Электромагнитное взаимодействие атмосферы и ионосферы в УНЧ-КНЧ диапазонах

Плазменное окружение Земли играет роль своеобразного “камертона” чувствительно реагирующего на природные и техногенные возмущения. В рамках данного проекта предполагается проведение цикла исследований, нацеленного на изучение электромагнитного взаимодействия между атмосферой и верхней ионосферой в диапазоне природных резонаторов - шумановского резонанса (ШР) и ионосферного альвеновского резонатора (ИАР) при воздействии как "снизу", так и "сверху". Построение картины такого взаимодействия в УНЧ-КНЧ диапазоне (частоты от долей Гц до десятков Гц), опирающееся на теоретическое моделирование и анализ скоординированных спутниковых и наземных наблюдений, потребует решения большого числа взаимосвязанных задач. Экспериментальная часть проекта основана на анализе синхронных спутниковых и наземных электромагнитных наблюдений с использованием данных мировой сети высокочувствительных магнитометров и низко-орбитальных зарубежных (CHAMP, SWARM) и отечественных ("Чибис-М", "Обстановка-1", "Трабант") спутников. Основной наблюдательной базой будет приемный пункт НИРФИ под Н. Новгородом. Будет проанализирован отклик ионосферного магнитозвукового волновода и ИАР на различные типы магнитосферных и атмосферных воздействий, и разработаны методы волнового мониторинга плазмы верхней ионосферы по спектральным и поляризационным особенностям УНЧ пульсаций и фонового шума. По синхронным спутниковым и наземным данным будет оценена эффективность просачивания в верхнюю ионосферу электромагнитных УНЧ-КНЧ излучений грозовых разрядов, ШР, и промышленных 50/60 Гц излучений. Планируется провести поиск плазменных и электромагнитных шумов УНЧ диапазона над тайфунами и ураганами по данным низкоорбитальных спутников SWARM, "Трабант" и "Обстановка-1" для проверки теоретических моделей генерации альвеновской турбулентности движениями нейтральной компоненты ионосферной плазмы. Скоординированные спутниковые - наземные наблюдения дадут возможность исследовать влияние околоземных резонаторов и волноводов как на распространение УНЧ волн, так и на динамику их взаимодействия с высокоэнергичными частицами кольцевого тока и радиационных поясов.Для интерпретации экспериментальных результатов будет разработан ряд новых численных моделей электромагнитного взаимодействия атмосферы и ионосферы. Моделирование взаимодействия ионно-циклотронных (ИЦ) волн и МГД волн разных поляризаций с системой ионосфера – атмосфера – Земля будет проведено численным решением связанных волновых уравнений в реальной ионосфере с использованием моделей IRI и MSIS. Будет разработана программа для расчета распространения УНЧ импульсов от атмосферного разряда в ионосферу Земли, которая позволит количественно оценить интенсивность УНЧ сигналов от грозовой активности в верхней ионосфере, и построить пространственную интерференционную картину распределения амплитуд и поляризации возмущения по земной поверхности. Предполагается создать теоретическую модель, которая позволит рассчитать УНЧ/КНЧ электромагнитные поля, генерируемые мезосферными электрическими разрядами (sprite, blue jet, elves). Разработанные модели смогут ответить на следующие вопросы: Каково искажение спектрального состава возмущений при прохождении через ионосферу? В какой степени наземные наблюдения Рс1 пульсаций характеризуют интенсивность ИЦ волн в магнитосфере? В чём отличие УНЧ/КНЧ спектров и форм сигналов, генерируемых мезосферными разрядами и обычными молниями? Могут ли грозовая активность и промышленные 50/60 Гц излучения оказывать влияние на динамику захваченных частиц в магнитосфере?Решение планируемых задач позволит смоделировать весь комплекс явлений импульсного взаимодействия между геофизичеcкими оболочками, количественно оценить воздействие атмосферных процессов и промышленной деятельности на околоземное пространство, открывает возможность изучения грозовой активности на других планетах по электромагнитным наблюдениям на космических зондах, и проводить контроль антропогенного электромагнитного загрязнения околоземного пространства.