z=~ COS Y di e- л

1 - exp

[cm, (8. 5)1, где

Nj: = J Ndz. (8. 73)

При этом N рассчитывалось по высотно-частотным характеристикам ионосферы. Такая обработка результатов измерений дает среднее значение в области высот Zq z .

4. Определение коэффициентов различных реакций и продукции электронов

В заключение рассмотрим кратко некоторые результаты определения коэффициентов рекомбинации, продукции электронов и других величин, характеризующих баланс ионизации в ионосфере по экспериментальным данным или на их основе путем теоретических расчетов. Приведенные данные в основном получены при радиоисслсдованиях ионосферы и распространения радиоволн.

Коэффициенты рекомбинации. Эффективный коэффициент рекомбинации часто определяют методом численной обработки временного хода электрон-1Г0Й коьщентрации с помощью уравнения (8. 39). При этом в ряде случаев используется метод дискретных точек, т. е. решаются попарно Системы алгебраических уравнений для заданных значений N, N, {dNldt) и (dNIdt) в момспты времени и и определяются значения а, и Jq. Для этого в уравнении (8. 39) необходимо умнояшть продукщгю электронов на функцию А {t), описывающую изменение интенсивности источника ионизации. В обычных условиях Л (f) дасоз ) (f), где X - зспитное расстояние Солнца. В итоге из (8. 39) следует

Для двух симметричных точек относительно полудня (8. 70) упрощается, так как cos (i) -cos х ih) если основной фон излучения Солнца пе изменяется. Применяются также численные методы решения дифференциального уравнения (8. 39) для отдельных участков экспериментальных кривых суточного хода N {t). Такой метод используется, в частности, д.ля обработки результатов иаб.пюдений во время солнечных затмений, когда функция А (t) описывает временной ход покрытия Солнца.

Нерегулярность N (t) не всегда позволяет аккуратно обрабатывать экспериментальные данные, поэтому стараются выбирать такие моменты, когда ход N (t) достаточно плавный и пе усложнен побочными эффектами. Такие условия, в частности, бывают в период солнечных затмений. Наиболее просто, казалось бы, определять величину ночью, когда источник ионизации выключен и кривая N (t) должна быть гладкой и иметь вид

=Гта- {8-71)

Однако ночной ход ионизации обычно не следует формуле (8, 71), и таким путем удается определять лишь в ранние вечерние часы и до восхода Сольща. Днем кривые N {t) сглаживаются. Подобная обработка экспериментальных данных, особенно в области F2 летом часто приводит к противоречивым результатам.

В некоторых исследованиях указанным образом определялись значения по полной электронной концентрации, т. е. решались уравнения

-а sec х\ ndz j - о j N4z (8. 72)

В нижней части ионосферы (область D) коэффициент рекомбинации определялся другими методами (см., например, [85]).

Имеется ряд данных, свидетельствующих о действии источников ионизации, обусловленных не только электромагнитным излучением Солнца. В ряде работ предполагается, что ночью имеются постоянно действующие источники ионизации. Большую роль также играет динамика зарядов из смежных крупномасштабных областей ионосферы вдоль магнитного поля, например из освещенных областей ионосферы в затененные, из средних широт в арктические районы и т. д. Поэтому обработка экснериментальпых данных с помощью уравнения (8. 39) к тому же без учета члена div (NV) имеет лишь приближенный характер. Тем не менее многолетние радиомсслсдопания нона-зали, что этими методами получено множество данных о различных параметрах ионосферы ( о, /о, \ и т. д.), которые в среднем, а часто и в деталях, совпадают с результатами прямых опытов и теоретических расчетов.

Таблица 8.9

Эффективные коэффициенты рекомбинации (в слгЗ/сек) но результатам

радиоизмерений

Периоды наблюдений

Область F1 Z <= 170-200 гт

Пределы изменения Со

Область ¥-lz 200350 пм

Пределы nsMiiitmiH

До 1945-1946 г. (19]

До 1957-1958 г. [1]

Современные данные [416-417]

(2->8).10-9 5 -ю-о-г -10-6

5,5-10- 7.10

(5-МО).10-9

4.10-11-10-1 7 .10- -8 -10 1

4.10-11-10-3

.10-4

(300-2) 1 St 10~4 ехр --- сек~

О, е -10-8<)-- И14]

9 -10- 2.10-10

4.10-10

Из анализа многочисленных экспериментальных данных для разных пунктов земного шара и разных времен суток получены значения а приведенные в табл. 8.9. Представлялось интересным сравнить данные, полученные в различные периоды радиоисследований ионосферыс данными последнего времени. Более ранние результаты хорошо согласуются с современными значениями а. Это обстоятельство представляется весьма важным и доказывает, что методы анализа процессов в ионосфере на основе различных результатов радиоисследований вполне пригодны для этой цели. Радиометоды определе-

Рис, 8.9. Высотная зависимость иффсктивтюго коэффициента рекомбинации [475]

кружочками нанесены значения -о, ирииедеаные в табл. 8.9 и 8.10

250 350 Высота Z

ния czq по существу являются энергетическими методами. Если в ряде случаев анализ результатов этих опытов и не позволяет детализировать те или иные свойства микропроцессов, то опи тем пе менее дают правильные средние количественные их характеристики и, кроме того, позволяют обнаруживать новые микропроцессы. Например, радиоисследования ионосферы позволили вполне уверенно показать не только количественное нарушение чисто фото-рекомбипациошюй нейтрализации зарядов в области 2, но и установить новую зависимость - переход от квадратичной зависимости реакции к линейной. Это заставило предположить действие процесса диссоциативной рекомбинации, что и подтвердило обнаружение ионов N0 в ионосфере с помощью ракет и ИСЗ. Другим таким примером могут служить результаты детального анализа процессов ионизации в области D, которые привели к доказательству, что космические лучи частично участвуют в ионизации основания ионосферы.

Большой интерес представляет зависимость ос от высоты, времени суток и сезона на разных уровнях ионосферы.

Высотная зависимость эффективного коэффициента рекомбинации, приведенная на рис. 8.9 по данным работы [21G, 475], представляет собой, в частности, обобщение соответствующих результатов измерений ос.

Имеются указания [80, 87] на то, что днем достигает минимума около полудня; это видно, например, из рис. 8.10, на котором приведены результаты вычисления Д максимума области F2 (z да 310-7-340 км) для пункта наблюдений в Москве. Ночью о растет. По некоторым данным сезонный ход ttf, достигает минимума в летние месяцы (рис. 8.11).

Различные результаты определения в области D приведены в табл. 8.10, где, кролге того, дамы значепип \ (отношение концентраций отрицательных ионов и электронов) и коэффициента диссоциативной рекомбинации а-Пределы изменения этих величин соответствуют наиболее часто приводимым в литературе данным, а не всему интервалу изменения их значений, которые весьма велики в различных работах. В области D величина \ и соответственно ttjj весьма сильно изменяется с высотой. По различным данным ночью \ и a увеличиваются на заданной высоте в 10-100 и большее число раз. Данные о диссоциативной рекомбинации (см. также табл. 8.6) в общем согласуются со значениями [см. (8.42)].

При численной обработке временного хода электронной концентрации, скажем, на высоте максимума электронной концентрации помимо значений о определяется также продукция электронов:

1 -I

си sec xz

(1 + Ц ч

(8. 74)