ГЛАВА ДЕСЯТАЯ

РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ВО ВНЕШНЕЙ ИОНОСФЕРЕ И МАГНИТОСФЕРЕ

Распространение электромагнитных волн во внешней ионосфере и еще на более далеких расстояниях от Земли в магнитосфере и в межпланетной среде начиная от УНЧ волн частотой в единицы И.ДОЛИ герц, вплоть до БЧ и СБЧволн частотой в единицы и десятки мегагерц представляет широкий интерес. Как мы видели в rti. 1, в низкочастотном диапазоне волн это объясняется важностью исследований колебательных процессов в приземной плазме и ее диагностикой. Роль этих работ все будет возрастать, и в будущих экспериментах, по-видимому, станет важнейшим источником информации о происходящих в межпланетной плазме процессах и о ее структуре. Некоторый интерес представляет также изучение распространения коротких волн в этих средах, которые, как было обнаружено в последние 10 лет в различных экспериментах, гидивуются ряде случаев вдоль силовых линий магнитного поля, поскольку захватываются ориентированными вдоль них продолговатыми неоднородными образованиями. До сих пор не выяснен вопрос о мировом эхо - явлении, которое, по-видимому, связано с неоднородной структурой приземной плазмы. Наконец, исследования прохождения ультракоротких (СВЧ) волн через приземную плазму также лажпьт, так как эти волны, в частности, используются при наблюдениях эа космическими ракетами и ИСЗ. В этой главе рассматриваются некоторые вопросы и данные, освещающие этот раздел распространения электромагнитных воли. Частично они уже были рассмотрены в гл. 1, однако многие вопросы находятся лишь в стадии развития. Теория ряда основных явлений носит в основном лишь описательный, качественный характер. Дальнейшая ее разработка требует строгого решения некоторых задач и, кроме того, во многих случаях еще не может опираться на достаточно ясно интерпретируемые экспериментальные факты. Поэтому приводимые ниже данные в большей своей части преследуют цель лишь ориентировать читателя в этой проблеме и частично указывают па возникающие задачи и будущие направления зтих исследований.

§ 48. ГИДИРОВАНИЕ ВОЛП РАЗЛИЧНОЙ ЧАСТОТЫ ВДОЛЬ ЛИНИЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Один из основных и интересных вопросов, возникающих при рассмотрении распространения волн различной частоты во внешней ионосфере и в магнитосфере, - это вопрос канализации волн вдоль линий магнитного поля Земли.

Еще в 1928 г. было высказано предположение [815, 816], что этот эффект может объяснить наблюдаемое на коротких волнах мировое эхо (см. § 51), Однако примерно через 25 лет [2711, при изучении свистящих атмосфериков (см. § 3) было показано эксперимептально, что вдоль линий магнитного поля распространяются сверхдлинные (НЧ и СНЧ) волны частотой в несколько килогерц. Это же было устяпоплепо примерно через 40 лет в опы-тах около поверхности Земли [793, 795 ] на ВЧ волнах частотой во много

Таблица 48.1

Эксперименты по наблн денню распространения НЧ, (Л1Ч и УПЧ алектромагнитных во.1н вдоль линии магнитного поля Земли

Частота

Результаты 1шб:1ЮД(М1Ий

ilCTOHlIJirt

НЧ и СНЧ волны

1-20 кгц

15,5 кгц

УПЧ волны 200-1000 щ

200-400 гц

0,5--3 гц

Впервые показано, что сгшстящпе атмосферики распрострапяюто! мсичду маг-нито-сопряженными точкаШ! вдоль линий магнитного поля

Показано, что при расиространении свн-стшцих атмосфериков {электронных сви-стое ) играют роль неоднородные образования, ориентируемые вдоль силовых Л{гпий - - магнпго-силовыё ка1гал/.г

Прияршались сигналы радиостанции в мигнито-сопряженной точке

Наблюдались хвосты ;)Л(;кхронных свп-CTOU па ИСЗ до высот 300 т-1500 км, распространяющиеся по коротким путям вдоль Л1ШИЙ магнитного по.гя

Открыты на И( ионные свисты до высот 1300 км, распространяющиеся по корот-kjl4 путям вдоль лший магнитного поля я обрезаюпщеся па гирочастоте протонов и гелии

Наблюдались гидромагнитные сшсты - пакеты альфстюиских волн, возбуждаемые па границе внешней 11опос*,феры и в маг-нитосфе])е на расстояниях порядка 4 -10 /?о от центра Нсмлц, которые распространяются мел ду магнита сопряженными точками и захватываются в приземный волновод

1953

1956 1960

1958

1964

1964 1966 19G0

1961 -1962

12711

[273] 1805, 806] [275)

[177] [810]

12871 [288, 289] 1306]

[290]

[811]

1812] (см. также 1291-293])

мегагерц, а пеоколъко позднее дюдтверждегго в ошята.ч iia ракетах и ИСЗ [8001. Примерно в то же время бшю надежно установлено, что ацало1Ичпые

явления наблюдаются па УНЧ волпах частотой в единицы и доли герц [290, 811, 812).

Различные этапы развития этих экспериментальных исследований характеризуют данные, приведенные в табл. 48.1 и 48.2.

Из та0.1иц видпо, что распространение электро-магнитиых волп вдоль силовых линий наблюдалось практически, во всем низкочастотном диапазоне, вплоть до гирочастоты улекгро1тв, на которой происходит обрезание НЧ волп в плазме (см. § 3). Иа высоких частотах эти эффекты обнаружепы начиная от средних волн частотой ~2 Мгц, вплоть до частот, п])имьпгаю-щих к ультракоротковолново.му диапазону.

Наиболее типичные экспериментальные данные, полученные па поверхности Зе.м.ш, иллюстрирующие распространение УНЧ, СНЧ н НЧ волп вдоль силовых линий магнитного ноля, были показаны па рис. 3.6, 3.12 -3.14, где зарегистрированы электронные свисты - свистящие атмосферики, ионные свисты и гидро.магпитпыо свисты.

Как уже указывалось в § 3, свистящие ат.мосферики воспринимаются на слух как сигнал, частота которого изменяется во времени, так что сначала слышен высокий, а зате.м низкий топ сигнала. Наиболее часто такого типа сигналы пробегают диапазон частот 400-8 000 гц [174, 175, 281]. По-види-

§ 48. Гидирование волн вдоль линий магнитного поля Яемли

Таблица 48.2

Эксперименты по исследованию распространения ВЧ и СВЧ радиоволн вдоль лилии магнитного поля Земли

мому, наибольшую интенсивность свистяшде атмосферики имеют на частотах 3000-4000 гц (рис. 48.1).

Обычно они ассоциируются с молниевыми разрядами, раснололсенными в точке Земли, сопряженный с пунктом наблюдений относительно магнитной силовой линии, соединяющей обе точки (рис. 48.2). В этом случае свистящий атмосферик называется коротким. Однако наблюдаются также свистящие атмосферики, которые ассоциируются с местными грозами и распространяются по двойному пути, т. е. приходят обратно в точку наблюдения после отраягепия сигналов в сопряженной точке Земли. В этом случае сигнал называют длинным, поскольку переход по всему диапазону частот (т. е.