Седьмая ежегодная конференция Физика плазмы в солнечной системе

Седьмая ежегодная конференция «Физика плазмы в солнечной системе» Институт космических исследований РАН, 6 -10 февраля 2012 АНОМАЛЬНЫЕ КВАЗИПЕРИОДИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ В ВЕРХНЕЙ ИОНОСФЕРЫ, НАБДЮДАВШИЕСЯ С ИСЗ КОСМОС-1809 ПРИ РАБОТЕ СТЕНДА СУРА В. М. Костин, Г. П. Комраков, Г. Г. Беляев, Е. П. Трушкина, О. Я. Овчаренко Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова, РАН ФГБНУ Научно-исследовательский Радиофизический институт, Нижний Новгород

Опубликованные тезисы доклада 73 АНОМАЛЬНЫЕ КВАЗИПЕРИОДИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ В ВЕРХНЕЙ ИОНОСФЕРЕ, НАБЛЮДАВШИЕСЯ С ИСЗ КОСМОС-1809 ПРИ РАБОТЕ СТЕНДА СУРА В. М. Костин 1, Г. П. Комраков 2, Г. Г. Беляев 1, Е. П. Трушкина 1, О. Я. Овчаренко 1 1 ИЗМИРАН им. Н. В. Пушкова, РАН, kostin@maryno. net 2 ФГБНУ Научно-исследовательский Радиофизический институт, г. Нижний Новгород, Россия В докладе раccмотрены случаи наблюдения аномальных квазипериодических структур с масштабами в сотни км и падением плотности ~ 2 раза 18 и 21 февраля 1991 г. на 5 последовательных витках ИСЗ Космос-1809 в вечернем секторе после прохождения тропического циклона Cynthia в Индийском океане. В эти дни при высокой солнечной активности (W(10, 7) достигало 306) стенд Сура работал два раза по 40 мин. на частоте 5828 МГц, когда спутник был вблизи меридиана стенда. Ранее авторами было показано, что над тайфунами в верхней ионосфере в большинстве случаев наблюдается резкое возрастание плотности плазмы с квазисолитонными структурами с поперечными масштабами в десятки км. Эти структуры обычно заполнены электростатическими колебаниями вблизи циклотронной частоты гелия, канал 140 Гц ОНЧ комплекса Космос-1809. Такие же структуры обнаруживаются и с экваториальной стороны вблизи аврорального овала, где есть дополнительное энерговыделение в нижней ионосфере. Проанализированы данные ИСЗ Космос-1809 на частоте модуляции излучения стенда Сура 140 Гц 8 и 12 мая 1991 г, 17 декабря 1992 г, 19 и 20 мая 1993 г. Показано, что в аномальных структурах, отстоящих на ~1000 км от стенда, а также в магнитосопряженном районе, ОНЧ турбулентность на частоте модуляции исчезает после выключения стенда с точностью до частоты опроса в 2, 56 с.

Спутник Космос-1809 n Работал: 18 декабря 1986 – 23 мая 1993 n Орбита: апогей - 980 км, перигей – 950 км, наклонение -82, 5 о, период – 104 мин n Исходная информация: сайт ИЗМИРАН [1] n Приборы: 1. АНЧ-2 МЕ – анализатор низких частот в полосе 70 Гц – 20 к. Гц, в отдельных каналах: 140 Гц, 450 Гц, 850 Гц, 4600 Гц и 15 к. Гц [2]; 2. ИЗ-2 – импедансный зонд для измерения Ne и ΔNe [3]; 3. КМ-9 – измерение Те в области 600 – 5000 К [4]; 4. ДЭП – детектор электрического поля

Работа стенда Сура под пролеты ИСЗ Космос-1809 № Дата Время, UT f, к. Гц Р, МВт Режим Fкр ∑Кр Виток 1 18. 2. 91 16: 50 -17: 30 18: 34 -19: 14 5828 280 непр 7, 2 5, 5 13 21051 21052 2 20. 2. 91 15: 56 -15: 58 -16: 06 16: 28 -16: 30 -16: 38 17: 39 -17: 41 -17: 49 18: 13 -18: 15 -18: 23 19: 23 -19: 25 -19: 33 19: 57 -19: 59 -20: 07 9310 17: 50 -18: 00 -18: 10 18: 20 -18: 30 -18: 40 20: 04 -20: 14 -20: 24 5828 9: 05 -9: 10 -9: 20 9310 3 4 21. 2. 91 8. 05. 91 140 7815 110 5827 80 80 4785 75 75 непр мод. 140 непр 140 Гц непр 140 Гц 21077* 21078* 6, 4 21079* 5, 3 21080 7, 0 5, 1 150 непр мод. 850 непр 850 Гц 2 х250 60 непр 140 Гц 11 165 4785 18 17 21092* 21093* 21094 22 22138

Работа стенда Сура под пролеты ИСЗ Космос-1809 № Дата Время, UT f, к. Гц Р, МВт 5 17. 12. 92 9: 50 -10: 03 10: 23 -10: 35 11: 33 -11: 45 12: 05 -12: 18 13: 15 -13: 30 13: 55 -14: 05 9050 Режим Виток 140 непр мод. 140, изл. 5 с, пауз. 10 с непр 140 Гц, Т=15 с, r =10 c 30279* 30280* 30281* 30282 7815 5828 6 20. 05. 93 15: 27 -15: 46 15: 56 -16: 18 17: 08 -17: 27 17: 37 -17: 59 5828 150 140 Гц, изл. 5, пауз. 2 мин 140 Гц, изл. 4, пауз. 2 мин 140 Гц, 5 -2 -5 мин 140 Гц, 4 -2 -4 -2 -4 мин 32411* 32412* 32413 7 21. 05. 93 15: 43 -16: 02 16: 12 -16: 34 17: 57 -18: 19 5828 150 140 Гц, 5 -2 -5 мин 140 Гц, 4 -2 -4 -2 -4 -2 -4 мин 32425* 32426 32427 №* - спутник в южном полушарии

Подавление формирования bubbles в ионосфере при работе стенда Сура

Структура ОНЧ сигналов в верхней ионосфере над стендом Сура при ВЧ нагреве с модуляцией

Вариации плотности в аномальных структурах над СДВ передатчиками, заполненных КНЧ излучениями на частотах модуляции и её 3 -й гармонике ВЧ излучения стенда Сура

Параметры ионосферы на высоте ~960 км восточнее стенда Сура при модулированным 140 Гц ВЧ нагреве

Параметры ионосферы на высоте ~960 км западнее стенда Сура при модулированным 140 Гц ВЧ нагреве

Параметры ионосферы на высоте ~960 км над стендом Сура при модулированным 850 Гц ВЧ нагреве

Параметры ионосферы на высоте ~960 км западнее стенда Сура при модулированным 850 Гц ВЧ нагреве

Подавление формирования bubbles в ионосфере при работе стенда Сура

Параметры ионосферы в полосе ~ 20 градусов над стендом Сура при модулированным 140 Гц ВЧ нагреве

Параметры ионосферы магнитосопряженной стенду Сура при модулированным 140 Гц ВЧ нагреве

Изменение параметров верхней ионосферы над регионом стенда Сура через 5 -15 мин после ВЧ нагрева

Выводы В дополнение к выводам работы [6] выделим следующие результаты: 1. В верхней ионосфере в дневных условиях LT=12 -14 при нагреве ВЧ излучением стенда Сура, промодулированным 140 Гц, в зоне воздействия наблюдается: А) Возбуждение электростатической турбулентности вблизи циклотронной частоты гелия (канал 140 Гц) в полосе Δφ = ± 0, 6 вблизи L = 2, 78, опирающейся на область нагрева на высоте ~ 400 км (слайд 7, виток 22138). Б) Над зоной воздействия на нижнею ионосферу в ближней зоне СДВ передатчика (Нижний Новгород) в области Δφ = ± 1, 7 и Δλ = ± 15 (? ) на частоте модуляции также возбуждается электростатическая турбулентность, но меньшей интенсивности. В центре этой области вблизи L = 2, 64 формируется долготная щель, заполненная канализированными вистлерами. Выключение стенда Сура приводит к демпфированию КНЧ турбулентности (каналы 140 и 450 Гц) и возрастанию севернее магнитного зенита ОНЧ турбулентности (канал 4600 Гц). Этот эффект показан на слайдах 7 и 8 (витки 22138, 30280). В) На L-оболочках, проходящие через удаленные СДВ передатчики ( L = 2, 26 – Рязань и L = 1, 77 – Краснодар), формируются аномальные структуры протяженностью до 15 град. и шириной ~ 70 км, заполненные колебаниями в каналах 140 и 450 Гц, имеющими пространственно – временную структуру ΔNe и ВЧ-излучений с меньшими поперечными масштабами. При включении импульсных посылок Т=15 с, r =10 с эти структуры приобретают соответствующую периодичность, а при выключении стенда Сура, когда спутник находился внутри структуры, она исчезла с точностью до времени разрешения 2, 56 с. Образование таких структур, по-видимому, связано с воздействием бокового лепестка излучения стенда Сура, обогащенного 3 -й гармоникой 420 Гц, а тонкая структура, по-видимому, связана с частотным переключением излучения СДВ передатчиков. Данный вывод можно проверить, сопоставив с циклограммами работы СДВ передатчиков (слайды 7 и 8). 2. Нагрев ионосферы зимой при LT≥ 20 и высокой солнечной активности F 10, 7>250 вызвал следующие эффекты: А) Работа стенда Сура на 2. 6< L <2. 8 в сумеречном секторе проявляется в виде аномальных сигналов в области несколько градусов и ее сложно выделить на фоне обычной сильной шумовой картины в верхней ионосфере над всеми стационарными СДВ передатчиками. Косвенным признаком служит сильная модификация КНЧ-ОНЧ шумов над Архангельским передатчиком. Динамика магнитосопряженных сигналов указывает на то, что возмущения передаются энергичными электронами (слайды 9 -12).

Выводы Б) При ВЧ нагреве происходит подавление западнее магнитного меридиана Суры образования babbles на 1. 1< L <1. 27, которые в этот период регулярно наблюдались за вечерним терминатором. Так 18. 02. 1991 исчезновение babbles наблюдалось на двух витках, когда стенд излучал без модуляции. При первом включение стенда 20. 02. 1991 с модуляцией 140 Гц перед терминатором, когда спутник находился восточнее за терминатором, babbles наблюдались. Последующие включения стенда за терминатором привели к тому, что образование babbles не наблюдалось не только на 2 рабочих витках, но и двух последующих. На следующий день 21. 02. 1991 модуляция была 850 Гц и подавление образования babbles наблюдалось только на двух рабочих витках за терминатором. До этих витков и после они регистрировались (слайды 6, 9 -13). В) Релаксационные процессы через 10 – 20 мин. после продолжительного нагрева (40 мин) вызывают дополнительное поднятие плазмы и ее перенос на восток. Сопоставление параметров плазмы над идентичными СДВ передатчиками в одинаковых условиях указывает на то, что имеется гистерезис, и после работы стенда Сура картина не восстанавливается (слайд 16). 3. Нагрев ионосферы летом перед вечерним терминатором в период низкой солнечной активности F 10, 7<100 вызвал следующие эффекты: А) В освещенной ионосфере северного полушария ВЧ нагрев значительно сильнее проявляется восточнее Суры на 2. 5< L <4. 7 (слайд 14). Б) Регистрация в Южном полушарии колебаний на частоте модуляции 140 Гц и эффектов включения и выключения стенда Сура позволяет утверждать, что его работа проявляется до L < 6 (слайд 15).

Литература 1. http: //www. izmiran. ru/projects/space/KOSMOS 1809/ 2. О. В. Воробьев, Коробовкин В. В. , Михайлов Ю. М. , Рожков В. Б. , Соболев Я. П. Приемная аппаратура для регистрации естественных низкочастотных сигналов и шумов // Аппаратура для исследования внешней ионосферы / Под ред. Г. В. Васильева и Ю. В. Кушнеревсого. М. : ИЗМИРАН. С. 136 -142. 1980. 3. Г. П. Комраков, Иванов В. П. , Попков И. В. , Тюкин В. Н. Измерение электронной концентрации ионосферы методом высокочастотного импедансного зонда // Космич. исслед. Т. 8. №. 2. С. 278 -283. 1970. 4. В. В. Афонин, Гдалевич Г. Л. , Грингауз К. И. и др. Исследование ионосферы, проведенные при помощи спутника «Интекосмос-2» . III. Измерение электронной температуры в ионосфере методом высокочастотного зонда // Космич. исслед. Т. 11. №. 2. С. 254 -266. 1973. 5. 25 лет стенду «Сура» // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 50. № 8. 2007. 6. В. М. Костин, Романовский Ю. А. , Чмырев В. М. , Синельников В. М. , Афонин В. В. , Борисов Н. Д. , Зюзин В. А. , Исаев Н. В. , Комраков Г. П. , Михайлов Ю. М. , Овчаренко О. Я. , Петров М. С. , Намазов С. А. , Селегей В. В. , Соболев Я. П. , Трушкина Е. П. Спутниковые исследования возмущений внешней ионосферы при воздействии мощных КВ-радиоволн на F – область ионосферы // Космич. исслед. Т. 31. № 1. С. 84 -92. 1993. 7. Н. В. Исаев, Костин В. М. , Беляев Г. Г. , Овчаренко О. Я. , Трушкина Е. П. Возмущения верхней ионосферы, вызванные тайфунами // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 50. № 2. С. 253 -264. 2010. 8. Г. Беляев, Костин В. , Овчаренко О. , Трушкина Е. , Бойчев Б. Вариации параметров ионосферы при формировании и развитии тайфунов // Сб. докладов VI международной конференции: Космос, Экология, Безопасность (SES 2 -4 ноября 2010). Болгария. София. ИКИ БАН. C. 83 -90. 9. Г. Г. Беляев, В. М. Костин, О. Я. Овчаренко, Е. П. Трушкина. Вариации параметров плазмы верхней ионосферы после подземных ядерных испытаний // Сб. докладов V международной конференции: Солнечно-земные связи и предвестники землетрясений. Петропавловск-Камчатский. ИКИР ДВО РАН. 2 -7 августа 2010. С. 342 -348. 10. G. Belyaev, Bankov N. , Boychev B. , Kostin V. , Trushkina E. , Ovcharenko O. Observation of Plasma Oscillating Structures in External Ionosphere over Cyclones // Sun and Geosphere. 2012. 11. V. S. Sonwalkar, Inan U. S. , Bell T. F. , Helliwell R. A. , Chmyrev V. M. , Sobolev Ya. P. , Ovcharenko O. Ya. , and Selegej V. Simultaneous observations of VLF ground transmitter signals on the DE 1 and COSMOS 1809 satellites: Detection of a magnetospheric caustic and a duct // J. Geophys. Res. Vol. 99. No. A 9. P. 17511 -17522. 1994. 12. http: //solar-center. stanford. edu/SID/ 13. D. D. Rice, Hunsucker R. D. , Eccles J. V. , Sojka J. J. , Raitt J. W. , and Brady J. J. Characterizing the Lower Ionosphere with a Space. Weather-Aware Receiver Matrix // Radio Science Bulletin. No. 328. P. 20 -32. March 2009.