1.1.7. Аномальное и широкополосное поглощение

Сильное возбуждение собственных колебаний плазмы в области ВГ-резонанса, естественно, приводит к эффективному поглощению энергии как

Рис.4. Аномальное широкополосное поглощение. Возмущение ионосферы осуществляется мощной станцией “Тромсо”. Эффективная мощность передатчика PG=200МВт. Частота f= 4,15MГц. Передатчик работал в периодическом режиме: 1мин. вкл., 1мин. выкл. Интенсивность отраженной волны передатчика представлена на рис.б. Возмущающая волна испытывает сильное аномальное поглощение (20дБ). На рис.а представлена амплитуда пробной волны (ПВ).Частота ПВ f_B=4.22МГц, что на 70кГц выше частоты возмущающей станции. Аномальное поглощение ПВ возникает очень резко: быстрее, чем за 10с после включения возмущающей станции. Величина аномального поглощения ПВ 20дБ. При выключении возмущающей станции эффект исчезает значительно медленнее: за время порядка 20с. Это время определено процессом затухания сильно вытянутых неоднородностей, возбужденных мощной волной в области ВГ- резонанса ПВ.

волны накачки, так и других радиоволн, распространяющихся в возмущенной области. Поглощаются только волны, имеющие, как и волна накачки, обыкновенную поляризацию. Ширина полосы поглощения ( 200КГц) определяется шириной области резонанса и масштабом сильно вытянутых неоднородностей (рис.4).

1.1.8. Перенос модуляции

Широкополосное аномальное поглощение проявляется в своеобразной “кроссмодуляции” радиоволн в F-слое. Если излучение мощной возмущающей станции модулировано некоторой низкой частотой F, то вызываемое ею аномальное поглощение пробных радиоволн другой частоты приводит к появлению у них модуляции той же низкой частоты F. Это явление “переноса” модуляции продемонстрировано на рис.5.

Рис.5. “Перенос” модуляции

1.2. Искусственное свечение ионосферы

Основными линиями оптического излучения при воздействии мощных радиоволн на ионосферу являются красная (630нм) и зеленая (557нм). Обе линии – результат возбуждения атомарного кислорода: О(¹D₂) (красная) и О(¹S₀) (зеленая). Красная линия имеет существенную особенность: очень низкий минимальный уровень возбуждения электронным ударом (1,96эВ), причем максимум свечения тоже низкий и равен 6,4эВ. Вместе с тем излучение в этой линии – переход ¹D₂ – ³P₂ – имеет большое время задержки: t₁130c. Поэтому существенное значение приобретает процесс гашения возбужденного атома за счет его столкновения с другими молекулами и атомами ионосферы. Отсюда следует, что интенсивность излучения красной линии значительно зависит от высоты. В частности, на высотах F-слоя (z300км) гашение не является сильным, а в Е-лое (z110–130км) гашение практически подавляет красную линию излучения.

Зеленая линия имеет более высокий минимальный потенциал возбуждения (4,17эВ), зато высвечивается с очень малой задержкой. Таким образом, свечение зеленой линии определяется только ее возбуждением ударами электронов.

Излучение обеих линий при воздействии мощных радиоволн на ионосферу в области F-слоя наблюдалось многократно на всех мощных станциях, начиная со стенда в Платтевилле. При этом интенсивность излучения в зеленной линии слабее, чем в красной. На рисунке для примера представлено излучение в красной и зеленой линиях, наблюдавшееся на станции HAARP.

Рис.6. Оптическое излучение из возмущенной области ионосферы. Примеры оптического свечения возмущенной ионосферы, наблюдавшегося на станции HAARP в 2002г. Педерсеном и др. (а)Наблюдение свечения в красной линии (630нм). Частота мощной волны низкая: 3,3МГц. Максимальная эффективная мощность излучения (PG)_max =20МВт. В течение первых 20мин мощность PG равномерно нарастала до максимальной, а потом спадала. Затем изучалась зависимость оптического свечения от мощности станции. Станция работала в периодическом режиме: 3 мин. включен., 2 мин. выключен. При этом мощность ее излучения постепенно возрастала от 10% до 100% от (PG)_max, как показано на рисунке штрихованной линией. По оси координат – наблюдаемое свечение в красной линии в Рэлеях (1 Рэлей – 1 млн фотонов света, испущенного во всех направлениях на 1см² площади приемника в 1с). Видим, что свечение возрастает пропорционально мощности излучения PG. Однако при максимальных мощностях возрастание свечения замедляется. Наблюдаемое свечение в красной линии при воздействии радиоволн низкой ч астоты согласуется с теорией.

( б) Наблюдение свечения в красной (630нм) и зеленой (557нм) линиях. Частота мощной волны высокая: 7,8МГц. Свечение зеленой линии (над фоном) составляет почти 1/3 от свечения красной. Эта величина явно указывает на то, что свечение вызывается электронами, ускоренными в ленгмюровской турбулентности. Подтверждение: явное запаздывание (20с) появление свечение зеленой линии по отношению к моменту включения передатчика. Теория объясняет это явление необходимостью прогрева ионосферной плазмы под действием поля мощной волны: прогрев позволяет мощной волне накачки достичь области ленгмюровского резонанса. (в) Одновременные наблюдения в красной (630нм) и фиолетовой (427,8нм) линиях. Высокий минимальный потенциал возбуждения фиолетовой линии (19эВ) явно свидетельствует о том, что эффективная температура ускоренных электронов очень высока. Это вполне соответствует теории многократного ускорения электронов в ленгмюровском резонансе.

Результаты измерений в целом согласуются с теорией. В частности, масштаб излучающей области, составляющий порядка 10–30км, соответствует его оценке в теории многократного ускорения.

Анализ наблюдений и сопоставление с результатами с теории показывают, что при воздействии на ионосферу низкочастотными радиоволнами, МГц, излучение в красной линии определяется интенсивным разогревом электронов ВГ-резонансе, т.е. является следствием значительного повышения температуры электронов, тогда как зеленая линия может появиться только вследствие ускорения электронов в ленгмюровском резонансе. То же относится и к излучению красной линии при воздействии высокочастотным радиоизлучением, МГц. С улучшением разрешения и повышения чувствительности фотокамер стали наблюдаться и другие линии, соответствующие более высоким минимальным потенциальным возбуждениям: 9эВ (777,4нм), 11эВ (3446нм), 19эВ (4278 нм). Излучение этих линий свидетельствует о наличии в возмущенной ионосферной плазме электронов с высокой энергией, появившихся следствием многократного ускорения в ленгмюровском резонансе. Отметим, что наиболее сильное излучение в зеленой линии наблюдается в слое Е-спорадическом. При возбуждении в направлении МZ на станции HAARP это излучение достигает исключительно большой величины (4000рэлей), его можно видеть невооруженным глазом.