Неустойчивости в метеороидных хвостах и эффекты, связанные с магнитными полями и электрофонными звуками

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 23-72-01066

НазваниеНеустойчивости в метеороидных хвостах и эффекты, связанные с магнитными полями и электрофонными звуками

Руководитель Морозова Татьяна Игоревна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космических исследований Российской академии наук , г Москва

Конкурс №84 - Конкурс 2023 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-503 - Ионосферная и космическая плазма

Ключевые слова метеороидные хвосты, плазма, ионосфера Земли, пылевые частицы, электрофонные звуки, плазменные неустойчивости, флуктуации магнитного поля в атмосфере Земли

Код ГРНТИ29.27.21, 29.27.17

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект посвящен исследованию различных неустойчивостей в хвостах метеороидов, связанных с возникновением электрофонных звуков при пролете метеорных тел, а также с генерацией флуктуаций магнитных полей во время пролетов метеороидов. Цель проекта – дополнить ранее разработанную автором теорию генерации электрофонных шумов от пролета метеорных тел с частотами до 60 Гц с учетом пылевой компоненты процессами, связанными с неустойчивостями без пыли, которые порождают возмущения на более высоких частотах из диапазона электрофонных шумов, а также к возникновению флуктуаций магнитного поля в атмосфере Земли. До настоящего времени не было исследовано неустойчивостей в плазменных хвостах метеороидов за исключением работ автора проекта. Полученные теоретические результаты по распространению плазменных волн и неустойчивостей в метеороидном хвосте будут иметь фундаментальный характер. Объяснение процессов генерации магнитных полей в результате пролетов метеорных тел в атмосфере Земли, а также возникновения электрофонных шумов одновременно с пролетом метеороидов будут иметь как теоретический, так и практический интерес с точки зрения описания корректности работы наземного оборудования, работы летательной техники и систем радиолокации. Будет развита теория, объясняющая возникновение электрофонных шумов от пролета метеорных тел как для отдельных метеороидов, так и для метеорных потоков в результате ряда процессов. В том числе вследствие развития неустойчивостей, в результате которых начальная электромагнитная волна накачки модулируется низкочастотными колебаниями, а также в результате излучения или возникновения плазменных колебаний, которые подвергаются далее распадным процессам и преобразуются в поперечные волны, которые в свою очередь достигают поверхности Земли и воспринимаются как электофонные звуки посредством приемников. Будут рассмотрены неустойчивости без магнитного поля, в том числе модуляционная неустойчивость электромагнитной волны, связанная с ионно-звуковой модой, а также ионно-звуковая неустойчивость, возбуждаемая в результате относительного движения плазмы метеороидных хвостов и ионосферной плазмы. В числе процессов будет рассмотрена модуляционная неустойчивость ленгмюровских волн, дающая широкий спектр низкочастотных поперечных колебаний как один из возможных механизмов объяснения возникновения электрофонных шумов от пролета метеороидов в диапазоне частот до 12 кГц. Будут обсуждаться механизмы рассеяния, распада и слияния ленгмюровских и ионно-звуковых волн с преобразованием продольных плазменных колебаний в поперечные волны, которые, достигая поверхности Земли, посредством антенн воспринимаются как электрофонные звуки. Будут рассмотрены неустойчивости, связанные с магнитным полем, в хвостах метеороидов. В том числе будут обсуждаться дрейфовая неустойчивость, циклотронные неустойчивости, неустойчивости Драммонда-Розенблюта, нижнегибридных колебаний и другие неустойчивости с магнитным полем без пыли. Будет показано влияние развития данных неустойчивостей на магнитное поле Земли и на возникновение электрофонных шумов одновременно с пролетом метеорных тел. Будет показана возможность возникновения циклотронных волн в плазме метеороидных хвостов. Будет обсуждаться влияние низкочастотного циклотронного излучения плазменных частиц на возникновение флуктуаций магнитного поля при пролете метеорных тел и на возникновение электрофонных шумов одновременно с пролетом метеороидов. Будут учтены турбулентные процессы, связанные с этими колебаниями, которые также могут приводить к возникновению электрофонных шумов у поверхности Земли. Будут оценены магнитные поля, возникающие в хвостах метеороидов в результате развития неустойчивостей, связанных с магнитным полем в хвостах метеороидов и будет дано их сравнение с данными наблюдений. Будут найдены инкременты и характерные времена развития рассматриваемых неустойчивостей и показано, что данные неустойчивости успевают развиться во время жизни хвоста метеороида.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Морозова Т.И., Попель С.И. Ионно-звуковые волны при взаимодействии хвостов метеороидов с ионосферой Земли Plasma physics reports, Т. 50, № 7. (год публикации - 2024)

2. Морозова Т. И., Попель С. И. Неустойчивости в хвостах метеороидов в атмосфере Земли, связанные с магнитным полем "Известия вузов. Радиофизика" , Выпуск 7, том 68. (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Одним из до конца необъясненных явлений в метеорной физике являются электрофонные звуки, возникающие одновременно с пролетом метеороидов. Метеороиды, или метеорные тела, вторгаются в атмосферу Земли, образуя за собой плазменно-пылевой хвост, содержащий электроны и ионы атмосферных атомов и атомов метеорного вещества, а также заряженные пылевые частицы. В результате сгорания метеорных тел в атмосфере Земли происходит их постепенное разрушение и формирование плазменно-пылевого следа за метеорным телом. В плазменно-пылевых системах хвостов метеороидов могут возникать различные волновые колебания. В частности, принимая во внимание неоднородности концентрации плазмы хвостов метеороидов и наличие магнитного поля Земли, возможным оказывается возбуждение нижнегибридных дрейфовых волн. Частоты наблюдаемых электрофонных шумов от пролета метеорных тел имеют значения, меньшие частоты нижнегибридных дрейфовых волн, определяющей порог частот волновых колебаний, которые могут возбуждаться в хвостах метеороидов в результате развития модуляционной неустойчивости нижнегибридных дрейфовых волн и тем самым объяснять возникновение электрофонных шумов одновременно с пролетом метеорных тел. Рассмотрены условия, при которых оказывается возможным распространение нижнегибридных дрейфовых волн в плазме хвостов метеороидов во время их пролёта в атмосфере Земли и развитие модуляционной неустойчивости данных волн для различных диапазонов частот. Выведены соответствующие инкременты развития модуляционной неустойчивости монохроматической волны накачки. Посчитаны значения инкрементов развития данной неустойчивости для типичных параметров плазмы хвостов метеороидов для различных диапазонов волновых векторов и частот. Показано, в рассматриваемой системе хвостов метеороидов в атмосфере Земли возможно развитие неустойчивости Драммонда-Розенблюта и возникновение аномального сопротивления в результате развития ионно-звуковой турбулентности при определенных конфигурациях магнитного поля Земли по отношению к плазменным хвостам метеороидов. Оценены инкременты развития данных неустойчивостей и времена их развития, которые оказываются много меньше, чем времена жизни хвостов метеороидов, что показывает возможность возбуждения данных неустойчивостей в метеороидных хвостах. Отмечается, что в данной системе также возможно развитие магнитного звука. Показано, что за типичные времена жизни хвостов метеороидов рассмотренные процессы успевают развиваться. Из оценок резонансных энергий электронов и ионов, которые в хвостах метеороидов оказываются недостаточными в условиях высокого магнитного поля Земли сделан вывод, что излучении вследствие циклотронных резонансов не может наблюдаться в плазменной системе хвостов метеороидов. По результатам проекта была представлена теория, объясняющая природу возникновения электрофонах шумов от пролета метеорных тел в результате развития ряда неустойчивостей, связанных с магнитным полем в плазме хвостов метеороидов.

Публикации