WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |

Источником крупномасштабных (m~1) Рс5 волн является поток солнечной плазмы, обтекающий фланги магнитосферы. Механизмы же возбуждения и свойства колебаний в номинальном Рс5 диапазоне во время магнитных бурь, вообще говоря, могут быть отличны от Рс5 в магнитоспокойное время.

В 5.5 исследуется общепланетарная структура магнитной активности, высыпаний энергичных частиц и колебаний диапазона Pc5-6/Pi3 (1.7-10 мГц) во время главной фазы бури 15.05.1997 с использованием глобальной сети магнитных и риометрических станций. Для визуализации азимутального распространения возмущений на суб-авроральных широтах разработана техника MLTUT диаграмм. Эти диаграммы показали, что ионосферный западный электроджет во время бури резко усиливается в утреннем секторе, а восточный – в вечернем секторе. Интенсивная УНЧ активность во время бури наблюдается в двух областях: в ранние утренние часы и в вечернем секторе. В утреннем секторе усиление западной электроструи и УНЧ колебаний сопровождается усилением электронных высыпаний. Первая область возбуждения колебаний связана с инжекцией энергичных электронов, а вторая – с инжекцией протонов кольцевого тока. В 5.5 показано, что низкочастотные колебания во время главной фазы магнитной бури отличаются по своим физическим свойствам от обычных Pcволн. Предложен новый механизм возбуждения иррегулярных низкочастотных колебаний, обусловленный нерезонансным возбуждением дрейфующими энергичными частицами, а не потоком солнечного ветра. По результатам кросс-спектрального анализа поперечной структуры интенсивных широкополосных УНЧ волн по данным сети IMAGE, их азимутальный масштаб в вечернем секторе магнитосферы ~500 км, что примерно на порядок меньше, чем требуется для выполнения условия резонанса с дрейфующими высокоэнергичными электронами. Обнаруженные особенности Рсколебаний во время фазы роста бурь накладывают ограничения на возможность использования моделей дрейфового резонанса и ускорения электронов этими колебаниями.

В 5.6 выдвинуто предположение о возможности нового эффекта взаимодействия между геофизическими средами - радиальная диффузия и ускорение частиц внутреннего радиационного пояса, стимулированные интенсивными акустическими движениями в верхней атмосфере.

Теоретическая модель показывает, что осцилляции магнитосферно-ионосферной токовой системы, вызванными периодическими акустическими движениями, в результате резонансного периодического воздействия на захваченную радиацию на малых высотах приводят к образованию моноэнергетической группы ускоренных электронов. В целом, рассмотренный физический сценарий представляет собой по сути своеобразный "геосинхротрон". Этот теоретический сценарий подтвердился обнаружением воздействия тайфунов на высыпания электронов. В последнее время “геосихротронный” механизм широко используют для интерпретации ускорения Рс5 пульсациями релятивистских электронов – “убийц” спутников во время магнитных бурь. В отличие от возмущений в номинальном Рс5 диапазоне во время главной фазы бури, Рс5 волны на фазе восстановления могут эффективно ускорять энергичные электроны до релятивистских энергий. Этот физический механизм лежит в основе ULF индекса, предложенного в качестве нового параметра космической погоды.

Глава VI. ВОЗМУЩЕНИЯ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ И ИОНОСФЕРЫ АНТРОПОГЕННЫМИ, АТМОСФЕРНЫМИ И ЛИТОСФЕРНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ Детальное знание морфологии и механизмов естественных вариаций геомагнитного поля, описанные в предыдущих главах, позволяют среди кажущегося хаоса возмущений выделить слабые аномальные сигналы, связанные с источниками не-магнитосферной природы, такими как:

- наземные химические и подземные ядерные взрывы, старты ракет;

- метеоявления (ураганы, тайфуны, грозы);

- деформации и трещинообразование земной коры при подготовке землетрясений.

Эти процессы связаны с выделением большого количества энергии и затрагивают все геофизические оболочки (литосферу, атмосферу, ионосферу и магнитосферу) и физические поля Земли. Экспериментальные факты, свидетельствующие о взаимном влиянии между процессами, протекающими в различных геофизических средах, требуют рассмотрения геофизических оболочек как единой системы. В гл.6 дан краткий обзор работ автора по поиску эффектов в геомагнитном поле и ионосферной плазме от источников техногенной, метеорологической и сейсмической природы. Многие из этих работ оказались пионерскими, и в дальнейшем получили широкое развитие.

Многочисленные эксперименты по изучению динамического взаимодействия между атмосферой и ионосферой показали, что ионосфера может служить чувствительным индикатором естественных и антропогенных источников возмущений. При допплеровском радиозондировании ионосферы выявлены импульсные и волновые возмущения, возбуждаемые такими мощными источниками инфразвука, как землетрясения, цунами, ядерные и промышленные взрывы, грозы и ураганы, работа ракетных двигателей. Данные наблюдений хорошо укладываются в простую физическую картину: акустическая волна, распространяющаяся вверх в атмосфере с экспоненциально спадающей плотностью, увеличивает свою относительную амплитуду, и на ионосферных высотах модулирует ионосферную плазму. Поэтому ионосферное зондирование позволяет обнаруживать следы инфразвуковых возмущений, которые в приземном слое практически неразличимы на фоне атмосферных шумов.

Например, взрыв, как когерентный источник акустического возмущения, должен вызвать больший эффект в ионосфере, чем некогерентный источник – землетрясение.

В этих экспериментах ионосферная плазма по существу играла роль пассивного экрана. В 6.приводятся свидетельства существенной роли активного взаимодействия нейтральной и ионизированной компонент в динамике системы атмосфера-ионосфера.

6.1. Взрывы, метеоявления и запуски ракет В этом разделе кратко описаны новые механизмы возможного воздействия взрывов на ионосферу и геомагнитное поле и результаты поиска предполагаемых эффектов.

Акустическая волна взрыва, достигающая ионосферных высот, индуцирует горизонтальные токи в проводящем Е-слое ионосферы. Система ионосферных токов оказывается незамкнутой и порождает продольные токи вдоль силовых линий геомагнитного поля на фронте акустического импульса.

Теоретические оценки указывают на возможность высокой эффективности трансформации акустической волны в альвеновские возмущения, уходящие в магнитосферу вдоль геомагнитных силовых линий. На качественном уровне, можно представлять себе, что достигающие Е-слоя акустические возмущения приводят к генерации струй продольного тока на фронте ударной волны.

Магнитный эффект такой локальной токовой системы, индуцированной акустическим воздействием, может быть значительным в магнитосфере, и с трудом различим на поверхности Земли. Предложенная модель позволяет объяснить появление магнитных импульсов на низкоорбитальном спутнике после наземных взрывов.

Акустическая волна взрыва, порождающая интенсивный импульс продольного тока, стимулирует генерацию в результате плазменной неустойчивости высокочастотной турбулентности в верхней ионосфере. Наиболее низким порогом обладает электростатическая ионно-циклотронная неустойчивость, приводящая к возбуждению колебаний с поперечными масштабами ~. На ионосферном спутнике эти мелкомасштабные колебания будут зарегистрированы в виде всплеска электростатических шумов на частотах ~200 Гц. Хотя пятно электростатических шумов будет медленно расплываться и ослабевать из-за амбиполярной диффузии, его время жизни оказывается больше, чем у альвеновского импульса. Рассмотренный сценарий подтвердился при наблюдениях ионосферных эффектов от подземных ядерных взрывов на спутнике DE-2.

Возмущение верхней стенки волновода Земля–нижняя ионосфера акустической волной взрыва приводит к утечке вверх в магнитосферу электромагнитных шумов волновода. Утечка наиболее интенсивных из них – на частоте шумановского резонанса ~8 Гц – может привести к усилению электромагнитных излучений этого диапазона на спутниковых высотах. Такие эффекты действительно зарегистрированы на спутнике OGO-6 над местами взрывов.

Продукты сгорания от факела ракетного двигателя в нижних слоях ионосферы подобно снежному плугу сгребают плазму и генерируют интенсивные токи, а следовательно - и широкополосные гидромагнитные шумы. Часть этих шумов, с частотами более 1 Гц, захватывается в ионосферный магнитозвуковой волновод и распространяется на значительные расстояния от места старта. Такие возмущения наблюдались на сети индукционных магнитометров в Финляндии после запусков стратегических ракет на полигоне Плесецк.

6.2. Землетрясения Сейсмоэлектромагнитные явления служат чувствительным индикатором процессов разрушения в литосфере и могут эффективно использоваться для разработки дополнительных несейсмических методов прогноза землетрясений [Гохберг, Гуфельд, Соболев, Молчанов, Сурков]. Частотно-зависимое ослабление электромагнитных возмущений в проводящей земной коре обусловливает два возможных диапазона наблюдений:

- ОНЧ излучения с частотами от сотен Гц до первых МГц, источники которого могут находиться в поверхностных слоях коры и, по-видимому, связаны с микрорастрескиванием породы;

- УНЧ возмущения с характерными частотами от млГц до Гц, источники которых возможно находятся в области очага готовящегося землетрясения В обоих частотных диапазонах были получены обнадеживающие результаты, указывающие на появление аномальных шумов и импульсов за часы–дни до отдельных сейсмических событий. Хотя эти излучения представляется весьма перспективными для разработки систем оперативного электромагнитного прогноза землетрясений, они еще недостаточно изучены и не имеют надежного физического обоснования. Предполагалось, что аномальные УНЧ шумы могут быть вызваны э/м излучением раскрывающихся трещин на заключительной стадии разрушения земной коры, индукционным эффектом акустического излучения трещин, или образованием крупномасштабной системы механо-электрических преобразователей вдоль будущего разлома. Нами предложена модель “эллипсоидального включения“, которая позволяет корректно обосновать гипотезу о том, что аномальные УНЧ шумы обусловлены нестационарным флуктуирующим течением поровой жидкости сквозь растрескивающуюся породу.

Зона подготовки сильного землетрясения может иметь характерные размеры порядка сотен и тысяч километров. Крупномасштабный характер возможных аномалий может помочь их обнаружению дистанционными наблюдениями за состоянием ионосферы Земли. По существу, ионосферу можно представлять как пленку легко-подвижной плазмы на удалении ~100 км от земной поверхности, чутко реагирующую на крупномасштабные приземные возмущения даже небольшой амплитуды. При этом мелкомасштабные и нескоррелированные флуктуации быстро ослабевают с высотой.

Непосредственным агентом переноса возмущений на ионосферные высоты могут быть квазистационарные электрические поля и акусто-гравитационные волны (АГВ). Характерная особенность АГВ – нарастание их амплитуды по мере распространения вверх в атмосферу с экспоненциально падающей плотностью. Кроме того, ионосферная плазма обладает собственной свободной энергией, поэтому даже сравнительно слабое внешнее воздействие может стимулировать каскад плазменных и электромагнитных процессов. Образующиеся при этом плазменные неоднородности и электромагнитные шумы могут быть зафиксированы низколетящими спутниками и наземными установками зондирования ионосферы.

В ходе работ по поиску сейсмо-ионосферных связей по данным индукционного магнитометра ионосферного спутника OGO-6, из пролетов в магнитоспокойное время в ночные часы над эпицентрами поверхностных землетрясений с М>5.5, в половине случаев за несколько часов до толчка наблюдался всплеск электромагнитных шумов с частотами ~0.2-1 кГц.

Анализ данных наблюдений свечения ночного неба на обс. Абастумани привел к обнаружению ранее неизвестного природного явления – усиление свечения (до 30%) нижней ионосферы (зеленая кислородная эмиссия 5577 Ао) за несколько часов перед близким землетрясением. Статистический анализ данных непрерывных наблюдений в периоды 180 местных слабых землетрясений подтвердил эффект усиления 5577Ао эмиссии - в среднем на (6±1)% за несколько часов до сейсмического толчка.

Для интерпретации этого явления был предложен новый механизм литосферно-ионосферных связей:

«сейсмический Тримпи-эффект» - резонансное рассеяние по питч-углам и высыпание в ионосферу энергичных электронов из магнитосферы под действием сравнительно слабого сейсмического ОНЧ излучения.

Последующие исследования неоднократно подтверждали существование сейсмо-ионосферных связей, обнаруженных в наших ранних работах. Сейсмо-ионосферные эффекты представляют собой один из примеров геофизических явлений, названных нами «террогенные эффекты в ионосфере», под которыми понимаются такие физические ситуации, когда ионосфера оказывается небезразличной к процессам вблизи земной поверхности и к свойствам земной коры.

Основные результаты работы 1. Дано обоснование основных принципов теории альвеновского резонанса для двумернонеоднородных плазменных конфигураций. Построены численные модели магнитосферноионосферного альвеновского резонатора, прохождения резонансной волновой структуры через ионосферу к земной поверхности, и пространственной многокомпонентной структуры поля УНЧ колебаний над многослойной земной корой. Моделирование выявило искажение наземной пространственной структуры УНЧ волн, связанное с конверсией части энергии падающих альвеновских колебаний в ионосферную поверхностную волну.

2. Разработаны и апробированы новые методы наземного мониторинга плотности магнитосферной плазмы (модификация градиентного метода, поляризационные методы метод годографа), основанные на теории резонансной трансформации МГД колебаний. Разработанные методы “гидромагнитной спектроскопии” позволяют восстановить характер распределения магнитосферной плазмы как в радиальном направлении, так и вдоль силовой линии.

3. Выявлены специфические особенности низкоширотных пульсаций Pc3: аномальная зависимость резонансного периода от широты и резкое усиление диссипации по мере приближения к экваториальным широтам. Разработанная численная модель ионосферно-магнитосферного резонатора показывает, что обнаруженные эффекты вызваны “нагружением” силовых линий ионосферными ионами на низких широтах.

4. Теоретически рассчитано распространение вдоль Е-слоя ионосферы c малым наклонением геомагнитного поля гиротропной поверхностной волны, возбуждаемой вариациями экваториального электроджета.. Характерный масштаб затухания гиротропной волны намного превышает ионосферную скин-длину, а кажущаяся скорость распространения определяется интегральной каулинговской проводимостью приэкваториальной ионосферы.

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»