Physics of auroral phenomena : proceedings of the 35th Annual seminar, Apatity, 28 Februaru – 02 March, 2012 / [ed. board: A. G. Yahnin, A. A. Mochalov]. - Апатиты : Издательство Кольского научного центра РАН, 2012. - 187 с. : ил., табл.

“P h y sic s o f A uroral P h en om en a”, Proc. XXXV A n n u al Sem inar, A p atity, p p . 1 2 7 - 130, 2 0 1 2 © Kola Science Centre, Russian Academy o f Science, 2012 Polar Geophysical Institute ПОГЛОЩЕНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ВОЛН В НАГРЕТОЙ ОБЛАСТИ ИОНОСФЕРЫ А.Б. Пашин, А.А. Мочалов (Полярный геофизический институт КНЦ РАН) Введение В нижней ионосфере частота столкновений электронов с нейтральными частицами достаточно высока для того, чтобы значительная часть энергии высокочастотной электромагнитной волны (ВЧ волны) переходила в тепловую энергию нейтрального газа, т.е., чтобы происходило поглощение волны. Измерения поглощения радиоволн используется для диагностики ионосферы, главным образом, ее D-области. Радиофизические методы, основанные на измерении поглощения радиоволн, носят преимущественно качественный характер, так как регистрируется величина поглощения, проинтегрированная вдоль всей траектории распространения излучения [Дэвис, 1973]. В отдельных случаях удается найти эмпирическую связь величины поглощения и энергетического спектра высыпающихся частиц, по которому рассчитывается высотный профиль электронной концентрации [Collis и др. 1984; Власков и др., 1990]. Поглощение ВЧ волны зависит не только от электронной плотности и концентрации нейтральных частиц; существенное влияние на его величину оказывает электронная температура. Естественные вариации температуры электронов не столь значительны и, обычно, не принимаются во внимание при интерпретации измерений поглощения. При проведении активных экспериментов по модификации ионосферы мощным наземным КВ передатчиком этот параметр изменяется на порядок величины, и изменения поглощения, связанные с возмущениями температуры, могут быть использованы для получения дополнительной информации как о параметрах нижней ионосферы, так и о величине искусственного возмущения. Последнее особенно важно потому, что до настоящего времени не существует методов измерения возмущенной электронной температуры, и наши представления о ее величинах основаны на теоретических работах [Гуревич и Шварцбург, 1973] и результатах численного моделирования [Rietveld et al., 1986; Belova et al., 1995]. Численное моделирование дополнительного поглощения, вызванного изменениями электронной температуры при их нагреве, показало, что при наличии развитой D- области мощность ВЧ волны уменьшится на величину порядка 0.5 дБ, а для ионосферы с низкой электронной плотностью этот эффект не превышает 0.2 дБ [Пашин и др., 2003, Enell et al., 2005]. Измерение дополнительного поглощения Попытка экспериментально зарегистрировать добавочное поглощение ВЧ волн искусственно нагретой областью ионосферы проводилась на установке, регистрирующей вариации космического радиошума, - панорамном риометре IRIS [Кего, 2007]. Метод риометрического поглощения детально описан в [Дриацкий, 1974], использование фазированного массива приемников позволяет изучать поглощение радиоволн, приходящих с различных направлений [Detrick and Rosenberg, 1990]. Риометр IRIS регистрирует космический радиошум в 49 узких лучах, причем девятый луч направлен в область ионосферы над нагревным передатчиком Тромсе и на высоте 90 км имеет сечение примерно такое же, как и луч нагревного передатчика. Увеличение поглощения, связанное с увеличением температуры электронов, вызванного нагревной установкой, было зарегистрировано при статистической обработке данных по поглощению, однако его величина оказалась во много раз меньше ожидаемой [Кего, 2007]. Объяснения того, что наблюдаемый эффект оказался на порядок меньше рассчитанного, дано не было. Вариации поглощения, полученные в нагревных экспериментах на стенде HAARP на Аляске, находится в согласии с расчетами, что позволяет оценить величину возмущения температуры электронов [Безродный и др., 2010]. В цитируемой работе использовался целый ряд упрощающих предположений, что позволило обойтись без численных расчетов для определения возмущенной электронной температуры. Считалось, что поглощение ВЧ волн происходит в небольшом интервале высот, и параметры слоя: его толщина, высота, электронная плотность, невозмущенная частота столкновений, - в его пределах слабо зависят от времени и воздействия нагревного передатчика. Такой подход приводит к тому, что величина дополнительного поглощения не зависит от электронной плотности и линейно зависит от величины возмущения частоты столкновений. Были проведены оценки возмущений электронной температуры для двух нагревных экспериментов 21.02.2008 и 30.10.2008. Особенностью данной работы является также то, что поглощение регистрировалось для дискретных источников космического радиошума. Обычно интервалы регистрации радиошума от мощных дискретных источников исключаются из рассмотрения из-за мерцаний (сцинтилляций) сигнала, вызываемых ионосферными неоднородностями. Требуется достаточно продолжительный интервал наблюдения, чтобы 127