(рис. 3.18), показывают, что, начиная с высот 10-12 тыс. кж, высотные зависимости n (z) и значения электронной концентрации, по-видимому, вообще неустойчивы и быстро изменяются от случая к случаю, от опыта к опыту. Область колена, где почти скачкообразно изменяются концентрация электронов, а также, как показано в ряде опытов, концентрация ионов, называют границей плазмопаузы.

Детальные исследования плазмопаузы одновремепно па основе анализа свойств электронных свистов, которые наблюдались около земной поверхности в Антарктике (Ф=64, 71° Ю), а также с помощью спутников Алуэтт и ООО , на которых регистрировалось собственное НЧ и СНЧ излучения плазмы и измерялись концентрации протонов Н* и ионов гелия Не*, показали, что различными методами можно определять положение плазмопаузы с точностью примерно в 0,1 [823, 837]. При этом было установлено, что выше границы плазмопаузы число регистрируемых на спутнике свистящих атмосфериков сильно падает и в течение нескольких секунд быстро изменяется характер собственного излучения плазмы.

В одном из опытов появились и (существовали) в течение ограниченного участка траектории спутника (несколько минут) две полосы НЧ волн в окрестности 3,7 и 4, 7 кгц. В другом случае первоначально регистрировалось излучение на частотах 5-8 кгц, а при переходе границы плазмопаузы эти колебания исчезли и появились колебания на частотах 0,6-3 кгц.

Эти явления, по-видимому, подтверждают неустойчивый характер состояния этой области приземной плазмы-границы внешней ионосферы.

Анализ различных результатов наблюдений показал, что во время магнитных бурь профили концентрации частиц Л (z) в окрестности границы плазмопаузы изменяются; плазмопауза приближается к поверхности Земли.

Динамика этого процесса хорошо видна на рис. 3,21, на котором приведены распределения концентрации заряженных частиц n (L), где L=RJRq (Лд - геоцентрическое расстояние над экватором), полученные на спутнике 0G0-3 в различные дни в июле 1966 г. при изменении магнитной возмущен-ности (сплошные линии). На этом же рисунке приведены для одного из этих дней результаты определения n (z) с помощью гидромагнитных свистов (точки) [836, 8381.

При анализе свойств НЧ волн, распространяющихся в ионосфере, и соответственно самих свойств плазмы, в описанных выше методах обычно используются выражения коэффициента преломления и других величин без учета влияния теплового движения частиц. Не исключено, что учет соответствующих кинетических поправок [см. (3. 56)1 в дальнейшем позволит уточнить поведение электронной концентрации, в частности, в области колена- Однако некоторые методы анализа экспериментальных данных принципиально основаны именно на свойствах волн, связанных с влиянием теплового движения частиц.

Прежде всего можно указать, что детальная теоретическая обработка экспериментальной зависимости времени группового запаздывания свистящих атмосфериков в окрестности апогея Л с помощью группового коэффициента преломления (3.56) позволяет определять кинетическую поправку к и соответственно оценить электронную температуру в окрестности вершины траектории распространения сигналов [2801. Однако более адекватен метод определения температуры плазмы по обрезанию пакетов волн в окрестности гирорезонансов, которое нспосрсдственпо происходит вследствие взаимодействия электромагнитной волны с частицами.. Так, условие гирорезонанса на электронах (2. 45) непосредственно определяет на частоте со обрезания свистящих атмосфериков (см. рис. 3. 2, б) продольную составляющую скорости электронов

2 to

где Nq - локальное значение электронной концентрации. Поэтому, оценивая по экспериментальным данным в области гирорезонанса степень убывания амплитуды сигнала, т. е.

можно определить величину

I / dN \

В окрестности апогея траектории заданного свистящего атмосферика, на определенной высоте z.

Для достаточно полной серии наблюдений можно таким образом получить дифференциальный спектр распределения частиц по скоростям для области высот, где обрезаются носовые свисты. Этот метод в работах [278, 279] позволил, например, установить, что на границе внешней ионосферы на высотах 12-25 тыс. км распределение скоростей электронов в области энергии в 200-2000 эв - немаксвелловское. Распределение имеет в хвосте электроны повышенной энергии, что должно способствовать неустойчивости плазмы и возбуждению в ней плазменных колебаний.

Анализ ионных свистов позволяет получать большую информацию о параметрах внешней ионосферы уже начиная от высот в несколько сот километров [287-289]. Используя формулы (3.20), (3.21), можно, например, по значению частоты шз, в которой возникает протонный свист (см. рис. 3.9), определить отношение концентрации протонов iV к концентрации электронов Л . Далее для области гирорезонанса, где время группового запаздывания г ((1)) быстро изменяется с частотой, подставляя в интеграл (3. 73) групповую скорость (3. 67), мощно получить достаточно точно простое выражение [289]

И-7/ +const, (3.80)

производная которого определяет плазменную частоту протонов Qq и, следовательно, концентрацию ионов N. Таким образом, поскольку известно отношение NJN, можно также определить концентрацию электронов в этой области. Амплитуда сигнала в области гирорезонанса, как показано в [2891, зависит в основном от циклотронного затухания на ионах (3. 22), т. е. описывается формулой

P, = 2Jx,rf5. (3.81)

Естественно поэтому, что экспериментальный ход амплитуды сигнала от частоты зависит от тепловой скорости ионов и, следовательно, от ионной

Т. е. температуру электронов в направлении магнитного поля, так как электронная концентрация [и, следовательно, п{т\ определяется по носовому свисту обычным способом, описанным выше.

С другой стороны, число частиц, продольная компонента скорости которых v~Vg, а именно величина {diV/di7,i)8,gii= j, - дифференциальный спектр электронов - связана с коэффициентом циклотронного затухания, когда распределение частиц по скоростям немаксвелловскос [278], следующим образом:

температуры плазмы Т.. Соответствующий метод обработки экспериментальных данных, позволяющий определять Т., развит в работе [289].

Концентрация плазмы на границе внешней ионосферы ж в примыкающей к ней области магнитосферы, как уже указывалось, была получена из анализа времени группового запаздывания (3. 73) гидромагнитных свистов (см. рис. 3.18) [293]. При этом интервалы времени между последовательностью сигналов позволили также определить высоту областей, где возбуждаются эти пакеты волн.

Волны, излучаемые плазмой. в различных опытах наблюдалось весьма большое разнообразие волн, излучаемых самой плазмой. Наряду с непрерывным излучением, охватывающим одновременно широкий диапазон частот и длящимся много часов, регистрируются отдельные пакеты волн дискретного типа продолжительностью лишь в несколько секунд, частота которых варьирует со временем. По своему тину это и чисто поперечные волны, поскольку излучение приходит на земную поверхность, и, по-видимому, продольные волпы, наблюдаемые только в плазме на спутниках. Механизмы возбуждения этих волн также весьма разнообразны.

Часто активность излучения плазмы ассоциируется с геомагнитной активностью, полярным сиянием, потоками частиц, падающих на Землю, электромагнитными волнами, падающими на плазму. Излучение охватывает весьма протяженные области плазмы и наблюдается одновременно над большими участками Земли. Однако в ряде случаев излучение, по-видимому, возбуждается в локальных областях (сгустках) плазмы, которые перемещаются по отношению к наблюдателю, что, в частности, приводит к сложному и непонятному характеру зависимости частоты пакета волн от времени. Еще нет достаточной информации о свойствах и типе этих волн, их спектрах, а также об областях, где возбуждается излучение, и механизмах его генерации, поэтому невозможно использовать большинство соответствующих экспериментальных данных для диагностики плазмы, хотя бы в той мере, как это осуществляется уже для НЧ волн дискретного типа. Однако ряд экспериментальных данных, особенно полученных на спутниках непосредственно в плазме, уже позволяет проводить соответствующую их обработку. Приведем здесь кратко лишь некоторые данные об этих волнах [281, 290-301].

На поверхности Земли регистрируется часто непрерывное излучение в диапазоне частот от нескольких сот герц до 30-40 кгц и выше, или в более узких участках частот. Оно носит характер белого шума . Такие осциллограммы показаны на рис. 3.22, й, б, в. в ряде случаев это излучение охватывает узкую полосу лишь в 1-2 кгц в диапазоне частот 5-10 кгц. Оно наблюдается в течение нескольких часов, а на спутниках непрерывно регистрируется при пересечении областей, географические координаты которых изменяются на десятки градусов.

Другого типа излучение показано на рис. 3. 22, г. Оно имеет прерывистую структуру и состоит из отдельных перекрывающихся на сонограмме пакетов волн - индивидуальных сигналов. Это излучение наблюдается в более узком диапазоне частот, чем непрерывное излучение. Излучение, зарегистрированное на осциллограмме рис. 3. 22, д на спутнике, по предложению авторов работы [295], это продольные ионно-звуковые волны (3.36), возбуждаемые в неизотермической плазме.

Рассмотренные виды излучения еще мало используются для исследования свойств плазмы. Однако на спутниках наблюдаются случаи, когда непрерывное излучение резко обрезается на нижней гибридной частоте [307- 309] (см. рис. 3.23), что связано с резонансным возбуждением соответствующих продольных волн. в этом случае использование формулы (2.18) позволяет определять вдоль орбиты спутника величину если известно значение магнитного поля а следовательно, среднюю массу ионов. Эти дан-