Рис. 2.25. Высотная зависимость электронной концентрации в области D, лолученная на ракетах

о 00

Ю 10

Эле>траиная концентрация Ысм

Рис. 2.26. Различные высотные зависимости N (z) во внешней ионосфере, полученные с помощью ракет и ИСЗ

Рис. 2.27. Высотные зависимости N (г) во внешней ионосфере

а - полученные с помощью высотных ракет; б - полученные с помощью ИСЗ

Электронная концентрация

1000

JZOD

2 800

10 г 5 W

Электронная

10* Z 5 иониентроция, см

Рис. 2.28. Высотные зависимости N (z) во внешней ионосфере, полученные с помощью высотной ракеты

10 Z 5

Электронная

10 Z 5 W концентрация N,см

ДЛЯ случая, когда пе учитывается поляризационная поправка Лоренца. Таким образом, результаты этих опытов дают однозначный ответ о природе эффективного поля в ионосфере и фактически в одном опыте с помощью ракет была завершена долголетняя дискуссия и разрешены связанные с ней сомнения.

Возможности исследования тонких эффектов, которые дают описываемые здесь опыты, видны также из данных, приведенных на рис. 2.22.

В опытах, описанных в работе [33], на расстоянии примерно 80 км от места запуска ракеты был обнаружен весьма острый дополнительный максимум электронной концентрации в области высот 100-102кл* (!) (см. рис. 2.22). Высотно-частотные характеристики, снятые в этот же период, обнаруживали отражения типа £ci,op области частот, превышающих критическую частоту F2.

Этот опыт весьма убедительным образом иллюстрирует электронный характер £<,пор, отличающийся большим градиентом dNIdz. Любопытно подчеркнуть, что поскольку на расстоянии 80 км при подъеме ракеты не было обнаружено сколько-нибудь заметных следов Е , то ясно, насколько резка прострапственпая и временная локализация слоя Е .

Данные об области D ионосферы, полученные в опытах на ракетах, приведены на рис. 2.23-2.25.

На рис. 2.23 показаны распределения электронной концентрации N (z), впервые измеренные, начиная от высоты примерно 50 км [33]. В этих же опытах измерялось отношение амплитуд Е-ЧЕ обыкновенной и необыкновенной волн и зависимости от высоты ракеты. Оно определяет разность коэффициентов затухания этих волн

£4

(2. 75)

В комбинации с измерениями разности коэффициентов преломления п°-w-Wj-щ этим методом была получена высотная зависимость эффективного числа столкновений электронов с нейтральными частицами v в области D (рис. 2.24).

В более поздних опытах главным образом этими методами проводились исследования основания ионосферы. Результаты недавних опытов подобного тина изображены на рис. 2.25. Применялся метод измерений разностей {п-Wg) и -Xg) в комбинации с зондовыми измерениями [323].

Во внешней ионосфере, выше главного максимума NF2, впервые измерения электронной концентрации фазовым методом осугцествлены на ракетах в 1958 г. [28]. Соответствующая кривая зависимости N (г) приведена на рис. 2.26, где она сравнивается с кривой N (z), полученной в 1957 г. из результатов анализа моментов радиовосхода и радиозахода радиоволн (см. рис. 2.6) частотой в 20 и 40 Мгц, которые излучались первым ИСЗ [321. На этом же рисунке нанесены кривые N (z), построенные по результатам фазовых измерений в 1961 г. на ракетах и в 1962 г. на спутниках в другой период солнечной активности.

Зависимости N (z) до высот 2000 км и выше приведены на рис. 2.27 и 2.28. Результаты измерений на ракетах соответствуют единичным запускам высотных ракет [319-322, 351], а кривые на рис. 2.27, б являются средними для одинаковой области широт и долгот; они построены по результатам измерений с помощью спутников в различных пунктах [324, 325]. Группы кривых на рис. 2.27 хорошо согласуются между собой. Следует отметить, что времена подъема и падения ракеты в опытах, результаты которых приведены на рис. 2.28, отличались на различных высотах примерно на 30- 40 мин; пуск ракеты происходил в предвечерние часы. Этим, возможно, и объясняется заметное уменьшение электронной концентрации при падении ракеты.

§ 3- НИЗКОЧАСТОТНЫЕ (НЧ), СВЕРХ- И УЛЬТРАНИЗКОЧАСТОТНЫЕ (СНЧ И УНЧ)

ВОЛНЫ в ИОНОСФЕРЕ

Исследования свойств ИЧ волн, генерируемых в приземной плазме, или волн, излучаемых наземными источниками и распрострапяющихся в ней, играют большую роль при изучении ионосферы. В первых работах этого направления были получены новые данные о внешней ионосфере с помощью свистящих атмосфериков, т. е. дискретных сигналов-пакетов НЧ волн, канализируемых вдоль силовых линий магнитного поля Земли от их источника излучения (грозового разряда) до магнитосопряженной ему точки. Эти исследования были выполнены еще 10-15 лет назад [271- 273]. Однако лишь в последние годы исследования свистящих атмосфериков приобрели весьма широкий характер [274-283]. Существенную роль стали также играть исследования собственного излучения приземной плазмы [281, 299-332], в частности, в СНЧ и УНЧ диапазонах частот и опыты на ИСЗ [284-306].

Сейчас уже стало ясно, что детальный анализ соответствующих экспериментальных данных позволяет глубоко изучать приземную плазму и представляет собой весьма тонкий метод ее диагностики. С другой стороны, очевидно, что НЧ колебания и волны, связанные здесь с различного тина процессами взаимодействия пучков и волн с плазмой и различного типа ее неустойчивости, слул ат также средством для изучения пучков и электромагнитных полей в ионосфере, играют роль в формировании крупномасштабной ее структуры, например, способствуют образованию в ней неоднородностей, в частности продолговатых ионизованных облаков.

Таким образом, изучение НЧ свойств приземной плазмы стало большим разделом в исследованиях ионосферы. Естественно поэтому, что здесь мы вынуждены ограничиться рассмотрением лишь некоторых сторон этих вопросов, главным образом связанных с диагностикой ионосферы.

1. Коэффициент преломления с учетом влияния ионов

Если развернуть формулу (2. 12) для двухкомпонентной плазмы, состоящей из электронов и положительных ионов одного сорта, то нетрудно получить следующие общие формулы для коэффициентов преломления