По данным некоторых опытов Vq увеличивается с высотой [3711.

В одной из ранних работ [451 были получены кривые распределения углов бо, изображенные на рис. 5.24. В этих опытах, проводивгпихся па двух фиксированных частотах, отношение которых было 2 : 1, с большей точностью подтвердилась пропорциональность 0 длине волны А [см. (5. 60)), получаемая для узкого углового спектра пука волн. Из различных опытов [461 следует, что пределы изменения 0(1-1-20°, а наиболее вероятные вначеиия 6 0,5--3°, причем нет гарантии в том, что эти данные не включают также результатов измерений в условиях возмущенной ионосферы. По-видимому, для различных областей ионосферы {Е и F) наиболее характерны значения

601-5°. (5.121)

Используя значения 6д, получаем радиус отражающей области ионосферы на высоте - 100-120 км\

zb2-2 км.

(5.122)

Линейные размеры мелкомасштабных неоднородностей в областях Е я F

02001000 (5.123)

Гистограммы значений рассчитанные методом анализа пространственного коэффициента корреляции, приведены на рис. 5.25 [451. Наиболее часто

200-300 м, (5.124)

причем до сих пор не выявлено какой-либо зависимости от высоты.

W 15 го 25 30 35 , град

Е(г,имга}

F(z.u Мгц)

иоо гоо W0

Рис. 5.24. Распределение экспериментальных значений ширины углового спектра % рассеянных волн

Рис. 5.25. Распределение окспериментальных значений размеров мелкомасштабных неоднородностей

11 Я. Л. Альперт

Рис. 5.26. Распределение экспериментальных значений размеров неоднородност(!11 р, наблюдаемых при исследованиях мерцания интенсивности радиозвеяд (слой F

Рис. 5.27. Распределение экспериментальных значений флуктуации электронной плотности bN

В различных экспериментах показано, что мелкомасштабные неоднородпости 0 имеют в среднем вытянутую (эллипсоидальную) форму. Они вытянуты вдоль вектора магнитного поля. В области F 2 отношение полуосей эллипсоида в среднем порядке 2:1 : 1. Более крупные неоднородности с линейными размерами до нескольких десятков километров, по некоторым данным, имеют отношение полуосей порядка 4:2:1 [399]. Отметим, однако, что корреляционные методы, с помоп1;ью которых исследуется форма неоднородностей, сами по себе предусматривают определенную форму неоднородностей. Поэтому вопрос об их истинной форме нельзя еще считать ретеппым.

Следует иметь в виду, что приведенные значения о, по-видимому, наибольшие из существующих мелкомасштабных неоднородностей. Это утверждение основано на приведенных выше физических соображениях, из которых ясно, что при вертикальном зондировании ионосферы наибольший вклад в поле отраженных волн дают волны, рассеянные на максимально больших неоднородпостях. Таким образом, не исключено, что спектр ионосферных неоднородностей значительно шире наблюдавшегося в указанных опытах. В этой связи особенно интересны результаты опытов на ультракоротких волнах [47], из которых были определены значения t [41]. В этих опытах измерялись интенсивности рассеянных волн на фиксированных частотах на различных расстояниях от излучателя, а также на различных частотах в одной точке. По этим данным способом, описанным в предыдущем разделе [см. формулу (5. 116)], были рассчитаны оптимальные размеры I неоднородностей, рассеивающих максимально при заданных значениях угла 6. В итоге получились значения

(5.125)

Так как в указанной серии опытов рассеяние ультракоротких волн, по-видимому, происходило на высоте z 80 км, то, видимо, здесь имеются неоднородные образования, линейные размеры которых - порядка нескольких метров. Однако это не исключает возможности наличия в этой области высот мелкомасштабных неоднородностей больших размеров, которые должны проявляться в опытах другого типа. Столь же малые хюни-зованные неоднородности ранее не были обнаружены именно потому, что в прежних опытах эффект рассеяния на малых неодпородностях был сравнительно невелик. С другой стороны, необходимо отметить, что радиоаст-

§ 6. ДРЕЙФ НЕОДНОРОДНЫХ ИОНИЗОВАННЫХ ОБРАЗОВАНИЙ.

ВЕТРЫ В ИОНОСФЕРЕ

Помимо хаотичного движения неоднородностей в ионосфере наблюдается также регулярное перемещение ионизованных образований различного типа. Это перемещение называют обычно дрейфом или ионосферным ветром. Регулярное перемещение неоднородных образований вовсе не обязательно связывать с дрейфом плазмы в неоднородном постоянном магнитном поле Земли вдоль gradjffo или с дрейфом в магнитном поле, обусловленном неоднородностью ионосферы по высоте и горизонтали вдоль grad N {х, у, z). Ионосферный ветер не всегда можно ассоциировать и с общей циркуляцией ветров в атмосфере - движением нейтральных частиц, хотя в областях D и Е, по-видимому, действительно существует единая циркуляция [3751. Процессы регулярного перемещения неоднородных образований значительно сложнее. Они являются результатом действия различного вида двшкений и сил, и часто вообще неизвестно, описывают ли наблюдаемые в различных опытах явления регулярное перемещение среды или волнообразные в пей процессы.

Вопрос о происхождении ионосферных ветров, если иметь в виду как нижнюю, так и внешнюю ионосферу, - теоретически весьма многообразная и сложная электродинамическая задача. Частично она связана с так называемой динамо-теорией суточных вариаций магнитного поля Земли. Однако при переходе во внешнюю ионосферу решать ее только на основе магпитогид-родинамического подхода к происходящим здесь явлениям нельзя, требуется кинетическое рассмотрение. Процессы регулярного переноса плазмы усложняются.

Другая сторона этой проблемы - происхождение самих ионизованных неоднородных образований. Естественно, что возхшкающий по той или иной причине ионосферный ветер может приводить (например, вследствие тур-булизации плазмы) к образованию неоднородностей, по движению которых наблюдается ветер. По-видимому, мелкомасштабные неоднородности часто возбуждаются именно таким образом. Однако возможны здесь и диффузионные механизмы их образования. Наряду с этим в плазме легко могут возникать волновые процессы, в частности, в результате взаимодействия с потоками заряженных частиц, вследствие неизотермичности плазмы, конвективной ее неустойчивости и т. п. При наличии общего регулярного движения плазмы эти процессы усложняются и со своей стороны могут регулировать характер самого ветра или даже способствовать возникновению регулярных движений, если эти явления охватывают достаточно крупномасштабные области атмосферы. Таким образом, все эти вопросы составляют самостоятельный большой раздел современной физики. Здесь мы ограничимся лишь

рономические наблюдения дозволили установить, что в более высокой части области F2 размеры ионизованных облаков Ро<= 3-г5 км (рис. 5.26).

Отклонения электронной плотности мелкомасштабных неоднородностей от среднего значения N изменяются от нескольких сотых до нескольких тысячных и, по-видимому, мало зависят от высоты (рис. 5.27). Достоверность этих данных еще невелика. Но и линейные размеры неоднородностей о как и скорости их хаотичных движений z; , вероятно, тоже мало изменяются с высотой. Этот факт кажется неожиданным и непонятным, так как в этом диапазоне высот такие величины, как длина свободного пробега и плотность нейтральных частиц, изменяются примерно в 10 раз, плотность электронов- в 10-10* раз, температура- в 5-10 раз. Естественно, что удовлетворительное объяснение этим фактам будет найдено лишь, когда будут поняты сами механизмы этих явлений.