Взаимосвязь электромагнитных явлений в околоземном пространстве с атмосферными возмущениями и наземными энергетическими системами

Цель исследования: определение физической природы магнитосферных низкочастотных возмущений в ближнем космосе, моделирование их воздействия на работу наземных энергетических систем, и оценка динамики роста электромагнитной «загрязнённости» околоземного пространства промышленными и атмосферными источниками. Благодаря бурному развитию космических технологий работают и развертываются многочисленные системы теле-радио связи, навигации, дистанционного зондирования, прогнозирования погоды, и т.д. плазменное окружение Земли играет роль своеобразного “камертона”, чувствительно реагирующего на природные и техногенные возмущения. Магнитное поле Земли варьируется в широком интервале пространственных и временных масштабов. Эти вариации традиционно используются в качестве одного из основных средств «мониторинга космической погоды» и «диагностики околоземного пространства». Однако, все больше появляется экспериментальных свидетельств, что геомагнитные вариации не только индикатор, но и активный фактор, определяющий во многом воздействие на околоземную среду и на наземные и спутниковые технологические системы. Изучение этого воздействия является одним из важных направлений работы коллектива. Резкие изменения геомагнитного поля возбуждают геоиндуцированные токи (ГИТ) в протяженных энергетических и транспортных системах (ЛЭП, трубопроводы, и т.п), ухудшающие стабильность их работы. Наиболее интенсивные всплески ГИТ вызываются сопровождающими магнитные бури пульсациями Pi3/Ps6, физическая природа которых остается невыясненной, что делает невозможным прогноз их появления. Исследование возбуждения ГИТ низкочастотными геомагнитными пульсациями требует не просто применения разработанных моделей нестационарных процессов в околоземной среде, а решения фундаментальных вопросов о физической природе разных типов вариаций геомагнитного поля и их взаимодействия с протяженными технологическими системами. Состояние ближнего космоса, для краткости именуемое космическая погода, оказывает негативное влияние на функционирование космических систем. Особую опасность для спутниковой электроники представляют повышения интенсивности потоков электронов релятивистских энергий. Принципиальную роль в динамике бесстолкновительной околоземной плазмы играют электромагнитные волны и турбулентность, приводящие к обмену энергией между различными компонентами плазмы. ОНЧ излучения (кГц диапазон) молниевых разрядов и наземных СДВ радиостанций стимулируют высыпания энергичных электронов из магнитосферы в ионосферу. УНЧ колебания (с частотами от мГц до десятков Гц) могут быть как одним из механизмов резонансного ускорения магнитосферных электронов до релятивистских энергий, так и фактором, ограничивающим их время жизни. Многолетние данные спутниковых наблюдений свидетельствуют, что наша планета все больше оказывается в электромагнитном окружении, создаваемым не природными процессами, а излучением наземных энергетических систем и СДВ радиостанций. Постоянно расширяющиеся сети линий электропередач (ЛЭП) становятся гигантской антенной, излучающей в околоземное пространство на промышленной частоте 50/60 Гц и ее гармониках (доходящих до ОНЧ диапазона). Интенсивность этого излучения постоянно нарастает по мере индустриального развития и повышения используемого напряжения на ЛЭП. Поэтому промышленные излучения становятся важным фактором, наряду с магнитосферными шумами и импульсами грозовых разрядов, воздействующим на динамику высокоэнергичных частиц в околоземном пространстве. Возможность дополнительного высыпания частиц за счет импульсов грозовых разрядов или промышленных излучений 50/60 Гц и их гармоник остается малоисследованной. Отчасти это объясняется тем, что представления о возможности прохождения электромагнитных полей разных частотных диапазонов в верхнюю ионосферу крайне противоречивы. Ясность в этот вопрос можно внести путем создания численных моделей взаимодействия УНЧ-КНЧ-ОНЧ электромагнитных полей с системой ионосфера - атмосфера - Земля и их апробации по спутниковым данным. Традиционно электромагнитные процессы, протекающие в какой-либо из геофизических оболочек: атмосфере, ионосфере, или магнитосфере, изучались изолированно в разных областях геофизики. Возможности взаимодействия между ними, например, воздействие грозовой активности на электромагнитные поля в верхней ионосфере и магнитосфере, глубоко не рассматривались. Тем более малоисследованной оставалась возможность воздействия промышленных излучений на потоки энергичных частиц в околоземном пространстве. Поставленные задачи потребуют нового комплексного подхода к изучению и моделированию связанных электромагнитных процессов в геофизических оболочках. Намеченный анализ синхронных спутниковых и наземных данных по регистрации электромагнитных УНЧ-КНЧ-ОНЧ возмущений, дополненный теоретическим моделированием, может ответить на вопрос о том, насколько велико воздействие атмосферных процессов и промышленной деятельности на ближний космос. Поставленные задачи имеют особую значимость не только для физики космической плазмы, но и имеют практическую важность для контроля экстремальных возмущений космической погоды и мониторинга антропогенного электромагнитного «загрязнения» околоземного пространства. Описание задач, предлагаемых к решению: - Мониторинг электромагнитного «загрязнения» околоземного пространства излучением на промышленной частоте ЛЭП и ее гармониках, и низкочастотных СДВ передатчиков, по данным низкоорбитальных спутников. - Моделирование возбуждения УНЧ-КНЧ-ОНЧ излучений ЛЭП и прохождения этих излучений через ионосферу. Обоснование возможности активных экспериментов по воздействию на околоземную плазму крупномасштабными горизонтальными излучателями типа FENICS. - Построение физической модели, позволяющей по данным межпланетных спутников предсказывать за 1 час появление всплесков ГИТ в энергетических и транспортных системах, апробация модели по данным регистрации ГИТ в ЛЭП «Северный транзит» на Кольском полуострове. - Исследование процессов возбуждения токов, электромагнитных шумов и возмущений плазмы при геофизических катастрофах – землетрясениях, извержениях вулканов, и тайфунах, по спутниковым наблюдениям. - Регистрация на спутниках и наземных станциях УНЧ импульсов от обычных и высотных грозовых разрядов, их сравнительный анализ и моделирование.