Иороглкищ сигнал

Молниевый разряд

Длинный сигнал

Рис. 48.1. Запись свистящего ат\№сферика

Рис. 48.2. Схематическое изображение траектории короткого и длинного свистящего атмосферика

свист) совершается в двойное время. При приеме длинных сигналов непосред-ствеппо определяется время запаздывания начала свиста по отношению к молниевому разряду.

Изменение тона (частоты) свистящего атмосферика во времени часто хорошо описывается с помощью формулы

(48.1)

Величина D названа дисперсией, она изменяется для коротких атмосфериков в различпых случаях примерно от 10 \jcett до 100 yJсек и более.

Дисперсия свистящего атмосферика определяется теоретически из формулы (3. 73)

-=1 (48.2)

при подстановке в (48.2) выражения для групповой скорости (3. 54) и элемента траектории dS (3. 75) вдоль силовой линии. Соответствующий анализ экспериментальных данных убедительно показал, что свистящие атмосфе рики действительно распространяются мелзду магнито-сопряжснпыми точками. К подобному же выводу привели результаты наблюдений за гидромагнитными свистами.

На коротких волнах образцы записей результатов наблюдений, которые привели к предположению об их распространении вдоль силовых линий, показаны на рис. 46.4 и 46.5 (стр. 509 и 510).

На рис. 48.3 приведены иллюстрирующие этот эффект осциллограммы, полученные при импульсном зондировании внешней ионосферы на высот-

§ 48. Гидирование волн вдоль линий магнитного поля Земли

ной ракете и ИСЗ 1803, 800]. Из рис. 48.3, а следует, что при зондировании ионосферы со спутника Алуэтт наблюдались высотно-частотные характеристики с несколькими ветвями (Sq, S, NJ, которые можно интерпретировать как результат распространения обыкновенной и необыкновенной волн вдоль силовых линий магнитного поля в южном (S) и северном (N) направлениях между спутником и областью их отражения. Многократные эхо-сигналы, зарегистрированные па ракете (рис. 48.3, б) на фиксированной частоте 5,97 Мгц, также интерпретируются как результат распространения отраженной волны от нижележащей области ионосферы вдоль магнито-силовых линий.

Теоретическое рассмотрение канализации волн вдоль магнито-силовых каналов дано в ряде работ [801, 802, 800, 8081. Некоторые связанные с этой проблемой вопросы рассмотрены в § 3. Состояние теории этих эффектов и известных экспериментальных данных, однако, не дает еще возможности создать сколько-нибудь исчерпывающей картины наблюдаемых эффектов и количественно их интерпретировать, а часто даже не позволяет правильно понять экспериментальные данные.

Основной подход к этой задаче состоит в следующем. Если траектория волны становится тангенциальной неоднородным образованиям, вытянутым вдоль вектора магнитного поля Hq, то волны захватываются этими неоднородностями и ими канализируются [817]. Таким образом, условием канализации волны является равенство

(48. 3)

S3 -С. С;-

6,5 85

..\. .. : .QbiCVmfi-bmeinbr

Рис. 48.3. Образцы характеристик импульсного зондирования ионосферы

а - полученные на высотной ракете [803 i; б-на спутнике Алуэтт [8001. Характеристики имеют несколько ветвей, обра.чованных сигналами, которые распространялись между излучателем и областью их отражения по магнито-силовым каналам

1 дН 1 ,

- кривизна силовой линии магнитного ноля;

р,.=--- cos9 =--gradj. п

(48.4)

(48. 5)

- кривизна луча; п - коэффициент преломления; dr - элемент длины в направлении, перпендикулярном линии магнитного поля; О - угол между нормалью к траектории волны и линией Н.

Если рассматривается распространение вдоль силовой линии, когда QiSsjO, то в (48. 5) можно использовать коэффициент преломления в виде (см. § 3)

n2 = l

(48.6)

и для двух типов волн

Рг--

ш (О) ± и)д) и>(ш+ Qjj)

X grad, N + [-тФЦ-- grad . . (48. 7)

Соответствующий анализ (48. 3) с использованием (48. 7) позволяет исследовать условие канализации волн вдоль линий Hq, в различных диапазонах частот и оценить значение dN/dr, удовлетворяющие этим условиям. Если вдоль линии (, электроппая концентрация N-N+AN, где JVo - концентрация окружающей среды, то в ряде случаев получается, что для этого достаточно, чтобы AN составляло лишь -10Nq, а ширина канала, например, для НЧ волн - несколько километров. Естественно, что AN, dNIdr и ширина канала, где AN=0, зависят от конкретных условий и частоты волны. В общем из такой лучевой теории следует, что в реальных условиях труднее всего осуществляется захват ВЧ волн частотой свыше или порядка 10 Мгц и УНЧ частотой ниже 1 гц 18011.

Естественно, что лучевое рассмотрение канализации волн во внешней ионосфере пе дает сколько-нибудь полного объяснения наблюдаемых явлений, не описывает энергетических условий захватываемых волн, не определяет их амплитуду и т. п. Однако они позволяют получить ряд важных данных и приведенная схема соответствующих расчетов иллюстрирует плодотворный подход к решению этих задач. Следует отметить, что заключение, полученное в работе 18011 в отношении УНЧ волн, не вполне согласуется с экспериментальными данными. Как мы видели в § 3, УНЧ волны, по-видимому, хорошо распространяются вдоль линий магнитного поля.

Более детальное рассмотрение этих задач с учетом анизотропии ионосферы [8021 показало, что в отличие от аффекта шепчущей галереи , известного в акустике, наблюдаемого также в приземном волноводе, когда волна мом ет скользить только вдоль вогнутой поверхности, в некоторых условиях возможно скольжение волны также вдоль выпуклой поверхности. Кроме того, наряду с видом распространения СНЧ волн типа свистящих атмосфериков с большой дисперсией возможен вид распространения с очень малой дисперсией. В слоисто-неоднородной среде может также возникнуть новый тип канализации волн, отличающийся по характеру от канализации волн вдоль линии магнитного поля.