Гис. 17.1. Высотные запнси-мости нижтюй ионосферы, полученные с помощью высотных ракет 20 июля 19 3г. [491] (!f=58, 4° С, Х=94<=103./. -=+84)

j - ранета в области D во время полной фазы затмения; 2-4 - через 20, 37 и 67 мин после полной фазы патиепия

ID Z П Б W

Электронная каииантраиия N.CM

хода и тем самым тонких процессов обравовапия различного сорта ионов представляется весьма важной для изучения микрофизики ионосферы.

3) Ход электронной коицеитрации в период затмения зависит от изменения интенсивности ионизующего потока фотонов и тем самым, если оба явления протекают синхронно, это служит доказательством правильности предпосылки, что ионизация происходит за счет поглощения потока фотонов. Если же баланс ионизации устанавливается более сложным образом, скажем, за счет переноса электронов из областей интенсивного поглощения излучения в области, где продукция электронов мала, то ход N {t) должен позволить выявить эти закономерности. Так, из некоторых наблюдений во время затмений было получено, что в области F заметную роль иг-рает вертикальный дрейф электронов [1151.

Итак, во время солнечных затмений решается много вопросов, связанных с изучением образования ионосферы, поэтому постановка соответствующих наблюдений представляет большой интерес.

Опишем коротко один из основных методов ана.пизя результатов наблюдений во время солнечных затмений и приведем некоторые резу.1тьтаты.

Метод опирается на uhujehs высотно-частотных характеристик областей Е и F к широко применяется в различных опытах. Однако в последние годы во время солнечных затмений в ионосферу запускаются также высотные ракеты главным образом для исследования новедения областей/)и Е [523, 5671.

Результаты таких наблюдений приведены для иллюстрации на рис. 17.1, из которого видно, что во время полной фазы затмения электронная концентрация значительно умепьптилась во всей толп1,е областей D и Е.

1. Анализ уравнения баланса ионизации

На фиксированной высоте z изменение электронной ко1И,онтрации описывается для процесса рекомбипационного типа уравнением

{17.1)

а для процесса тина прилипания или перезарядки (см, § 8) уравнением

dN{z t)j t)a,n{X)N{z, t)J{z, 0-3,(2, t), (17.2)

J (z, t) = a(2) рг(z) AifL cos X(0 = / (2) cos {t).

(17.3)

Здесь а (z) - эффективное сечение фотоиопизации; 6 (z) - поток фотонов на высоте z (предполагается постоянным); х (О зенитное расстояние Солнца; п (s) - плотность нейтральных ионизуемых частиц; п (Х) - плотность частиц сорта X, обусловливающих нейтрализацию электронов типа (17,2) со скоростью

Во время затмения, предполагая полную интенсивность боо потока излучения вне ионосферы и распределение его по диску Солнца постоянными, продукция электронов равна

Jiz, t) = J{z) А (t) cos xit), (17.4)

где A (f) - функция покрытия солнечного диска Лупой.

Продукция электронов в виде (17. 4) предполагает, однако, равномерное распределение излучения Солтща по диску. Если же па нем имеются какие-либо локальные образования, то / (г, t) более сложная функция, и лишь одной из его составляющих является правая часть (17. 4). В этом случае J {z, t) содержит дополнительно члены Jt, учитывающие положение и интенсивность i очагов излучения Солнца 111.], 116].

Если теперь численно решить уравнение (17. 1) или (17. 2) для заданных экспериментальных кривых N (z, t), полученных для периода солнечного затмения в результате обработки высотно-частотных характеристик, то можно определить коэффициенты или % и выяснить, какое уравнение ближе удовлетворяет экспериментальным данным. Дальнейшее усложнение этой задачи может состоять в том, что совместно хюшается не одно, а система уравнений для разных высот, например,

---=.J{z)A{t)i,oHx{t)-%{z)N{z, 1)-~ЦУ (17.5)

{V - скорость вертикального дрейфа электронов) и выясняется вопрос о роли дрейфи [1151,

Однако чаще используются более простые, но менее точные приемы обработки экспериментальных данных.

Допустим, что во вре.мя затмения, в зависимости от того, происходит ли оно в периоды, кохда электронная концентрация имеет тенденцию падать или возрастать, экспериментальный ход N (z, t) имеет вид, изображенный на рис. 17.2. Тогда в обоих случаях на кривой N {z, t) можно выбрать две точки, в которых {dN/dt)----0. Одна из них соответствует минимуму (z, t), который сдвинут относительно центра затмения па время Ai вследствие конечного времени процессов нейтрализации электронов. Это время зависит от соответствующих времен релаксации /aoo или 1/Ро- Обозначая в моменты времени и t, когда {dNfdt)~0, все значения параметров индексами 1 и /п, можпо проверить, предполагая, что за отрезок времепи (i-, ) величины / (z), а и постоянны, какое из двух соотношений ближе удовлетворяется:

/Vf Л2 COS

Хдаг

/у, Л] COS гл /J7 \

Коэффициенты или % можпо онределить точнее по ходу кривой (t) во время полной фазы .чатмения, когда / (z, t)0 и

-- -а,ЛЧ1.пи -p,/V. (17.7)

Рис. 17.2, Схематическое изображение хода электронной концентрации (сплошная линия) и относительной интенсивности потока излгучения во время затмения (пунктир)

Рис. 17.3. 3 ость ()(ig>)=l

(кружки) С)0)-1 (крестоки) от зенитного угла х

2,0 W

10 05

W 05

X X у

< и о о о

X X

ZD U0° 60° 80 X

С помощью уравнения типа (17. 6) и было получено, что в областях Е F\. скорость убывания электронов пропорциональна ctiV области F2 - пропорциональна poiV. Результаты такой проверки приведены на рис. 17. 3. Кружками и крестиками нанесены рассчитанные в работе 11171 с помощью несколько измененных уравнений типа (17. 6) отношения правой и левой частей равенств (17. 6). Из рисунка видно, что данные, полученные по различным наблюдениям для Е и Fi закономерно логкатся около единицы, если выбирается первое соотношение (17. 6) (кружки), а по данным для F2 такое согласие дает второе соотношение (крестики).

Приведем также некоторые соотношения для солнечного затмения, получаемые из уравнения простого слоя, часто используемого, как уже указывалось выше, для анализа данных, характеризующих области Е ж Fi.

2. Простой слой

В простом слое высота максимума продукции электронов (обозначаем ее здесь через z,) не зависит от интенсивности источртика ионизации вне атмосферы, так как

z, = Я -Ь In {аПщ sec х), (17. 8)

причем на этой высоте

(17. 9)

Поэтому во время затмения уравнения (17. 1) и (17. 2) характеризуют область с мало изменяющейся высотой, поскольку cos х мало изменяется. Это позволяет относить результаты измерений к высоте максимума слоя

В работе 11181 детально рассчитано, как изменяется электронная концентрация простого слоя во время затмения. Приведем некоторые простые соотношения, характеризующие основные свойства N (t) в этот период.