Вестник МГТУ. 2017, том 20, № 1/2.

Вестник МГТУ. 2017. Т. 20, № 1/2. С. 219–230. DOI: 10.21443/1560-9278-2017-20-1/2-219-230 219 УДК 550.388.2 С. М. Черняков Экспериментальное определение эффективных коэффициентов рекомбинации в D -области ионосферы высоких широт во время солнечных затмений по данным метода частичных отражений Фотохимическая теория процессов в нижней ионосфере сложна и до конца не разработана, поэтому введение эмпирических эффективных коэффициентов, определяющих суммарную скорость нескольких реакций, получило широкое распространение при моделировании D -области ионосферы. Экспериментальные возможности получения значений эффективного коэффициента рекомбинации достаточно ограничены. Один из методов, позволяющих определить эффективные коэффициенты рекомбинации, использует явление солнечного затмения. В основе этого метода лежит идея Э. Эплтона о подобии поведения линейной индуктивной цепи и изменения электронной концентрации в ионосфере на фиксированной высоте при отсутствии процессов переноса, изменении скорости образования электронов во времени и исчезновении свободных электронов за счет рекомбинации. По аналогии с постоянной времени электрической цепи Эплтон назвал реакцию ионосферы на процесс ионизации инерционностью ионосферы с характерной постоянной времени τ, которую называют также "временем релаксации" или просто "постоянной времени ионосферы". Во время солнечных затмений 11 августа 1999 г., 1 августа 2008 г., 11 июня 2011 г., 20 марта 2015 г. на установке частичных отражений, расположенной на радиофизическом полигоне "Туманный" (69.0 с. ш., 35.7 в. д.), проведены регистрации амплитуд отражения обыкновенной и необыкновенной волн. Исходя из полученных данных, рассчитано двумерное (время, высота) распределение электронной концентрация n e на высотах D -области ионосферы. Это позволило определить поведение электронной концентрации во времени на выбранных высотах (временные профили электронной концентрации на выбранных высотах). На основе полученных экспериментальных профилей рассчитаны эффективные коэффициенты рекомбинации на высотах D- области ионосферы. Процессы переноса плазмы (например, распространение акустико-гравитационных волн, вертикальные движения) во время затмений повлияли на поведение временных профилей электронной концентрации на высотах D -области ионосферы. Это привело к тому, что на некоторых высотах D -области ионосферы определение эффективного коэффициента рекомбинации стало невозможным. Ключевые слова: нижняя ионосфера, солнечное затмение, эффективный коэффициент рекомбинации. Введение Наиболее трудной для экспериментального и теоретического исследования является D -область ионосферы. Фотохимия процессов в D -области ионосферы достаточно сложна и до конца не разработана. Требуют уточнения фотохимические схемы, существуют неопределенности в коэффициентах отдельных реакций и концентрациях малых нейтральных составляющих. Поэтому введение эффективных коэффициентов рекомбинации (ЭКР), определяющих суммарную скорость нескольких реакций, получило широкое распространение при моделировании нижней ионосферы, особенно D -области [1; 2]. Возможности получения значений ЭКР ограничены, поэтому большое значение имеют все экспериментальные методы, которые могут их определить. Один из таких методов основан на наблюдении изменений электронной концентрации (ЭК) в ионосфере во время солнечного затмения (СЗ) [3]. Интенсивность солнечного ионизирующего излучения во время СЗ имеет кратковременное и известное поведение, что позволяет исследовать фотохимические процессы при известных входных параметрах. Временная задержка между максимумом затмения (минимумом солнечного излучения) и минимумом ЭК во время затмения позволяет рассчитать ЭКР на рассматриваемой высоте ионосферы при известной величине электронной концентрации. Этот метод с хорошим приближением можно использовать при отсутствии переноса электронов, что выполняется не всегда. Появление акустико-гравитационных волн (АГВ), вертикальные движения плазмы и т. п. во время затмения, меняют идеальную картину поведения ЭК, которая должна быть подобна изменению ионизирующего излучения Солнца во время затмения. Это усложняет возможность получения значений ЭКР на основе экспериментальных данных и требует дополнительных методов анализа. Определение эффективного коэффициента рекомбинации во время солнечного затмения Величина электронной концентрации в месте наблюдения может изменяться в зависимости от скорости ионизации, процессов переноса плазмы в области наблюдения, а также в результате исчезновения свободных электронов в процессе рекомбинации или прилипания к нейтралам. Рекомбинация представляет собой процесс, обратный ионизации, т. е. процесс нейтрализации. Ввиду сложности процессов рекомбинации в каждой отдельной реакции исчезновения электронов для описания процесса рекомбинации вводят эффективный коэффициент рекомбинации α эфф , который определяют как суммарную скорость исчезновения электронов в нескольких реакциях за единицу времени в единице объема. Подобным образом вводят понятие эффективной скорости образования электронов q , которую определяют как количество электронов, появившихся в единице