Официальные оппоненты:
член-корр. РАН,
доктор физико-математических наук, профессор А.В.Гуревич
.л-л>л*.іігч
’ і - ... •« г ’*
.«Мій
Ведущая организация:
Институт космических исследований РАН
«аух, "-рОввИЯСКАЯ
ГОСУДАРСТВЕННАЯ
БИБЛИОТЕКА
О 8135-Оо д.
ч*>-
Защита диссертации состоится ^> 0^1 1999 г. в
на заседании диссертационного совета Д 002.83.01
час.
ч. - в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радио-* волн РАН. Адрес: 142092 г.Т^оицк, Моск. обл., ИЗМИР АН.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЗМИР АН.
Диссертация в виде научного доклада разослана
г/. 1999 г.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор физ.-мат. наук О.П.Коломийцев
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Основное содержание раздела: вводные замечания; цель работы; научная новизна; научное и практическое значение; основные положения, выносимые fia защиту; аппробация результатов; публикации; благодарности.
Большой класс геофизических явлений определяется как магнитосфер-ными, так и ионосферными параметрами, что позволяет говорить о существовании единой магнитосферно-ионосфернои электродинамической системы. Эта система никогда не бывает полностью спокойной, причём одним из важнейших элементов возмущений магяитосферно-ионосферной системы являются магнитогидродинамические (МГД), в первую очередь альвеновские волны, наблюдаемые на земле в виде так называемых геомагнитных вариаций и пульсации. Кроме того, существует более регулярный ультраниэкочастотиый (УНЧ) электромагнитный шумовой фон, создаваемый грозами.
Исследования механизмов генерации и распространения УНЧ электромагнитных волн вблизи Земли, в том числе их спорадических проявлений в виде геомагнитных пульсаций, очень интенсивно развивались в течение нескольких последних десятилетий. Это связано, во-первых, с тем, что еомагнитные пульсации несут информацию об источниках и среде рас-ространения и могут быть использованы для диагностики околоземной плазмы. Во-вторых, диапазон УНЧ, примыкающий к уже освоенному радиосвязью сверхнизкочастотному (СНЧ) диапазону, в последние годы вызывает большой интерес в связи с созданием специальных систем связи, электромагнитного зондирования земли и прогноза землетрясений. Про-Ss**ceHiÜ в этом направлении требует разработки моделей распростра-
пия и помеховой обстановки в УНЧ диапазоне.
ще имеют естественные резонаторы и волноводы, которые зачастую
• Дот определяющую роль в формировании спектров наблюдаемых сиг-д. В настоящее время хорошо известны и исследованы МГД-реэо-
1& • з
нансы магнитосферы Земли в целом, альвеновские резонансы отдельны силовых трубок геомагнитного поля, шумановские резонансы полост Земля-ионосфера. В каждом конкретном случае обнаружение новой ре зона,ясной системы приводило к прогрессу в исследованиях природы и построении моделей естественных электромагнитных шумов.
Целью работы является разработка моделей генерации и механизмо формирования динамических спектров естественных УНЧ электромагнитных шумов в диапазоне короткопериодных геомагнитных пульсаций с учетом новой резонансной системы — ионосферного альвеновского резонатора (ИАР), локализованного в области максимума Р-слоя ионосферы с собственными частотами в диапазоне / = (0,1 -г 10) Гд (рис. 1.1). Механизмы генерации естественных электромагнитных шумов в указанном диапазоне частот хорошо известны:
— грозовая активность;
.— циклотронная неустойчивость протонных радиационных поясов;
— модуляция ионосферных токовых систем при естественных или ис-куственных изменениях ионосферных проводимостей.
Однако адекватные модели формирования наблюдаемых динамических и спектральных характеристик электромагнитных шумов до настоящего времени отсутствовали. Примеры регистрации естественных электромагнитных шумов различной природы приведены на рис. 1.2.
Научная новизна работы состоит в последовательном учёте влияния ИАР на все указанные выше механизмы излучения естественных шумов. Речь идёт не только о селективном влиянии, как в случае грозовых электромагнитных шумов. В магнитосферном альвеновском мазере (АМ) ионосфера (ИАР) играет роль селективного и нелинейного элемента, приводя к появлению обратной связи в системе волны-частицы за счёт высыпаний протонов в ионосферу и модуляции её параметров. При воздействии на ионосферу мощным модулированным радиоизлучением за счёт модуляции ионосферных проводимостей в принципе возможна нараме-
4
ис.1.1 Земной шар и окружающие его электромагнитные резонансные объекты. Воздушный аоор на высотах 0-100 км — глобальный шумановский сферический резонатор с реооианс-ой частотой около 7,8 Гц; область высот 100-1000 км — плотная ионизированная оболочка ионосфера), в толще которой расположен ионосферный аяьвеиовский резонатор; его первая езонансная частота меняется с течением времени в пределах 0,5-8 Гц. Выше ионосферы лока-ана магнитосферная магнитная силовая трубка с энергетичнымк протонами, опирающаяся на частки ионосферы в сопряжённых полушариях; она представляет собой резонатор альвенов-кого мазера, генерирующего иолучеиия типа “жемчужин".
5
-_1_ 04,30
время московское
Рис.1.2 Примеры записи электромагнитных сигналов на выходе приёмного устройства (магнитометра) в зависимости от времени. Вверху — электромагнитный шум гроз на поверхности Земли в диапазоне частот 0,1-10 Гц; отдельные импульсы соответствуют эспышхам молнии, частота которых в целом по планете достигает 100 Гц. Спектральный анализ такой хаотичной завися-мостисигнала от времени позволяет выявить его внутреннюю частотную структуру. Внизу — запись магнктосферного излучения типа “жемчужин”. Излучение состоит из нескольких отдельных повторяющихся гармонических всплесков-пакетов с частотой заполнения, меняющейся от события к событию в пределах 0,2-5 Гц. Период повторения пакетов на рисунке составляет около 55 с, что соответствует времени их пробега по магнитной силовой трубке кз полушария в полушарие я обратно. Рисунок демонстрирует также происхождение названия этого типа излучений — схожесть с ниткой жемчуга (Н.Новгород, 13.10.85)
6
- Київ+380960830922