КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-27-00280

НазваниеНовый метод исследования верхней атмосферы — ультранизкочастотная спектроскопия ионосферы

Руководитель Потапов Александр Сергеевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук , Иркутская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-608 - Ионосфера

Ключевые слова ионосфера, магнитосфера, резонаторы, ионный состав, электронная концентрация

Код ГРНТИ41.21.33

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Ультранизкочастотная (УНЧ) спектроскопия (спектрометрия) верхней атмосферы Земли — это совокупность методов, позволяющих получить важную информацию о параметрах и состоянии среды путем спектрального анализа собственных эмиссий УНЧ резонаторов или волн, распространяющихся в УНЧ волноводах. Целью проекта является научное обоснование этого нового направления исследований путем спектроскопии резонансных структур, существующих в атмосфере, ионосфере и магнитосфере Земли в УНЧ диапазоне (от 0.1 Гц до десятков герц). В их число входят резонатор земля-ионосфера (резонатор Шумана), ионосферный магнитозвуковой волновод, ионосферный альвеновский резонатор (резонатор Беляева), магнитосферные (field-line) резонансы. Все указанные резонансные и волноводные структуры связаны между собой, взаимодействуют друг с другом, и это важнейшее обстоятельство требует специального изучения. Основное внимание в данном проекте будет уделено исследованию и спектральному анализу излучения ионосферного альвеновского резонатора (ИАР), формирующегося в полости между нижней ионосферой и областью перехода между ионосферой и магнитосферой. Излучение ИАР представляет собой набор из нескольких (от двух до десятка) гармоник с непрерывно меняющейся в течение суток частотой в диапазоне от 0.1–0.2 до 8–10 Гц. К настоящему времени опубликовано достаточно много работ с предложениями использовать тесную связь спектральных характеристик излучения ИАР с электронной концентрацией в максимуме слоя F2 ионосферы для диагностики состояния и динамики плазмы в этой области, что имеет, несомненно, важное практическое значение, поскольку определяет условия дальней радиосвязи. Тем не менее, надежных методов такой диагностики пока не разработано из-за нестабильного характера связи резонансных частот ИАР с электронной концентрацией. На самом деле, проблема намного шире, а возможности использования спектральной информации об излучении ИАР гораздо многообразнее. Положение дел в этой области можно сравнить с относительно новым направлением, основанным на измерениях полного электронного содержания (ПЭС), получивших бурное развитие в последние десятилетия — от единичных пробных измерений содержания электронов в столбце плазмы по данным наземной регистрации излученного спутником сигнала до создания глобальных сетей непрерывно работающих станций слежения за вариациями ПЭС. Анализ ПЭС превратился в мощный метод изучения динамики верхней атмосферы, во многом конкурирующий с радиозондированием ионосферы. Что касается использования спектральных характеристик ИАР, то их применение для мониторинга состояния ионосферы находится лишь в самой начальной стадии. Мы считаем, что за этим направлением большое будущее. Существует целый ряд актуальных проблем, для решения которых может привлекаться информация о спектре ИАР и его динамике. Помимо оценки значений и суточных вариаций концентрации электронов в максимуме слоя F2 по измерениям шкалы частот (разности соседних гармоник) многополосного излучения ИАР, можно получать информацию об интегральной проводимости нижней ионосферы по соотношению частот нижних гармоник излучения. Кроме того, измеряя неэквидистантность гармоник, можно оценить неоднородность высотного профиля альвеновской скорости. На основе результатов сравнения спектральных характеристик ИАР с модельными расчетами ионосферных параметров (например, с использованием модели IRI) можно оценить содержание и высотный профиль тяжелых ионов. И это только те возможности, которые уже в той или иной степени проверены. Для успешного включения метода УНЧ-спектроскопии в арсенал инструментов изучения ионосферы необходимы предварительные исследования, как морфологического, так и теоретического характера. Предлагаемый проект направлен как раз на проведение таких исследований. Так, все теоретические модели предполагают обратную пропорциональность частоты любой из гармоник ИАР корню квадратному из электронной концентрации в максимуме ионизации. На эксперименте такая зависимость подтверждается статистически с хорошей достоверностью, но в отдельных случаях она нарушается, и очень значительно. Мы намерены выяснить, какие дополнительные факторы вмешиваются в формирование такого рода аномалий. Большое значение имеет также планируемое измерение относительных частот гармоник излучения в разных условиях, чтобы уточнить граничные условия на нижнем торце резонатора и разобраться в процессах прохождения энергии волн к земной поверхности. Запланировано сопоставление суточных, сезонных и солнечно-циклических вариаций спектральных характеристик ИАР с соответствующими изменениями электронной плотности в ионосфере и вариациями ПЭС. Это поможет выявить и понять роль внешних условий в формировании спектров излучения. Будут также привлекаться имеющиеся единичные in situ измерения содержания ионов гелия и кислорода в верхней ионосфере (выше предельной высоты ионосферных моделей) для отработки и калибровки методов оценки содержания и профилей этих ионов по наземным спектральным УНЧ-наблюдениям. В итоге выполнения проекта будут намечены основные направления использования методов УНЧ-спектроскопии ионосферы, в первую очередь с применением спектральных измерений излучения ИАР. Будет проверена перспективность и практическая целесообразность разработки конкретных методов наземной диагностики ионосферных параметров с помощью УНЧ-спектроскопии, сформирован коллектив исследователей, вооруженных необходимыми знаниями и навыками.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---