Иванов В.Е. Прохождение электронных и протонно-водородных пучков в атмосфере Земли. Апатиты, 2001.

Прохождение электронных и протонно-водородных пучков в атмосфере Земли Глава 1 АВРОРАЛЬНЫЕ е-р-Н ЧАСТИЦЫ В ВЫСОКОШИРОТНОЙ АТМОСФЕРЕ ЗЕМЛИ 1.1. Высокоширотная ионосфера и характеристики е-р-Н пучков Ионизованная часть верхней атмосферы, содержащая свободные электроны и ионы, называется ионосферой. Собственно ионосфера начинается с высот примерно 50- 60 км. Во всех ионосферных слоях (D, Е, FI, F2) заряженные частицы являются малой примесью к нейтральной атмосфере и лишь на высотах ~ 1ООО км, то есть у основания протоносферы, концентрации заряженных и нейтральных частиц сравниваются /2,54,72/. К высокоширотной ионосфере относят ионосферу на геомагнитных широтах Ф>65°, включающих авроральную зону (Ф«65-75°) и полярную шапку (Ф>75°). Высокоширотная ионосфера существенно отличается от среднеширотной. В значительной степени это связано с тем, что структуру высокоширотной ионосферы равно как и динамику протекающих в ней процессов, определяют не только коротковолновое излучение Солнца, но и потоки высыпающихся частиц (электронов, протонов) магнитосферного или солнечного происхождения. Более того, во время полярной ночи в неосвещенной солнцем ионосфере корпускулярные потоки являются основной причиной ионосферных возмущений. Разделение ионосферы на высотные области D (высоты от 90 до 100 км), Е (высоты от 90 до 140 км), F1 (высоты от 140 до 200 км) и F2 (высоты от 200 до 1000 км) связано с особенностями ионограмм вертикального зондирования ионосферы - существованием отражений от расположенных одна над другой областей с большими вертикальными градиентами электронной концентрации, указывающих на слоистую, приблизительно горизонтально стратифицированную структуру ионосферы. Границы между этими областями довольно условны и изменчивы /2,43,54,72/. Формирование профилей электронной концентрации, равно как и вся совокупность физико-химических процессов, протекающих в различных областях не освещенной Солнцем высокоширотной ионосферы, инициируется проникшими на эти глубины потоками электронов и протонов магнитосферного или солнечного происхождения. Глубины проникновения авроральных частиц, высотные профили энерговыделения и скоростей образования компонент ионосферной плазмы в различных возбужденных состояниях зависят от особенностей начального энергетического спектра, питч-углового распределения электронных и протонных потоков, а также от характера диссипативных процессов, протекающих в авроральной ионосфере. Электроны с начальными энергиями 30-100 кэВ осаждаются в основном в D- области. В Е-области диссипируют электроны с энергиями порядка 1-30 кэВ. С временной изменчивостью и пространственной неоднородностью высыпаний частиц данного диапазона энергий связано существование разнообразных типов спорадических слоев в Е-области ионосферы и различных форм полярных сияний в ночной области аврорального овала. В областях F1 и F2 в основном осаждаются высыпающиеся электроны с энергиями порядка или меньше 1 кэВ. Потоки электронов с такими характерными энергиями доминируют в дневном секторе авроральной зоны. Многочисленные запуски спутников и ракет в высокоширотную ионосферу позволили получить обширную информацию о формах энергетических спектров, питч-угловых распределений и потоках высыпающихся электронов в различных областях аврорального овала в разнообразных геофизических условиях /5, 78, 112, 127, 136, 142, 145, 146, 153, 154, 261, 290, 291, 352/. Было установлено, что лентообразные формы (дуги, полосы) и диффузное свечение с яркостью не выше двух баллов в большинстве случаев формируются электронными потоками, энергетический спектр которых имеет 13