В итоге получается

Kcos2 6 + Q2 a)±

L>7,c 2cose . (2.4а)

Отбрасывая член mj М по сравнению с единицей, при п12 следует, что нижний предел ветви (6) равен

и определяет так называемую нижнюю гибридную шстоту плазмы.

Рис. 2.9. Три ветви резонансных частот холодной электронно-ионной плазмы

Таким образом, нижняя гибридная частота лежит на грапицс НЧ ре-зонансов плазмы, а УНЧ ветвь резонансов tOg (6) изменяется в пределах

2н при 6-* 0;

Йдсозб

о при 6 ->

(2.19)

Три ветви резонансных частот холодной плазмы схематически изображены на рис. 2.9.

На высотно-частотных характеристиках, полученных во внешней ионосфере уже вскоре после запуска спутника Алуэтт (29.IX 1962 г.), были идентифицированы выступы, соответствующие продольным резонансным колебаниям как на ленгмюровской частоте ш, так и верхней гибридной частоте

~ V *o + - соответствующие двум предельным значениям (2.16) ВЧ ветви частот 0)1(6) [255, 256].

Однако в этих опытах наблюдались еще явления, которые не укладываются в рамки резонансных свойств плазмы, описываемых теорией холодной плазмы. Некоторые экспериментальные данные, характеризующие многообразие эффектов возбуждения ВЧ колебаний в ионосферной плазме, видны, например, из рис. 2.10 и 2.11.

Наряду с выступами, вызванными резонансными колебаниями па частотах ш= о) , сйд, о) , на этих осциллограммах зарегистрированы резонансные

колебания на кратных частотах o)=2oj, Зш, . . ., oj=2o). В других опытах

наблюдались также резонансы co-2cjoj.

6, ш. wm&

Zp 3,b 6,5

- ...

Рис. 2.10. Осциллограммы, полученные с помощью ионозондов, установленных на ИСЗ Алуэтт 11

SapeiMUTpMpoBaiibi 1и;.)с)иансные колебания различного типа

0,9 1,15 15 Чаапота (Ме/.$1

Рис. 2.11. Осциллограммы, полученные с помошью ионозондов. установленных

Объяснение этих фактов, как и простых резонансов (ш, <в, -\- шд), т. е. анализ условий возбуждения резонансных колебаний, характера их установления, амплитудных зависимостей и т. п., требует значительно более детального экспериментального их изучения, а также разработки нелинейной теории этих явлений. В настоящее время можно говорить лишь о начальной стадии развития этой области работ. Однако ряд фактов становится более понятным, по крайней мере качественно, если рассмотреть эти явления с учетом известных результатов теории, принимающей во внимание влияние пространственной дисперсии плазмы.

Следует указать, что плазменные резонансы, о которых идет здесь речь, регистрируются непосредственно около источника их возбуждения (импульсные сигналы, излучаемые радиостанцией спутника Алуэтт ). Поэтому не исключено, что эти резонансы следует рассматривать лишь как продольные

Отметим, что зарегистрированы также резонансы на частотах ш=5Йн, кратных частоте протонов. Соответствующие данные приводятся на рис. 3.11 (стр. 95).

На рис. 2.10 виден выступ па разностной частоте т= voq-оо; автор работы [827] отмечает, что в этом опыте ((о-сод)= (о /2, где - верхняя гибридная частота.

В некоторых опытах наблюдались также выступы на частотах ш=За)/2 и 5со/2. В ряде работ [8281 идентифицируются резонансные выступы на половинных частотах ш= <0д/2, (iiJ2 и 3/2 ш.

Осциллограмма, изображенная па рис. 2.10 [825, 826], иллюстрирует интересный случай, когда электронная концентрация в окрестности спутника оказалась настолько малой, что гирочастота электронов была близка к верхней гибридной частоте (1и<=: и наблюдались биения на частоте ш= - ш. Во многих случаях отмечаются также резонансы на частотах, которые вообще невозможно простым образом связать с резонансными частотами ш, соц и ш; на рис. 2.11 эти частоты обозначены ш, ш.

Таким образом, современные экспериментальные данные указывают на ряд резонансных эффектов в ионосфере, требующих более глубокого теоретического объяснения, чем это возможно на основе изложенных теоретических результатов, не учитывающих влияния теплового движения частиц и эффектов взаимодействия волн различного типа. Основные особенности этих экспериментальных фактов сводятся, таким образом, к следующему:

1. Установлено, что регулярно регистрируются резонансы на частотах.sa), кратных гирочастоте электронов, до значений s= 10-20 и более. По некоторым данным, гирорезонанс (о= ( преимущественно появляется при

> [2561, т. е. когда гирорезонанс соответствует верхней ветви резонансных колебаний )i(0).

2. Наблюдаются резонансы при ш = 2ю cii 2 \/о>о + и о> = 2о>ц, т. е. на двойных верхней гибридной Oj и ленгмюровской Юо частотах; резонансы а)=3ш,, ... и ш=Зшо, ... не отмечены ни в одном опыте.

3. Когда резко выражена ветвь (г) на высотно-частотной характеристике, иногда появляются резонансные колебания на частоте обрезания ветви (г), т. е. резонанс на частоте < (6) > со при значении угла GO.

4. Кратные гирорезонансы, по-видимому, преимущественно соответствуют случаю, когда антенна излучателя параллельна Hq [254].

5. Зарегистрированы резонансы на половинных частотах 5 0)/2, 8т2

sioJ2 (при 5=1,2,3) и резонансы на разностных частотах ( )-ш), (со-со).

6. Наблюдаются резонансы на частотах о < и о > со, о, которые не идентифицируются простым образом с резонансными частотами плазмы