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

JC

A N

Т

L вхр

&?гТ3

вх‘

( P f )

5ІП ff!

(4.36)

£ , Н щ

N

ѳхр

Из (4 .3 6 ), в частности,

следует,

что для изотропных неоднород­

ностей ( L — Т )

зависимость

от направления

<р

падающей вол­

ны исчезает, как

и должно быть.

Нас интересует случай,

когда

сеянных волн

нами принимаются во внимание только

небольшие

значения

ф

. При этих условиях для 6В получается

приблизи­

тельное

выражение

ных неоднородностей, соблюдающих вышеуказанные условия,

если да­

же природа, порождающая такие неоднородности,

различна.

Радиомолель авроральных неоднородностей.

Букер

[ і і

] исполь­

зовал

последнее

выражение коэффициента

обратного

рассеяния

(4.37)

и развил

теорию обратного рассеяния

от авроральных неод­

яснить,

если:

- средняя электронная плотность соответствует

плазменной

частоте

около 10

МГц; в отражающих областях

имеются неоднород­

ности с осью симметрии, параллельной земному

магнитному полю и

имеющие

гауссову

автокорреляционную функцию;

радиус

корреля­

ции вдоль земного

магнитного поля около 10 м;

радиус

корреля­

порядка ІО- 3 .

Букер [1 7 7 ]

предположил, что неоднородности

с

указанными

характеристиками

и спектр

их размеров

обусловлены турбулентно­

стью;

обратное рассеяние

радиоволн определяется

неоднородностя­

ми самых малых размеров,

Букер произвел

предварительную

оценку

размера

и формы

небольших

неоднородностей электронной

плот­

ности,

обусловленных

турбулентностью на уровне

слоя

£

(рис.72}

Кривая,

обозначенная

буквой

L

,

показывает,

как

меня- /

ется

■с

высотой

продольный

размер

неоднородностей

элек­

тронной

плотности,

обуслов­

ленных

небольшими

вихрями.

Кривая

Т

показывает

изме­

нение

с высотой

поперечного

размера

этих неоднородностей.

На высоте

ПО км

величины

L

и

Т

(рис.

72)того

же поряд­

ка,

что

и выведенные

ранее

из

наблюдений радиоотражений

от

полярных сияний.

Кривая

I

(рис.

72) показывает

из­

менение

с

высотой

средней

длины свободного пробега

алектрслов.

Это минимально возможная продольная величина

неоднородностей,

которые могут вызываться

турбулентностью. Кривая,

обозначенная

t

,

показывает ту

же

зависимость для минимальных

поперечных

размеров

неоднородностей:

этот размер зависит от ларморовского

радиуса

электронов, движущихся в земном магнитном поле.

Из

от­

ражений,

полученных в диапазоне 300 МГц, следует,

что

Г « І 0

см.

дратичные флуктуации f(ANe)2} s ~ 500 см"3 по

сравнению с

Ne~ I 0 6 см- 3 .

Отметим, что размеры неоднородностей значительно

меньше

размеров

наблюдаемой структуры видимого

полярного

сияния,чем да­

же можно

было предположить,

считая, что ионизация

производится

тонкими лучами моноэнергичлых электронов, движущихся по

спира­

ли. Однако, как отмечается в

[38

] , не

следует уделять

слишком

много внимания уточнению величин

A N e

и размерам неоднород-

Зак.104

І6І

вален

многими учены™. В частности, один из

возможных механиз­

мов возникновения таких.неоднородностей исследуется в

работе

[і4 ? ]

. Механизм образования неоднородностей

согласно

теории

[147j

— это микронестабильность, известная как нестабильность

устойчивости для высокоионизированной

плазмы

без

учета

соуда­

рений получила значительное развитие

в [і8 0

- 184] .

Плазма,

состоящая из двух взаимопроникающих потоков заряженных

частиц,

будет неустойчивой (продольные

волны

будут расти

спонтанно),

если средняя скорость частиц в

одном

потоке

достаточно

велика

ше на величину

(приблизительно) тепловой

скорости

(2

электронов. Волна неоднородностей,

возникшая

спонтанно,

будет

двигаться

с

приблизительно

акустической

скоростью

плазмы

( 2 К 7 / т е

).

В ионосфере анализ этого процесса

осложняется

наличием соударений

между

заряженными и нейтральными

части­

цами и магнитным полем Земли. Исходя из

уравнения

Боль:мана

и уравнении Максвелла, можно вывести

уравнение рассеяния [І47 ].

Основной

результат, полученный

в С147 ]

.заключается в том,

что интересующие нас

неоднородности

появляются фактически толь­

ко в районах,

имеющих сильные потоки

заряженных частиц,

которые

двигаются

с приблизительно

акустической

скоростью.

При

этом

стигает

величины тепловой скорости электронов,

составляющей

около 80

км/с. Результаты расчетов показывают, что

в

районах,

где сильные ионосферные токи направлены нормально к

магнитиоед

полю Земли, плоские

акустические волны неоднородностей

дейст­

вительно

появляются

спонтанно

и будут распространяться только

тронов чуть больше тепловой скорости ионов, составляющей

около

350 м /с. Типичные ионосферные токи недостаточно сильны,

чтобы