформулировать следующим образом.

В

резонаторах, с которыми

обычно имеют дело,

существует

бесконечное, но счетное множество собственных частот. В нашем же

идеальном случае собственные колебания магнитосферы как

цело­

го

образуют множество

мощности континуума, т. е. несчетное мно-

8

См. также работу [207],

в которой численными методами решена

задача

 

о возбуждении в магнитосфере трехмерных гпдромапштных воли в резуль­

 

тате импульсной деформации границы магнитосферы.

 

 

 

 

S1

жество. Методы решения внутренних задач, разработанные приме­ нительно к счетномериым пространствам, т. е. к пространствам со счетномерным базисом, в данном случае неприменимы.

С другой стороны, континуальность спектра колебаний замкну­ того объема, по-видимому, физически бессмысленна. Это есть ре­ зультат чрезмерной идеализации задачи. Таким образом, оказы­ вается, что в результате переупрощений мы пришли к математи­ чески более сложной задаче, чем исходная. Естественно поэтому вернуться к исходному уравнению (10.4), сохранив в нем отброшен­ ные ранее члены, и пытаться решить задачу численно. Хотя этим и устраняются принципиальные трудности, связанные с несчет­ ностью спектра, вычислительные трудности исследования колеба­ ний в неоднородной анизотропной среде со сложной геометрией, очевидно, весьма" велики.

Таким образом, проблема, как в рамках идеальной магнитной гидродинамики найти полный спектр колебаний резонатора слож­ ной формы, пока не имеет четкого решения. Наиболее обещающий путь — отказ от чрезмерной идеализации, приводящей к конти­ нуальности спектра. Возможно, это позволит применить стандарт­ ную технику численного решения краевых задач такого класса,,

например, вариационные

методы.

 

§ 12. Возбуждение волн энергичными частицами

Существует большое

разнообразие

конкретных механизмов

возбуждения воли в магнитосфере °. Их

можно разделить на две

категории: возбуждение сторонними источниками и самовозбуж­

дение волн в результате неустойчивости

исходного

состояния

плазмы.

 

 

 

 

 

В некоторых случаях можно выделить в плазме систему пере­

менных токов , / с т

(ж,

t)

и рассматривать

ее как заданную в том

смысле, что je-,, (х,

t)

не

зависит от поля Е

(х, I) волн,

излучаемых

этими токами. Задача заключается в отыскании этого волнового поля . В магнитосфере гидромагнитные волны могут возбуждаться, например, пульсирующей токовой струей, текущей вдоль зоны сияний. К этому же классу относится задача об излучении волн отдельной заряженной частицей, движущейся по винтовой траек­

тории

во внешнем магнитном поле.

Д л я

магнитосферы более типичным, однако, является случай

генерации или усиления волн в результате различного рода неустойчивостей плазшл. Состояние плазмы неустойчиво, если воз­ никающие в ней возмущения нарастают со временем. Потеря устой­ чивости может произойти в неоднородной плазме, если градиенты макроскопических параметров (плотности, температуры и т. п.) превысят некоторое критическое значение. Неустойчивость в та-

9 О возбуждении низкочастотных волн в солнечном ветре см., например, [209-212].

8?

к их случаях называют гидродинамической. Пространственно одно­ родная плазма неустойчива при условии, что функция распределе­ ния заряженных частиц по скоростям / (ѵ) в достаточной мере не­ равновесна. Неравновесные распределения, легко реализующиеся в плазме с редкими соударениями частиц, приводят к так называе­ мым кинетическим иеустойчпвостям.

Характер нарастающих возмущений определяется конкретны­ ми условиями и чрезвычайно разнообразен, что соответствует из­ вестному разнообразию собственных колебаний и типов деформа­ ций плазмы. Линейная теория неустойчивости позволяет отыскать критерии устойчивости плазмы по отношению к бесконечно малым возмущениям, указать типы нарастающих волн и рассчитать на­ чальную эволюцию возмущений.

В данном параграфе рассматриваются кинетические неустой­ чивости, приводящие к возбуждению гидромагнитных и ионноциклотроиных волн в диапазоне Pel, 2, Pi 1. Этой проблеме посвя­ щены работы [215—234] 1(>.

Во всех случаях, за исключением особо оговоренных, предпо­ лагается применимым приближение геометрической оптики. У н и ­ версального критерия применимости этого приближения указать нельзя . Рассмотрим все же известный критерий [110]

 

па-

dl

СО

'

 

 

 

 

 

 

 

 

Б котором

положим

п.

/7.4, а под

/ будем понимать

координату

вдоль магнитной силовой линии. В

дипольном

поле

d

In n/dl

<

<^ d

In B/dl

~

3/Z0,

где

l0

— длина силовой

линии. Учитывая,

что

время пробега т пакета волн вдоль

I от одной сопряженной точки

до другой и обратно порядка — 6

reL/A,

перепишем

критерий в

виде

т / ^ >

3reL/l0.

Д л я жемчужин,

например,

т/ — 102

(см. §

4).

Так

как

1 <

10е <^ 1,5L,

то использование геометрической опти­

ки в данном

случае,

по-видимому,

оправдано.

 

 

 

Формирование неустойчивых распределений частиц. Время от времени распределение заряженных частиц в магнитосфере стано­ вится неустойчивым. Потерю устойчивости можно ожидать при питч-угловой анизотропии распределения частиц, при наличии

пучков, при немонотонной зависимости

распределения от энергии

и при протекании по плазме тока. К а к

правило, инкремент нара­

стания возмущений пропорционален отношению плотности энергии резонансных частиц к плотности магнитной энергии, и тем выше, чем сильнее распределение частиц отличается от равновесного:

уГплотность энергии резонансных частиц j

ш \ плотность энергии магнитного поля I

1 0 Возбужденно понно-циклотроппых воля энергичными протонами в магни­ тосфере во многом аналогично возбуждению волн типа свистящих атмо- •сферпков энергичными электронами [213, 214].

33

Здесь л — некоторый параметр, характеризующий отклонение распределения частиц от равновесного. (При максвелловом рас­ пределении и = 0.)

Прежде чем приступить к анализу усиления и генерации низко­ частотных волн, обсудим кратко общий характер распределения энергичных частиц в физически различных областях магнитосферы.

Во внешнем радиационном поясе распределение энергичных частиц по скоростям анизотропно. Во-первых, как и во всякой ловушке с магнитными пробками, в геомагнитной ловушке имеется конус потерь.Частицы с малыми питч-углами гибнут в плотных сло­ ях ионосферы. Во-вторых, к анизотропии приводит сам характер формирования внешнего пояса. Вследствие бетатрониого ускоре­ ния поперечная энергия частнц в среднем несколько выше продоль­ ной [16]. Если распределение протонов с энергиями ер — 100 кэв вблизи максимума пояса (L 3 —4) аппроксимировать двухтемпературным максвелловым распределением, то степень анизотро­ пии т| = (Tj_ —Т(УТц порядка единицы.

Во время суббурь в зону сияний из хвоста магнитосферы вторга­ ются мощные пучки заряженных частнц. IIa силовых линиях, примыкающих к нейтральному слою хвоста, характерным является распределение в впде двух встречных пучков. Пучки частиц могут инжектироваться также через нейтральные точки на дневной сто­ роне границы магнитосферы.

Частицы, инжектированные в магнитосферу, дрейфуют по ази­ муту. Интересно, что в процессе дрейфа формируется спецпфнчекое неустойчивое распределение. В самом деле, скорость дрейфа частицы пропорциональна энергии. Поэтому на ведущем крае сгустка с течением времени накапливаются частицы с относительно большей энергией, т. е. формируется немонотонная зависимость распределения от энергии. Так как скорость азимутального дрейфа зависит и от питч-угла, то распределение в инжектированном сгустке становится еще и анизотропным.

Разнообразные типы неустойчивых распределений формируются в геомагнитном хвосте. Рассмотрим, например, медленные сжатия и расширения хвоста под действием неоднородностей солнечного ветра. Пусть вначале магнитное поле равно Вп, а функция рас­ пределения максвеллова

/ о ( * ) =

Если сжатие происходит в поперечном направлении с сохранением магнитного момента, то после с ж а т и я , очевидно,

где В —магнитное поле после сжатия . Степень анизотропии здесь

ц=(В/В0)-1.

глО

ml

іп2

тЗ £

Р и с. 19. Зависимость энергии резонансных протонов от L при раз­

личных / в диапазоне Pc 1

Штриховой кривой показан вертикальный профиль альвеновскоіі скорости; па левой вертикальной оси отмечены значения гнрочастоты про­ тонов в вершине силовых линий

Менее тривиальным является случай, когда неустойчивые рас ­ пределения формируются поверхностными волнами, возбуждаемы­ ми при обтекании хвоста солнечной плазмой. Здесь следует ожи­ дать появления сложной пространственно-временной модуляции локальных инкрементов.

По наблюдениям на спутнике, летящем перед фронтом ударной волны, из фронта навстречу солнечному ветру вырываются пучки протонов и электронов с энергиями порядка ~ 1 кэв [235]. Неустой­ чивость этих пучков, вероятно, приводит к возбуждению низко­ частотных волн в межпланетной среде в окрестности магнито­ сферы.

Альвеновскне волны в протонном поясе. Рассмотрим в линей­ ном приближении циклотронную неустойчивость протонов внеш­ него радиационного пояса. Неустойчивость возникает вследствие анизотропии распределения энергичных протонов по скоростям.

Д л я оценки спектра нарастающих волн можно воспользоваться условием резонанса (7.14) [215, 216, 219,222]. Н а рис. 19 показана зависимость энергии резонансных протонов от параметра L маг­ нитной оболочки при различных значениях частоты Ä-воли, рас­ пространяющихся строго вдоль магнитных силовых линий вблизи экваториальной плоскости [257]. Видно, что в области внешнего

радиационного

пояса (L

— 3—6)

протоны с

энергиями -— 10 —

100 кэв могут

возбуждать

волны

в диапазоне

Pel.

Характерный

излом

кривых

на рисунке обусловлен наличием

плазмопаузы

(L* «

4).

 

 

 

 

 

Н а циклотронную неустойчивость протонов внешнего радиа­ ционного пояса, приводящую к возбуждению Ж-воли в диапазоне

P e l, обращено внимание в работе [218] 1 1 . Эта неустойчивость аналогична неустойчивости электронов внешнего пояса, приводя­ щей к возбуждению J/2-волн в диапазоне У Н Ч [213]. Л п н е й н а я теория неустойчивости в приближении продольного распростране­ ния ЛС-волп построена в работах [224, 226] (см. также [227—229]).

При анализе неустойчивости п расчете инкрементов необходимо учитывать неоднородность и конечные размеры радиационного по­ яса. Д л я расчета локального инкремента воспользуемся формулой (8.11). (Следует иметь в виду, что эта формула выведена в предпо­

ложении Ѳ ~-- 0.)

Удобно ввести локальный коэффициент усиления

к" --

I m к,

который

 

характеризует

пространственное нарастание

волн

и

связан с

инкрементом,

 

 

 

 

 

 

 

к"

=

-

Т / у г р .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя

сюда

(6.42)

н (8.11),

получаем

 

 

 

 

к"(.о) =

 

^ * £ - { 4 ( f + i>

kit ,,

" f i l

+

1) X

 

P p

 

 

 

 

"

I I «'Il

 

 

L

-i_ I

m

 

 

 

 

г

с

h

ku,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

exp

 

 

 

 

1

со

 

 

 

 

 

 

(12.1)

 

k-w\

 

 

p

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L:P

J

 

 

 

 

 

Положим q = 0,

H и = 0 . Тогда при w± ^> шц, как это имеет

место

в протонном

поясе,

нарастают

Ä-волны

[верхний

знак

в

(12.1)].

В диапазоне

<«Ç Qp (альвеновские волігы) коэффициент

усиления

имеет

вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А:" (со)

 

 

 

-1

 

\

 

2

 

«•„

- т - е х р

 

 

 

 

«л

У

 

 

 

 

 

 

 

где

іі = (иЛ/ц>|)

— 1,

и л = с/А.

 

 

 

 

Максимум

к" (со)

достигается

на

 

частоте

 

~ О

А

 

 

 

 

 

 

и

равен

 

 

 

 

 

 

 

 

km-àsi

V i

l 1

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(12.2)

(12.3)

(12.4)

Из

(12.3)

видно, что неустойчивость

разовьется

в альвеновском

диапазоне,

если и>ц ^ > А.

Усиления

альвеновских

воли протонами

с

энергией — 100

кэв можно ожидать

при L

(рис. 19).

Из

(12.4)

следует,

что

усиление

происходит главным образом

Следует отметить более раннюю работу [215]. в которой рассматривалась циклотронная неустойчивость релятивистских протонов внутреннего ра­ диационного пояса. Однако, судя по всему, плотность потока протонов во внутреннем поясе слишком мала для возбуждения волн в диапазоне Pel.

86

вблизи экваториальной плоскости. Сделаем оценку интегральногокоэффициента усиления:

Q (•,)) = —\ к" (ч>, I) dl

при двукратном прохождении пакета альвеновских воли через раднациоиный пояс. Пусть I отсчитывается вдоль силовой линии от

плоскости экватора

и со =

с о ш а х (/ =

0). Положим р (/) GO В (I).

Тогда зависимость к"

от

как это видно лз (12.2), будет определять­

ся фактором — ехр [— {1)1В

(О)]3 }. Раскладывая В (/) в ряд в

окрестности

точки 1 — 0,

 

найдем длину отрезка силовой линии,

на котором усиление

эффективно: /0 ф ~

1,3 - 10s L см,. Соответствен­

но

коэффициент

усиления

 

A

—4/с1 П а х £Эф на частоте со т равен

Q

{дб) ^

10"и L 4

/ T J ,

где

/

=

N'w\\

— П Л О Т Н О С Т Ь потока энергич­

ных

протонов. Зависимость

а>тах

от L приближепно дается форму­

лой

œ m . i x

^

300/L3 рад/сек.

(Напомним, что речь идет о неустой­

чивости

внутри

плазмосферы.)

 

 

Неустойчивость имеет конвективный характер, т. е. протонный пояс работает как усилитель гидромагнитных сигналов. Посколь­ ку, однако, усиленный сигнал после отражения от ионосферы возвращается в систему, то возникает положительная обратная связь и пояс может перейти в режим генерации. Если Р — коэф­ фициент отражения от ионосферы, то суммарный коэффициент усиления

Q {дб) Ä 10-B L*/r) - 401g (1/Р).

(12.5)

Генерация возникает при Q > 0. Переход в надкритическое состоя­ ние возможен как при возрастании /г), так и при уменьшении по­ терь энергии волн в ионосфере. Интегральный инкремент нараста­ ния амплитуды волн

т = <?/*,

С 1 2 - 0 )

где

 

Iѵ^

До сих пор речь шла об усилении и генерации волн в простей­

шем случае

продольного распространения (Ѳ = 0 ) . Предположение

о том, что

Ѳ = 0 вдоль всей траектории пакета может быть оправ ­

дано при анализе неустойчивости в плазменных слоях или волок­ нах, вытянутых вдоль силовых линий (в так называемых дактах). Однако интерес представляет также анализ неустойчивости и в тех областях магнитосферы, где дакты неэффективны или вообще от­ сутствуют.

Прежде чем рассчитывать коэффициент усиления,

необходимо

отыскать траекторию волн п рассчитать изменение

ориентации

вектора к вдоль траектории (рефракцию). Н и ж е мы

рассмотрим

87

случай, когда траектория задана (силовая линия), но учтем реф ­

ракцию и найдем коэффициент усиления при

не очень

больших

углах Ѳ.

 

 

 

 

 

 

 

Локальный показатель преломления

может

быть задан в виде

и — >іл/ I cos

0 I . Движение

волнового

пакета

вдоль

траектории

(СИЛОВОЙ лшига) описывается уравнением d\/dt

= А,

где

£ (і) —

координата

пакета. Изменение вектора /.• вдоль

луча

(рефракция)

определяется

из уравнения

[236]

 

 

 

 

dkjdt =

-

к (дА/дІ1).

 

 

 

 

(12.7)

Проинтегрируем (12.7) в

системе координат

(.с; у;

I),

где I —

расстояние вдоль выбранной силовой линии, ось х направлена по

главной

нормали,

а у

— по бинормали.

Если кручение силовых

линий

отсутствует,

то ненулевые компоненты

метрического

тензо­

ра £ n

=

g2.2 = 1,

g33

= (1 х.г)2 , где

X (/)

кривизна

осевой

линии. Зададим распределение плотности плазмы в окрестности

луча в виде р =

р 0 (/) [1

-f ах],

где а (/) характеризует крутизну

спада р поперек

силовых

линий

(индекс «О» у р 0 (/) в дальнейшем

опускается). При этих допущениях из (12.7) получается следующая формула, описывающая изменение і|э = kjk, вдоль луча при рас­ пространении в меридиональной плоскости и = 0) от вершины силовой линии к Земле:

о

 

t g ö 0 . Ѳ 0 — угол между и В в вершине траектории .

Здесь і|)(0)

=

Используем (12.7) для расчета коэффициента усиления Q пакета

альвеновскых

волн на

участке

траектории

от вершины

силовой

линии (I =

0)

до

Земли

(/ =

 

 

 

 

 

U

 

 

 

 

 

(;(со,Ѳ0 )

= 5

[T (со,

Q)/A]dl.

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

При малых

Ѳ основной

вклад

в инкремент

будут давать

первые

гармоники циклотронного резонанса. В этом приближении коэф­

фициент

усиления

[232]

 

 

 

Q(», ѳ0 ) = Д ^ -

%n°w/]

Ф ( с о ' Ѳо)'

 

( 1 2 - 9 )

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ß (I)

P(0)

о

VT

 

 

I

ß(0)

.P(0

 

 

 

F Ä 1 + ^

2

 

1,4

 

 

 

 

+ ( Q p / 2 C O ) I | ;

 

 

 

Здесь £ =

(Qp(0)/co)

(Л(0)/й?„).

 

 

 

88

Р и с. 20. Коэффициент усиления альвеновскнх волн в магнитосфере

0о — стартовый угол между

ви fc в экваториальной

ПЛОСКОСТИ

 

 

 

0,2

0,6

1,0

 

1,4- 1,3 Ç

 

 

На рис. 20 представлена зависимость

Ф

от £

и

0О . Расчет сделан

при следующих значениях параметров: А (0)/н>ц

=

 

0,1, н =

1, а —

= х,

р (/) со

В

(/). Нормировочный коэффициент

равен

Ф т а х

=

= 5,7-107 L .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К а к

видно

из

рисунка, рефракция

приводит

к

тому,

что

при

Ѳ0 = 0 коэффициент усиления почти в два раза меньше, чем при

строго продольном

распространении вдоль геомагнитной

силовой

линии (штриховая кривая) . Интересно, что при

Ѳ0

=

10°

коэффи­

циент усиления больше, чем при

0 = 0 .

Расчет

по

формуле (12.9)

дает максимум Q при 0О = 30°, однако при таких углах

точность

недостаточна

для

количественного

анализа.

Зависимость

Ф / Ф т а х

от L весьма

слабая, так что Q оо

ZATn,

где

/

=

N'w\\.

 

Влияние ионов гелия. Околоземная плазма содержит несколько

сортов ионов с различными отношениями заряда

к массе. До высот

одпа-две тысячи

километров

присутствуют

ионы

кислорода,

азота, гелия и водорода. Однако па этих высотах в диапазоне маг­ нитных пульсаций (со <sgj Qo=) многокомпонентный состав плазмы элементарно учитывается соответствующим выражением для mt в формуле альвеновской скорости. С удалением от Земли концент­

рация тяжелых

ионов быстро падает практически до нуля . Что же

касается ионов

Н е + ,

то их наличие обнаружено до высот ~

30000

км (относительная

концентрация £ = N (Не+ )/уѴ 3-10- 3 )

[237].

Оказывается, что даже небольшая примесь этих ионов может су­ щественно повлиять на возбуждение и распространение геомагнит­

ных пульсаций

в диапазоне

Pel

[227, 238—241].

Формула

для

показателя

преломления

плазмы, состоящей из

электронов

и ионов

двух

сортов,

получена

в

работе [2381

2

. _

с'/Я»

f,

N,IN

 

ге .2

1 + CÙ/QX

T\

,

» 1 , 2

-

 

J 1

щ / Й

1

 

ilpu/Q.,

\ ] j

' X -

Здесь A = B/Y~A nmxN, предполагается строго продольное рас­ пространение (Ѳ = 0), верхний и нижний знаки относятся к волнам

89

левой и правой

круговой

поляризации. При

£• <§;1

в протоино-

гелневой

плазме

имеем

 

 

 

 

 

 

п \ л =

. ^ І Л І п

( l +

3 ; n

1

+

1.

 

(12.10)

Заметим, что

наличие

небольшой

 

примеси

ионов

Н с + сильно

влияет на поведение дисперсионных кривых лишь в непосредствен­

ной окрестности гирочастоты йне-

Н а

рис. 21 дано изменение

квадрата показателя преломления понно-циклотроиных

волн

вдоль

силовой

линии,

пересекающей

поверхность

 

Земли

ira

шпроте

Ф 0

=

63,5°.

Относительная

концентрация ионов

гелия

равна

£ =

0,01.

Кривые па верхнем рисунке

соответствуют

слу­

чаю, когда

частота волны

меньше гирочастоты Й'не+ с^.

6

радісек

в

вершине

траектории.

Н а

нижнем

рисунке частота

волны

больше

гирочастоты

гелия, но

меньше

гирочастоты

протонов

£2не+ <С с о <С £2™"-

П р и распространении

из

одного

п о л у ш а р и я

в

другое сигнал

во втором случае

должен

пересечь две

полосы

не­

прозрачности, расположенные симметрично относительно плос­

кости

экватора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сделаем оценку ослабления D амплитуды сигнала после про­

хождения

этих

двух

областей

[239, 240].

Воспользуемся

для

этого

известной

формулой

 

 

 

 

 

 

 

D

= e-"P,

 

 

 

 

 

 

 

(12.11)

 

где

ß

= (Ù':A)\V

I " I

ширина

полосы

непрозрачности в

еди­

ницах

альвеновских

длин

воли;

V — координата

полюса

/г,

I " — координата

н у л я

/г . Н а рис.

22 показана зависимость тун­

нельного

множителя D от

концентрации И е + при

распростране­

нии

ионно-цпклотронных

волн

с

частотами со ^> Q"H'i вдоль СИ­

ЛОВОЙ

Л И Н И И , пересекающей

поверхность Земли на

широте Ф 0

=

=63,5°.

Д л я

ориентировочных оценок удобно пользоваться следую­

щей

формулой. Координаты

Г

и I" определяются соотношениями

)

н е +

{I')

=

со и

Q H e +

(Г)

=

(0/(1 +

3|).

 

 

Производя

разложение й Ы е +

0)

А ; й н е + (I') +

(I — l')dQns+/dl

|і=г,

находнм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17'

7"

~ -

 

 

 

 

 

 

 

 

I 4

 

 

I ~

дыаЯе+/ді\1=1,

 

 

 

 

 

 

Подставляя

 

численные

значения

параметров,

получаем

 

D(do)

=

20 lg в»* œ 4 • 1 0 й

[ / ^ М ] .

 

(12.12)

П р и

/ А

1

 

гц,

А ж

108

смісек

и

|

ж 10~2

ослабление

весьма

велико: D — 40 дб.

Если же £

на порядок меньше, то влиянием

ионов гелия

можно

пренебречь.

 

 

 

 

90

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ