Файл: Филипп, Н. Д. Рассеяние радиоволн анизотропной ионосферой.pdf

где

Д

- волновое число,рав­

ное

2 я /а

, Я,

-

радиус-

вектор

начальной

исходной

точки

электронного

м еда и

Ra

-

радиус-вектор

элек­

трона

(рис.

70).

Подставляя

выражения п

из

(4.4)

и

(4.5) в

(4.6)

и интегрируя, получаем:

f - [ 2 t ( l ) - M )

К*] }

(4.7)

при магнитном пале,

параллельном продольной

оси метеора

( Ö IIZ )

и

ЕРас _

елрl~ [ ß t ( j D - M ) K * ]

J

(4.8)

Епад

~ 3 rn $ R fj)i

полнительное условие, что

D

больше

М . Последнее

предполо­

жение не очевидно и ближе к действительности

при амбиполярной

диффузий-,рассматриваемой ниже.

Выражение для мощности

рассеян­

ного

сигнала

можно получить

из соотношения

р

( Ерос ] _

Pj^J

/ Ерас \

■” с " • Л С а а д / -

« х к ; Ч Ь Л /

’

где

Ру - мощность излученного

сигнала и Е/

-

коэффициент на­

г

г

■Р •

я zfipx —

3 а

Е.рас

(4.Э)

Pr -Rpac

/ * * - ш

гп г

Епад

№0 р т

16xzt (D - M )

НЛО)

Pr =

ѲА'Р

с\г

и для метеорного

. —»*■

следа, перпендикулярного к В г

/Э

J

expI

Подставляя

M= 0

в

(4.10)

и

(4 .I I ) , получаем результаты,иден­

тичные результатам

[ і4 5 ]

,

без учета магнитного поля.

КоаМшниент

"магнитной"

диіМіѵзии. Известно, что

заряжен­

ная частица,

двигаясь

параллельно силовым линиям в

однородном

время как при ее движении под каким-либо углом к

силовым

лини­

ям (отличным от нуля) частица

взаимодействует с

магнитным по­

лем, двигаясь по спирали. Очевидно, что электрон,

движущийся

со скоростью диффузии под воздействием градиента

концентрации,

будет

медленнее диффузировать в

перпендикулярном направлении к

магнитному полю, чем вдоль него.

Этот эффект рассматривался Чеп­

меном и Коулингом в [ 172 ]

,

где

показано,

что скорость

ди|фу-

зии,

нормальной

по отношению к

магнитному

полю,

уменьшается в

]+и}*/ ІІ* раз.

Здесь (J

-

гиромагнитная частота и ^

-час­

D - м - D / 7 ( " / ' +ы ) ,

(4.12)

нитного

Р Я

.

Величина напряженности

геомагнитного

поля -

поля на уровне Земли принимается 0,6 •

IO-4

-ßß- .

Напряжен­

ность уменьшается с высотой, слегка видоизменяясь под

воздей­

ствием атмосферных

зарядов, и на высоте^Эб

км

(типичной для

ме­

теоров)

становится

около 0,586 • І0~^

~мг .

Учитывая,

что

е =

= 1,6

•

ІО-19

Wn

и

m = 9,1 •

ІО '^ к г ,

со

для

электрона

принимает значение

107 с Т .

Прямые измерения частоты соударений электрона в

атмосфере

трудно осуществить, поэтому используются аналогичные

данные,

найденные для чистого

азота. Как отмечается в

[і46

]

,

можно

принять

^

= 1,2

• ІО8 Р

, где

Р

- атмосферное

давление

в мм

ртутного столба.

Атмосферное давление

на

высотах

100,

95 и 80 км соответственно составляет:

1,6 «ІО“4 ;

0,9

• ІО-8

и

1,0 • ІО- 2 . Тогда

^

= 2,0

-ІО4 ;

1,0

• ІО5 и 1,2

•

ІО6 с-1 при

соответствующих высотах.

Таким образом, диффузия электронов на высотах,

типичных

для метеорных следов, находится под сильным воздействием

маг­

нитного поля. Причины таковы. При отсутствии внешних сил

час­

ветствующую высоте 95

км, так, что

D -М = D

* І0~4 , из урав­

нения (4 .II) находим,

что

P R

при рассеянии

от

метеорного сле­

да, перпендикулярного магнитному

полю,- меньше в

ІО4 раз,

чем

сигнал, рассеянный таким же

метеорным следом,

но

направленный

вдоль магнитного поля.

Эта разница

в мощности отраженных сигна­

жительные

ионы,

хотя неэффективны

в качестве

рассеятелей

ра­

диоволн,

могут,

однако, значительно повлиять

на движение

элек­

тронов и таким образом изменить эти результаты.

Амбиполярная диффузия. Коэффициент диффузии

электронов в

атмосфере на высоте 95 км приблизительно равен ІО4 м^/с,

в то

время как

для ионов он составляет

около 10

и г / с,

т .е . в

1000

раз меньше. Сразу же после образованіи метеорный

след начинает

расширяться, при этом электроны двигаются

быстрее ионов,

что

приводит

к разделению зарядов и,

следовательно,к

появлению

элек­

тростатического

поля, противостоящего процессу разделения.

Эта

проблема изучалась многими исследователями

[145, 173,

174]

. В

[ 1 7

4 ] показано,

что на протяжении радиоотражения от

метеор­

ного

следа в нем преобладает амбкполярная

диффузия,

так

что

степень диффузии как ѳяектронов,

так и ионов одинакова и харак­

теризуется коэффициентом амбиполярной диффузии

Ъ д .

Кайзер

£і 45] установил,

что в метеорном следе, без

учета магнитного

поля Земли, В д

— 2 B l t где D-

- коэффициент диффузии

только

ионов.

казано

выше,

коэффициент диффузии электронов

уменьшается и

на

высоте

95

км

De < < І)£,если предположить,

что ионы мало под­

вергаются

воздействию магнитного поля,

В работе

[ 146 ]

при­

нимают,

что в

этом случае Вй =

, откуда

D - М =1>і и да­

лее D я» 2 D i .

ные ветры влияют на отраженные

от метеорных следов сигналы.Ес­

ли вектор

скорости ветра W

параллелен

магнитному

полю,

то

уравнение диффузии в направлении

у

будет

~ВГ

TföT

- w - j j —

+ ( ] ) - м ) $ ф

•

(4.13)

Решение для метеорного

следа,

параллельного

оси

г

.будет

п ~

No

eKPj ~ [

Н (jj - м )

*

_l'

] J

p

= [^ s l . 2 ]

N°

У гя3( в ~ м ) exp fCW-64-j ‘ {(D-mJ /.(4 .1 4 )

4-m J

S ^ R ^ J D

Ц £ - м ) а *

При получении выражения (4.14)

был использован ряд приближений,

в результате которых исчезает различие в

значении

W для

слу­

чаев перпендикулярного и параллельного дрейфов.Сравнивая

(4.14)

с (4 .I I ) ,

заметим,

что даже

при скорости

100

м/с мощность

рас­

сеянного сигнала мало изменяется.

Некоторые выводы.

Как видно из (4 .10),

в верхних слоях ио­

носферы на высотах

95 -

105

км мощность рассеяния

от

метеорных

следов, параллельных магнитному полю, имеет

экспоненциальный

спад во времени, который, однако,

может

быть достаточно мед­

ленным при малых значениях величины ( В -М).

Уменьшением коэффициента диффузии электронов в

направле­

нии поперек магнитного поля

(см. §

3,

гл.

Ш)

можно

объяснить

Зак.104

153