Нижний Новгород, Россия
Нижний Новгород, Россия
Нижний Новгород,, Россия
На основе магнитоионной теории исследованы свойства низкочастотных электромагнитных волн в многокомпонентной ионосферной плазме в диапазоне частот 1–30 Гц. Рассчитаны компоненты тензора комплексной диэлектрической проницаемости ионосферной плазмы и показатели преломления нормальных волн в интервале высот от 80 до 750 км. Результаты расчетов продемонстрировали сильную зависимость показателей преломления от частоты и высоты. Поляризация обыкновенной и необыкновенной волн является эллиптической во всем диапазоне исследованных частот. Показано, что показатели преломления и поляризация нормальных волн стремятся к магнитогидродинамическим (МГД) значениям только на частотах, меньших 1 Гц. Вектор групповой скорости необыкновенной волны не направлен вдоль магнитного поля, как это следует из МГД-приближения, а отклоняется в зависимости от частоты на угол 5°–10°. Направление вектора групповой скорости обыкновенной волны практически не зависит от угла между волновым вектором и направлением геомагнитного поля, как и в МГД-приближении. Предложенная методика расчетов характеристик нормальных волн в ионосфере может быть использована при изучении распространения КНЧ-волн как от естественных, так и от искусственных ионосферных источников, возникающих под действием мощных КВ-радиоволн в нижней и верхней ионосфере.
КНЧ-волны, ионосфера, показатель преломления, поляризация, альфвеновская волна, быстрая магнитозвуковая волна
1. Альвен Х. Космическая электродинамика. М.: Иностранная литература, 1952. 260 с.
2. Гинцбург M.A. Низкочастотные волны в многокомпонентной плазме. Геомагнетизм и аэрономия. 1963, № 3. С. 610-614.
3. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука, 1967. 685 с.
4. Гинзбург. В.Л., Рухадзе А.А. Волны в магнитоактивной плазме. М.: Наука, 1975. 256 с.
5. Ермакова Е.Н., Котик Д.С., Поляков С.В., Щенников А.В. О механизме формирования широкополосного максимума в спектре фонового шума на частотах 2-6 Гц. Изв. вузов. Радиофизика. 2007. Т. 50, №. 7. С. 607-623,
6. Ермакова Е.Н., Демехов А.Г., Яхнина Т.А. и др. Особенности динамики спектров многополосных пульсаций Pс1 при наличии множественных областей ионно-циклотронной неустойчивости в магнитосфере. Изв. вузов. Радиофизика. 2019. Т. 62, № 1. С. 1-28.
7. Ермакова Е.Н., Рябов А.В., Котик Д.С. Влияние вариаций геомагнитной активности на спектры поляризации УНЧ магнитного шума по данным наземного мониторинга. XXVII Всероссийская открытая научная конференция «Распространение радиоволн»: Труды. Калининград, 2021. С. 269-274.
8. Котик Д.С., Рябов А.В., Ермакова Е.Н. и др. Свойства УНЧ/ОНЧ сигналов, генерируемых стендом СУРА в верхней ионосфере. Изв. вузов. Радиофизика. 2013. Т. 56, № 6. С. 382-394.
9. Котик Д.С., Рябов А.В., Яшнов В.А. и др. Распространение крайне низкочастотного излучения от искусственного ионосферного источника в трехмерном неоднородном магнитогидродинамическом волноводе. Изв. вузов. Радиофизика. 2021. Т. 64, № 1. С. 1-11.
10. Поляков С.В., Рапопорт В.О. Ионосферный альвеновский резонатор. Геомагнетизм и аэрономия. 1981. Т. 21. С. 816-822.
11. Фаткуллин М.Н., Зеленова Т.И., Козлов В.К. и др. Эмпирические модели среднеширотной ионосферы. М.: Наука, 1981. 256 с.
12. Aydogdu M., Ozca O. Effect of magnetic declination on refractive index and wave polarization coefficients of electromagnetic waves in mid-latitude ionosphere. Indian J. Radio and Space Phys. 1996. Vol. 25. P. 263-270.
13. Eliasson B., Chang C.-L., Papadopoulos K. Generation of ELF and ULF electromagnetic waves by modulated heating of the ionospheric F2 region. J. Geophys. Res. 2012. Vol. 117, no. A10320. DOI:https://doi.org/10.1029/2012JA017935.
14. Ermakova E.N., Kotik D.S., Ryabov A.V. Characteristics of ULF magnetic fields in the 3D inhomogeneous Earth - ionosphere waveguide. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2022. Vol. 127, no. 3. DOI:https://doi.org/10.1029/2021JA030025.
15. Fujita S. Duct propagation of a short-period hydromagnetic wave based on the International Reference Ionosphere Model. Planetary Space Sci. 1987. Vol. 35, no. 91. P. 91-103. DOI:https://doi.org/10.1016/0032-0633(87)90148-6.
16. Fujita S. Duct propagation of hydromagnetic waves in the upper ionosphere. Dispersion characteristics and loss mechanism. J. Geophys. Res. 1988. Vol. 93, no. A12. P. 14674-14682. DOI:https://doi.org/10.1029/JA093iA12p14674.
17. Greifinger C., Greifinger S. Theory of hydromagnetic propagation in the ionospheric waveguide. J. Geophys. Res. 1968. Vol. 73, no. 23. P. 7473-7490.
18. Helliwell R. Whistlers and Related Ionospheric Phenomena. Stanford University Press, 1965.
19. Jacobs J.A., Watanabe T. Propagation of hydromagnetic waves in the lower exosphere and the origin of short period geomagnetic pulsations. J. Atmos. Terr. Phys. 1962. Vol. 24, P. 413-419.
20. Lysak R.L., Waters C.L., Sciffer M.D. Modeling of the ionospheric Alfvén resonator in dipolar geometry. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2013. Vol. 118, no. 4. P. 1514-1528. DOI:https://doi.org/10.1002/jgra.50090.
21. Singh A.K., Narayan D., Singh R.P. Propagation of extremely low frequency waves through the ionosphere. Earth, Moon and Planets. 2002. Vol. 91. P. 161-179. DOI: 10.1023/ A:1022420426950.
22. Vavilov D.I., Shklyar D.R. Wave effects related to altitude variations in the ion composition of the ionosphere. Radiophysics and Quantum Electronics. 2016. Vol. 59, no. 7. P. 519-534. DOI:https://doi.org/10.1007/s11141-016-9720-8.
23. Whang Y.C. Attenuation of magnetohydrodynamic waves. Astronomical J. 1997. Vol. 485, no.1. P. 389-397.
24. Yeşil A., Sağir S. Updating conductivity tensor of cold and warm plasma for equatorial ionosphere F2-region in the Northern Hemisphere. Iranian J. Science and Technology. Transaction A. 2019. Vol. 43. no. 5. P. 315-320. DOI:https://doi.org/10.1007/s40995-017-0408-5.
25. URL: https://ccmc.gsfc.nasa.gov/modelweb/models/iri2016_vitmo.php (дата обращения 16 ноября 2022 г.).
26. URL: https://ccmc.gsfc.nasa.gov/modelweb/models/msis_vitmo.php (дата обращения 16 ноября 2022 г.).
27. URL: https://ccmc.gsfc.nasa.gov/modelweb/models/igrf_vitmo.php (дата обращения 16 ноября 2022 г.).
