Динамика, пространственная структура и механизмы возбуждения плазменной турбулентности, инициированной в ионосфере излучением мощных КВ радиопередатчиков на высоких, средних и низких широтах

Проект посвящен развитию исследований процессов, инициированных в верхней ионосфере (F- область) мощным КВ излучением наземных радиопередатчиков, на высоких, средних и низких широтах и приводящих к возбуждению возмущений плазмы - турбулентности. Исследования проводятся на основе данных, полученных при проведении экспериментов на специализированных нагревных стендах СУРА (Россия, Нижегородская область, 56.10° с.ш. и 46.10° в.д., диапазон частот 4.3-9.5 МГц, максимальная эффективная мощность излучения Pэф~300 МВт), HAARP (Highfrequency Active Auroral Research Program, США, Аляска, 62.39° с.ш., 145.15° з.д., диапазон 2.75-10.0 МГц, Pэф~3600 МВт), EISCAT heating (European Incoherent Scatter Scientific Association heating facility, 69,59⁰с.ш., 19,23⁰ в.д., диапазон 4.0 – 8.0 МГц, Pэф~1200 МВт) и Аресибо (США, Пуэрто-Рико, 18.33° с.ш., 66.45° з.д., частота 5,1 МГц, Pэф~95 МВт), при специально разработанных режимах излучения волны накачки обыкновенной поляризации, учитывающих характерные времена исследуемых процессов, с помощью одновременных (комплексных) наблюдений коротковолнового искусственного радиоизлучения ионосферы (ИРИ), оптического свечения ионосферы, зондирования и просвечивания ионосферы пробными радиоволнами различных диапазонов частот (пробные волны КВ диапазона, радары некогерентного рассеяния, просвечивание ионосферы сигналами ИСЗ). Будут исследоваться: спектры и динамика высокочастотных плазменных волн и неоднородностей электронной концентрации с масштабами поперек геомагнитного поля от десятков см до десятков км; пространственная структура возмущенной области ионосферы; перемещения плазмы в верхней ионосфере; ускорение электронов плазменными волнами; генерация искусственного оптического свечения ионосферы вследствие соударений ускоренных электронов с тяжелыми частицами и подавление свечения вследствие нагрева электронов и температурной зависимости коэффициента диссоциативной рекомбинации; дополнительная ионизация ионосферной плазмы ускоренными электронами; особенности генерации ИРИ при больших мощностях воздействия и больших наклонах геомагнитного поля к вертикали (низкие широты), каналы передачи энергии от волны накачки к плазменной турбулентности в условиях различных нагревных стендов. Исследования будут проводиться при различных частотах волны накачки, в том числе близких к кратным электронным циклотронным частотам, и различных направлениях ее излучения, как на основе накопленных к настоящему времени данных в экспериментах, проведённых авторами проекта на стендах СУРА, HAARP и Аресибо, так и новых экспериментов, планируемых в ходе проекта в первую очередь, на стенде СУРА. В течение первого года проекта предполагается подать заявки на открытые конкурсы на проведение экспериментов на высокоширотном нагревном стенде EISCAT heating и/или Аресибо с использованием собственной диагностической радио и оптической аппаратуры по оригинальным программам, и до конца проекта провести (в случае положительного решения по этим заявкам) 2 серии экспериментов. В проекте будут теоретически рассмотрены различные аспекты взаимодействия мощного высокочастотного электромагнитного излучения с магнитоактивной плазмой, дана адекватная интерпретация наблюдаемых явлений. В результате выполнения проекта получит дальнейшее развитие физическая модель явлений, происходящих в верхней ионосфере при воздействии мощного КВ радиоизлучения, будут накоплены материалы к монографии о природе этих явлений.