Тепловая параметрическая турбулентность ионосферной плазмы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, доктор физико-математических наук Грач, Савелий Максимович

• Грач, Савелий Максимович
• доктор физико-математических наук
• 1998

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Грач, Савелий Максимович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ

1.1. Искусственная турбулентность ионосферной плазмы в поле мощных КВ радиоволн (краткий обзор)

1.2. Электромагнитные и плазменные волны в .Р-области ионосферы

1.3. Параметрические неустойчивости в верхней ионосфере. Случай однородной плазмы

1.3.1. Дисперсионное уравнение параметрической неустойчивости

1.3.2. Стрикционные параметрические неустойчивости

1.3.3. Тепловая параметрическая неустойчивость

2. ТЕПЛОВАЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ В ИОНОСФЕРНОЙ ПЛАЗМЕ

2.1. Линейная стадия ТПН в неоднородной плазме

2.1.1. Исходные уравнения

2.1.2. Анализ линейной стадии ТПН

2.2. Нелинейная стадия ТПН в неоднородной плазме

2.2.1. Исходные уравнения, приближение случайных

фаз

2.2.2. Стационарная тепловая параметрическая турбулентность

2.2.3. Обсуждение результатов

2.3. Плазменные волны и тепловая параметрическая неустойчивость в неоднородной ионосфере вблизи уровня двойного резонанса

2.3.1. Неоднородная среда, поперечное распространение плазменных волн

2.3.2. Неоднородная среда, наклонное распространение плазменных волн

2.3.3. О развитии ТПН при и ~ пшсе

3. УСКОРЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ И ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИОНИЗАЦИЯ ^-ОБЛАСТИ ИОНОСФЕРЫ

ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ ТЕПЛОВОЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ

3.1. Ускорение электронов при параметрическом нагреве ограниченного слоя плазмы

3.2. Дополнительная ионизация ускоренными электронами при параметрическом нагреве

3.3. О влиянии соударений на ускорение электронов и дополнительную ионизацию

3.4. Оценка интенсивности плазменных волн, концентрации быстрых частиц и степени дополнительной ионизации в стационарном состоянии

3.4.1. Плазменные волны и концентрация быстрых частиц

3.4.2. Дополнительная ионизация в стационарном состоянии

3.5. Об ускорении электронов при модификации ионосферы с частотами а;о ~ пш^

3.6. О релаксации анизотропной функции распределения в столкновительной плазме

4. ИСКУССТВЕННОЕ РАДИОИЗЛУЧЕНИЕ ИОНО-

СФЕРЫ

4.1. Двойная трансформация пробных радиоволн на

вытянутых мелкомасштабных неоднородностях и генерация "зазеркальных" сигналов

4.2. Широкополосная компонента ИРИ (broad continuum)

4.2.1. ВС-компонента ИРИ: наблюдаемые свойства и

теоретическая модель

4.2.2. Численное моделирование ВС компоненты

4.2.2.1. Эмпирическая модель спектра вытянутых

мелкомасштабных неоднородностей

4.2.2.2. Поведение ВС-компоненты во времени и его

интерпретация

4.2.2.3. Зависимость интенсивности ВС-компоненты от мощности накачки

4.2.2.4. Зависимость

интенсивности ВС-компоненты от индекса спектра интенсивности неоднородностей

4.2.3. ВС-компонента на стадии релаксации плазменных волн

4.2.4. Обсуждение результатов

4.3. Главный спектральный максимум (downshifted maximum) ИРИ

4.3.1. Экспериментальные результаты

4.3.2. Взаимодействие верхне- и нижнегибридных

волн и генерация DM

4.3.3. Обсуждение результатов

4.4. Широкополосный максимум (broad upshifted maximum) ИРИ в области положительных отстроек

4.4.1. Спектральные характеристики BUM

4.4.2. Динамика BUM на фиксированных частотах

4.4.3. Обсуждение результатов. О возможной модели генерации BUM

4.5. Зависимость структуры спектров ИРИ от соотношения частоты накачки и электронных циклотронных гармоник

4.5.1. Экспериментальные результаты

4.5.2. О влиянии нелинейного взаимодействия верхнегибридных и электронных бернштейновских волн на зависимость интенсивности ИРИ от соотношения и)о и пи>се

4.6. Заключительные замечания

5. МОДИФИКАЦИЯ

ПРОФИЛЯ ЭЛЕКТРОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ В ИОНОСФЕРЕ ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ ТЕПЛОВОЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ

5.1. "Ступенька" на профиле электронной концентрации при развитии ТПН

5.1.1. Исходные уравнения

5.1.2. Расчет модифицированного профиля электронной концентрации

5.1.3. Зависимость интенсивности МН и аномального ослабления от мощности ВН в модифицированном слое

5.1.4. Отражение электромагнитных волн от скачка электронной концентрации

5.1.5. Обсуждение результатов

5.2. О зависимости аномального ослабления пробных

волн от частоты

5.2.1. Расчет влияния "ступеньки" на профиле на аномальное ослабление пробных волн

5.2.2. Экспериментальные исследования зависимости аномального ослабления пробных волн от частоты и сопоставление данных с результатами модельных расчетов

5.2.3 Обсуждение результатов

5.3. Исследование возмущенной области ионосферы при и>о « тосе с помощью многочастотного доп-плеровского зондирования

5.3.1. Методика эксперимента

5.3.2. Результаты эксперимента

5.3.3. Обсуждение результатов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

л

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Тепловая параметрическая турбулентность ионосферной плазмы»

ВВЕДЕНИЕ

Интерес к проблеме нелинейного взаимодействия электромагнитных полей с плазмой возник достаточно давно в связи с термоядерными исследованиями и разнообразными геофизическими и астрофизическими приложениями. С начала 70-х гг. в США, СССР (затем в России и на Украине) и Западной Европе проводятся интенсивные исследования нелинейных эффектов в ионосфере и магнитосфере Земли, возникающих под действием излучения мощных наземных радиопередатчиков. При этом обнаружен целый ряд новых явлений, важных как для дальнейшего понимания физики нелинейных процессов в плазме, так и для различных практических приложений.

Характер нелинейных явлений в ионосферной плазме чрезвычайно разнообразен (см. например [1]-[11]). Изучаются, в частности, самовоздействие и самофокусировка электромагнитных волн [6, 7, 12, 14], модуляция ионосферных токов и генерация сигналов комбинационных частот [9, 15, 16], дополнительная ионизация и нарушение ионизационно-рекомбинационного баланса [7, 17, 18] и т. п.

Целый класс нелинейных явлений возникает при приближении частоты воздействующей волны к одной из собственных частот ионосферной плазмы, например к ленгмюровской, когда осцилляции частиц в поле волны попадают в резонанс с собственными колебаниями. Такие явления получили названия параметрических неустойчивостей [5, 19]. Традиционно (в том числе в приложении к ионосферной плазме) изучались параметрические неустойчивости, обусловленные стрикционной нелинейностью [5, 19],[20]—[25], [26, 27]. Диссертантом совместно с В. Ю. Трахтенгерцем было показано, что в ионосферной плазме наряду со стрикционны-

ми параметрическими неустойчивостями действует другой, более эффективный механизм возбуждения турбулентности — параметрическая неустойчивость, обусловленная тепловой нелинейностью (тепловая параметрическая неустойчивость, ТПН) [28]. Отметим, что близкий по природе механизм расслоения магнитоактивной столкновительной плазмы, который авторы назвали резонансной неустойчивостью, был независимо предложен В. В. Васысовым и А. В. Гуревичем [29], а впервые на возможность теплового расслоения изотропной плазмы во внешнем электромагнитном поле в области плазменного резонанса указал В. А. Миронов [30]. Эти работы положили начало новому научному направлению — исследованиям тепловой параметрической турбулентности, — в рамках которого удается построить непротиворечивую картину явлений, происходящих в верхней ионосфере под воздействием мощного коротковолнового радиоизлучения.

Искусственная турбулентность ионосферы воздействует, в свою очередь, на характерные свойства ионосферной плазмы, в которой появляются ускоренные плазменными волнами электроны, приводящие к возникновению оптического излучения и дополнительной ионизации [31, 32], генерируется искусственное радиоизлучение ионосферы (ИРИ) вблизи первой и второй гармоник частоты воздействующей волны [33, 34], возникают искажения профиля электронной концентрации [35, 36].

Исследование физических свойств тепловой параметрической турбулентности (высокочастотных плазменных волн и низкочастотных возмущений плотности), а также таких ее проявлений, как генерация ИРИ, модификация профиля электронной концентрации, ускорение электронов и дополнительная ионизация и являются основной целью диссертационной работы.

На защиту выносятся:

• Механизм возбуждения турбулентности в столкновительной магнитоактивной плазме — тепловая параметрическая неустойчивость (ТПН); результаты линейной теории ТПН в однородной и неоднородной плазме; результаты нелинейной теория ТПН в неоднородной плазме.

• Результаты теоретический исследований дисперсионных свойств плазменных волн и условий возбуждения ТПН в ионосфере в случае частот воздействующей волны (волны накачки, ВН), близких к кратной электронной циклотронной частоте.

• Результаты теоретический исследований ускорения электронов и дополнительной ионизации нейтральной компоненты при параметрическом нагреве верхней ионосферы.

• Механизм генерации искусственного радиоизлучения ионосферы (ИРИ) — двойная трансформация электромагнитных волн на вытянутых неоднородностях. Результаты теоретических исследований широкополосной компоненты ИРИ и сопоставления результатов численного моделирования этой компоненты с данными натурного эксперимента.

• Результаты экспериментальных исследований спектральных компонент ИРИ "главный спектральный максимум" и "широкополосный" максимум, механизмы их генерации.

• Результаты экспериментальных исследований зависимости структуры стационарных спектров ИРИ от соотношения частоты ВН и гармоник электронной циклотронной частоты, интерпретация такой зависимости.

• Результаты теоретических исследований модификации профиля электронной концентрации в ионосфере за счет стрикцион-ного давления плазменных волн, возбужденных в процессе ТПН, и влияния такой модификации на аномальное ослабление пробных радиоволн; результаты экспериментальных исследований зависимости аномального ослабления от частоты пробной волны.

• Результаты экспериментальных исследований модификации профиля электронной концентрации в ионосфере в случае частот (волны накачки, ВН), близких к кратной электронной циклотронной частоте.

Перейдем к изложению содержания работы.

Диссертация состоит из Введения, пяти глав и Заключения.

Во Введении дана общая характеристика работы и кратко изложено ее основное содержание.

Первая глава посвящена постановке рассматриваемой проблемы. В разделе 1.1 дан краткий обзор результатов исследований искусственной турбулентности плазмы ^-с:лоя ионосферы, возникающей в поле мощных КВ радиоволн; определено место задач, рассматриваемых в диссертации, в общем круге проблем. В разделе 1.2 обсуждаются линейные дисперсионные свойства электромагнитных и плазменных волн в ^-области ионосферы, которые используются в последующих главах работы.

В разделе 1.3 рассматриваются параметрические неустойчивости однородной плазмы с параметрами, близкими к параметрам .Р-слоя ионосферы, возникающие при воздействии на нее высокочастотного электрического поля с частотой, близкой к одной из собственных частот плазмы. В подразделе 1.3.1 обсуждается дисперсионное уравнение для возмущений, связанных с возбуждением

потенциального электрического поля, полученное на основе простых гидродинамических уравнений, с учетом как стрикционного, так и теплового воздействия ВЧ поля на плазму [28]. Тепловые эффекты являются преобладающими, когда продольные (вдоль магнитного поля) масштабы возмущений превышают длину свободного пробега, поперечные — радиус циклотронного вращения электронов, а характерные времена процесса — время свободного пробега электронов. В противном случае преобладают стрикционные эффекты.

В подразделе 1.3.2 кратко обсуждаются стрикционные параметрические неустойчивости, которые могут развиваться в ионосферной плазме: индуцированное рассеяние, апериодическая и рас-падная неустойчивости [10, 28, 37]. Показано, что в ионосферной плазме, где температуры электронов и ионов близки, распад может эффективно возбуждаться только в области верхнего гибридного резонанса волны накачки, где волновые векторы возбуждаемых ВЧ и НЧ плазменных волн ортогональны магнитному полю, и поэтому существуют слабозатухающие НЧ плазменные волны (нижнегибридные и ионно-циклотронные). Индуцированное рассеяние и апериодическая неустойчивости, наоборот, более эффективно должны развиваться вблизи точки отражения ВН, где электрическое поле ВН усиливается за счет эффекта разбухания.

В подразделе 1.3.3 изучается параметрическая неустойчивость, обусловленная тепловой нелинейностью (ТПН) [28]. При ТПН низкочастотные возмущения плотности образуются путем нагрева плазмы в суммарном поле электромагнитной и плазменной волн и вытеснения плазмы из прогретых областей вследствие процесса термодиффузии. Резко анизотропный характер термодиффузии и теплопроводности в магнитном поле В приводит к тому,

что низкочастотные возмущения (мелкомасштабные неоднородности, МН) оказываются сильно вытянутыми вдоль В. Плазменные волны при этом должны распространяться почти поперек В, т. е. ТПН должна развиваться вблизи уровня верхнего гибридного резонанса ВН, где и>1 = и>5ь = + (здесь ш0, и?ре, сосе и — соответственно частота ВН, плазменная, электронная циклотронная и верхнегибридная частоты). Определено пороговое поле ТПН, которое оказывается существенно ниже, чем пороги стрикционных неуст ойчиво ст ей.

Во второй главе диссертации разрабатывается теория тепловой параметрической неустойчивости в ионосферной плазме.

В разделе 2.1 изучается линейная теория ТПН в неоднородной плазме [38]-[45]. В реальных условиях, например в ^-области ионосферы, когда угол между направлениями градиента концентрации VN и магнитного поля В мал, продольные масштабы неоднород-ностей /ц сравнимы с масштабом регулярной неоднородности ионосферы Кроме того, размер области взаимодействия электромагнитных и плазменных волн оказывается существенно меньшим, чем /ц, что, естественно, приводит к уменьшению эффективности нагрева. В подразделе 2.1.1 сформулированы исходные уравнения задачи. Дисперсионное уравнение ТПН в неоднородной плазме получено в подразделе 2.1.2. Здесь же определен порог ТПН в неоднородной среде, ширина пространственного спектра МН и плазменных волн, возникающих на линейной стадии неустойчивости, проанализирована зависимость инкремента ТПН от интенсивности волны накачки и поперечного масштаба неоднородностей. Раздел 2.2 посвящен нелинейной теории ТПН в неоднородной плазме (линейный слой) [43]—[46]. Исходные уравнения теории сформулированы в подразделе 2.2.1. При построении нелинейной теории

учитывались следующие факторы: 1) источник нагрева, связанный с взаимодействием плазменных волн между собой; 2) насыщение неустойчивости, обусловленное пространственным затуханием (аномальным ослаблением, АО) волны накачки из-за рассеяния на вытянутых неоднородностях; 3) многократное рассеяние плазменных волн на МН, приводящее к диффузионному растеканию энергии плазменных волн по большому фазовому объему пространственных масштабов. За основу взято приближение слабой турбулентности, когда все возмущения можно представить в виде набора слабо взаимодействующих квазисинусоидальных волн, а также приближение случайных фаз плазменных волн и неоднород-ностей. В результате в подразделе 2.2.2 для стационарной стадии получены выражения для интенсивности Ап2 и формы спектра МН, спектральной плотности энергии плазменных волн УУ^ и величины АО волны накачки Гт в зависимости от плотности энергии последней И^о на входе в плазму. Спектр плазменных волн оказывается существенно более широким, чем спектр МН, однако должен сужаться (а интенсивность плазменных волн — уменьшается) при приближении частоты волны накачки к гармонике исе за счет бес-столкновительного затухания на границе области существования плазменных волн в ^-пространстве. Показано, что имеет место гистерезисный характер зависимости Дп2 от плотности энергии накачки: срыв неустойчивости происходит при меньших \¥о, чем ее возбуждение. Порог ТПН в плазме с начальным уровнем флуктуации плотности 8щ конечной амплитуды уменьшается с ростом <5п0, а при 5по > ие/и0 совпадает с порогом резонансной неустойчивости (ь>е — частота электронных столкновений). В подразделе 2.2.3 проводится краткое сопоставление результатов теоретического рассмотрения с экспериментальными данными. Здесь же

обсуждаются пределы применимости используемого приближения слабой турбулентности и результаты исследований других авторов полученные за рамками такого приближения.

В ионосфере ниже максимума Е-слоя градиенты величины магнитного поля и электронной плотности направлены в противоположные стороны: плотность N нарастает, а величина магнитного поля В уменьшается с высотой г. При достаточно малых углах наклона магнитного поля к вертикали (в средних и высоких широтах) слабая зависимость магнитного поля от высоты 2; (Ьв ^ Ь^) оказывает существенное влияние на свойства плазменных волн в области двойного резонанса, когда со ~ ~ псосе(г). В разделе

2.3 рассмотрены свойства плазменных волн и возбуждение ТПН в в области двойного резонанса [42, 47, 48]. При приближении частоты со к двойному резонансу область существования плазменных волн с к _1_ В уменьшается как в реальном пространстве, так и в пространстве волновых векторов (подраздел 2.3.1). Для третьей гармоники п — 3 при точном попадании в двойной резонанс со = о;иь(0) = 7гысе(0) решений дисперсионного уравнения для плазменных волн с к ± В не существует вовсе, а при п — 4 область их существования ограничивается в ионосферной плазме несколькими десятками метров. Рассмотрение, проведенное с учетом продольной составляющей волнового вектора для параметров, типичных для ^-области ионосферы (подраздел 2.3.2), показало, что для частот, близких к двойному резонансу, на плоскости (со,к±) имеются запрещенные зоны, в которых существование плазменных волн невозможно. Эти зоны расположены при частотах плазменных волн, несколько превышающих частоту двойного резонанса, а размер зон уменьшается с увеличением номера гармоники.

Наличие запрещенных зон в области двойного резонанса в ионо-

сфере служит одной из причин значительного ослабления взаимодействия мощных радиоволн с ионосферной плазмой при ио « па)се. Однако, если частота волны накачки выходит за пределы запрещенной зоны, оставаясь при этом близкой к по;се, неоднородность магнитного поля в ионосфере может приводить к обратному эффекту — увеличению эффективности взаимодействия и, следовательно, к снижению порога ТПН за счет уменьшения градиента показателя преломления плазменных волн при УТУ" || УЛ. Такой эффект рассмотрен в подразделе 2.3.3 диссертации.

В 3-й главе диссертации исследуется ускорение электронов плазменными волнами и дополнительная ионизация ^-области ионосферы.

При возбуждении тепловой параметрической турбулентности плазменные волны сосредоточены в узкой области вблизи верхнего гибридного резонанса ВН, а распределение плотности энер>гии плазменных волн в ^-пространстве носит существенно неодномерный характер. Эффективность ускорения электронов в узком слое плазмы во многом определяется временем пролета ими области турбулентности т. При неодномерном распределении плазменных волн частицы в результате взаимодействия с ними многократно меняют направление своего движения (рассеяние электронов на плазменных волнах) и "застревают" в области турбулентности, что приводит к заметному возрастанию т (турбулентное удержание). Ускорение, таким образом, сопровождается изотропизаци-ей функции распределения быстрых электронов. Ускорение электронов плазменными волнами, сосредоточенными в ограниченном слое плазмы и изотропно распределенными в ^-пространстве с учетом турбулентного удержания рассмотрено в разделе 3.1 [49, 50]. Для условий экспериментов по воздействию мощных радиоволн на

ионосферу характерная энергия ускоренных электронов Е* может существенно превышать потенциал ионизации Еу основных нейтральных компонент. Процесс дополнительной ионизации ионосферной плазмы с учетом ускорения вторичных электронов плазменной турбулентностью рассмотрен в разделе 3.2 [51, 52]. Здесь проанализирована функция распределения частиц и показано, что существуют пороговые значения плотности энергии плазменных волн \¥ и (или) размера ускоряющего слоя X, при превышении которых возникает лавинообразное нарастание числа ускоренных до потенциала ионизации электронов. В разделе 3.3 проанализировано влияние упругих столкновений электронов с тяжелыми частицами на рассмотренную неустойчивость. Такие столкновения обеспечивают изотропизацию функции распределения ускоренных частиц за пределами ускоряющего слоя и их возврат в ускоряющий слой. Время жизни электрона .в нем г, таким образом, увеличивается. Это приводит к заметному снижению порога неустойчивости, и полученные пороговые значения Ж и Ь становятся близкими к реальным [53]. В разделе 3.4 (подраздел 3.4.1) показано, что стационарный уровень плазменной турбулентности *\¥8 соответствует порогу неустойчивости и не зависит от начального уровня Ш. Здесь же через параметр надпороговости К — 1¥/}¥$ дана оценка стационарной концентрации быстрых частиц 7Уа, возникших в результате ускорения и ионизации. В процессе ионизации часть вторичных электронов попадает в интервал энергий 0 < Е < теу1/2 (у0 — фазовая скорость плазменных волн). Они не участвуют в процессе ускорения, а пополняют собой фоновую плазму. В подразделе 3.4.2 получены выражения для стационарной добавочной концентрации фоновой плазмы Л^аа ос Л^, возникшей в результате дополнительной ионизации, сделаны оценки для условий ионосфер-

ных экспериментов [51, 52].

В разделе 3.5 рассматривается ускорение электронов плазменными волнами при ш ~ псосе в ограниченном слое плазмы. В отличие от случая частот, далеких от электронных циклотронных гармоник ("изотропное ускорение"), здесь, во-первых, плазменные волны оказываются "прижатыми" к направлению поперек магнитного поля, к ± В, и, во-вторых, существенным становится ускорение на кратном циклотронном резонансе (и — пшсе = к\\щ), условие которого может выполняться для электронов с достаточно малыми (порядка тепловой скорости Уе) продольными скоростями. При этом знак продольной скорости частицы не меняется в процессе взаимодействия с волнами, и эффект турбулентного удержания оказывается несущественным. В то же время, величина т ~ -^Л'И остается достаточной для заметного ускорения, которое происходит в направлении поперек В и приводит к появлению заметной анизотропии функции распределения в области больших энергий, Е± теУе /2. В разделе 3.6 рассмотрена столкновительная релаксация анизотропной функции распределения надтепловых электронов с Т± >> Ту во времени (Г —'температура, индексы "_!_" и "||" относятся к направлению магнитного поля). Показано, что в силу характера зависимости частоты электрон-электронных и электрон-ионных столкновений от скорости частиц {у ос -и"3) на промежуточной стадии релаксации возникает максимум функции распределения по поперечным скоростям при у/Т\\/те < г>тах < уТ±/те (те - масса электрона), причем величина г>тах увеличивается со временем [53].

4-я глава диссертации посвящена экспериментальным и теоретическим исследованиям искусственного радиоизлучения ионосферы (ПРИ). ПРИ было обнаружено в эксперименте на стенде в

Тромсе [33] в 1981 г. и наблюдается как шумовая составляющая малой интенсивности (—50 —80 дБ) в спектре отраженного от ионосферы сигнала ВН, занимающая полосу частот в несколько десятков (в некоторых случаях до сотен) килогерц. В настоящее время известно около десятка спектральных компонент ИРИ. В диссертационной работе рассматриваются компоненты ИРИ, которые генерируются в области тепловой параметрической турбулентности: широкополосная компонента (broad continuum, ВС), главный спектральный максимум (downshifted maximum, DM) и широкополосный максимум ИРИ в области положительных отстроек (broad upshifted maximum, BUM).

Явление, аналогичное ИРИ по своей природе — излучение из возмущенной области ионосферы, стимулированное пробным импульсным сигналом с малой средней мощностью ("зазеркальные" сигналы), было обнаружено несколько ранее в эксперименте на стенде "Зименки" [54]. В разделе 4.1 приведено краткое описание этого явления, а также предложена модель его интерпретации, связанная с двойной трансформацией (в плазменные волны и обратно) электромагнитных волн на вытянутых неоднородностях. Здесь же решена задача о двойной трансформации короткого электромагнитного импульса на МН и показано, что в рамках предложенной модели можно объяснить основные качественные особенности появления вторичных электромагнитных сигналов. Это позволило использовать двойную трансформацию как основу механизма генерации искусственного радиоизлучения ионосферы, а также для диагностики возмущенной области ионосферы [54]—[57].

Раздел 4.2 посвящен исследованиям ВС-компоненты ИРИ, которая представляет собой шумовое излучение в интервале частот /о - (100-120 кГц) < /s < /о с интенсивностью, убывающей с

увеличением отстройки А= /о — /э (/о = /з — частота

ИРИ). В подразделе 4.2.1 кратко описаны наблюдаемые свойства ВС и предложена физическая модель генерации этой компоненты [58, 59], основанная на явлении двойной транс формации с включением промежуточной стадии — формирования широкого частотного спектра плазменных волн за счет их стрикционного нелинейного взаимодействия, в данном случае индуцированного рассеяния на тепловых ионах. Здесь же получено выражение для амплитуды и спектра ВС-компоненты на выходе из области тепловой параметрической турбулентности. В подразделе 4.2.2 результаты численного моделирования ВС-компоненты, основанного на предложенном механизме и эмпирической модели спектральных и динамических характеристик МН, сравниваются с экспериментом. В процессе моделирования для различных значений мощности накачки Р, <5гг-о, интегральной интенсивности МН при Р — 100 индекса спектра МН и др. вычислялись значения интенсивности ИРИ и подбирались значения параметров, обеспечивающие наилучшее согласие с данными эксперимента. В п. 4.2.2.2 представлены результаты исследований поведения ВС-компоненты во времени, в п. 4.2.2.3 — изучена ее зависимость от мощности накачки, в п. 4.2.2.4 — от спектрального индекса. Результаты численного моделирования опубликованы в работах [60]—[66]. В подразделе 4.2.3 исследуется поведение ВС-компоненты на стадии релаксации плазменных волн после выключения накачки, когда в приближении слабой турбулентности процесс индуцированного рассеяния описывается уравнением простой волны в фазовом пространстве с диссипацией. Показано, в частности, что релаксация ИРИ должна начинаться спустя некоторое время задержки тд, которое увеличивается с уменьшением частоты /з. Несомненное согласие с данными экспе-

римента позволяет рассматривать предложенную модель как адекватную, интерпретировать многие из наблюдаемых эффектов и изучать роль различных частей спектра МН в генерации ИРИ на различных стадиях воздействия [67]. В подразделе 4.2.4 обсуждаются полученные результаты и перспективы диагностики параметров искусственной турбулентности ионосферы на основе измерений ИРИ [68, 69].

В разделе 4.3 исследуются свойства DM-компоненты ИРИ — спектрального максимума, расположенного на частотах ниже волны накачки на отстройках А~ 7-20 кГц. В подразделе 4.3.1 изложены результаты экспериментальных исследований DM-компоненты (в основном стационарных свойств) при различных частотах ВН. В частности на основе большого массива данных подтверждено, что отстройка высокочастотного края DM-компонен-ты остается практически неизменной для всех /0 и приблизительно равна нижней гибридной частоте fa в ^-области ионосферы; определены протяженности интервалов частот накачки вблизи электронных гирогармоник A/ores5 в которых DM полностью отсутствовал в спектре ИРИ, в зависимости от номера гармоники п; исследован характер уменьшения интенсивности и изменения формы спектра DM при приближении /0 к п/се; доказан каскадный характер возбуждения компоненты 2DM [48, 70]. В подразделе 4.3.2 исследована зависимость инкремента распадной неустойчивости плазменной (верхнегибридной) волны на нижнегибридные и дочерние верхнегибридные волны от частот и взаимного расположения волновых векторов взаимодействующих волн [71, 72]. В подразделе 4.3.3 результаты теоретического рассмотрения сопоставляются с данными эксперимента [48, 72]. На основе сопоставления сделан вывод, что наиболее вероятным механизмом генерации DM явля-

ется механизм двойной трансформации, при котором распадное взаимодействие формирует частотный спектр ИРИ. Здесь же обсуждаются причины ослабления DM при /о —» п/се, влияние вертикальных движений и горизонтальной неоднородности ионосферы на величину A/ores, а также возможности измерений магнитного поля и концентрации плазмы с помощью эффекта пропадания DM.

В разделе 4.4 рассматриваются свойства BUM-компоненты ИРИ, существующей при /о nfce в области положительных отстроек Д/+ ~ 15 - 200 кГц. В подразделах 4.4.1 и 4.4.2 представлены данные экспериментов по исследованию стационарных и динамических свойств BUM для различных гармоник как на нескольких фиксированных частотах, так и для спектра BUM в целом. В подразделе 4.4.3 на основе результатов большинства выполненных к настоящему времени исследований кратко сформулированы основные наблюдаемые свойства BUM [73, 74]. Здесь лее обсуждается возможный механизм формирования спектра плазменных волн с и) > а>о, ответственных за генерацию BUM в схеме двойной трансформации, который связан с циклотронной неустойчивостью электронов, ускоренных плазменными волнами с ц [53, 69].

В разделе 4.5 исследована зависимость структуры спектра ИРИ в целом от /о [73, 75, 76]. При этом выяснилось, что имеет место зависимость структуры стационарных спектров от соотношения /о и nfce практически во всем диапазоне рабочих частот стенда "Сура", от 4300 до 9500 кГц (п = 3,4,5,6,7), причем изменение /0 на ~ 0.01-0.Ifсе вблизи гирогармоник и на ^ 0.3/се между гармониками приводит к существенным изменениям спектров, и наблюдается повторяемость зависимости вида спектров ИРИ от величины /о — чьfee при различных номерах гармоники п (подраздел 4.5.1). В подразделе 4.5.2 исследуется влияние нелинейного взаимодействия

верхнегибридных и электронных бернштейновских волн на формирование обнаруженной зависимости [77].

В заключительном разделе главы (4.6) кратко обсуждаются полученные в главе результаты, подчеркивается связь рассмотренных спектральных компонент ИРИ с возбуждением тепловой параметрической турбулентности и ключевые моменты схемы двойной трансформации, предложенной в качестве механизма генерации этих компонент.

5-я глава диссертации посвящена исследованиям модификации профиля электронной концентрации в ионосфере при возбуждении тепловой параметрической турбулентности.

В разделе 5.1 рассмотрена задача о стационарных параметрах плазмы и плазменной турбулентности на развитой стадии ТПН с учетом стрикционного вытеснения плазмы из области локализации плазменных волн, обсуждается влияние такого вытеснения на аномальное ослабление, а также некоторые другие экспериментальные следствия такого явления [78]-[80]. В подразделе 5.1.1 показано, что при некоторых параметрах тепловой параметрической турбулентности за счет стрикционного вытеснения величина йИ/йг —> оо, и на профиле электронной концентрации в ионосфере может возникать скачок. В подразделе сформулированы уравнения задачи с учетом результатов, полученных в главе 2 для плотности энергии плазменных волн и формы спектра мелкомасштабных неоднород-ностей. В подразделе 5.1.2 численно и приближенно аналитически найден модифицированный профиль N{z). Показано, что при достаточно большой плотности энергии волны накачки вблизи ее верхнего гибридного резонанса существует интервал высот, где каждому фиксированному значению £ соответствует три возможных значения концентрации N1 > N3 > Л^, причем промежуточное со-

стояние с N = N3 неустойчиво, поскольку квадрат скорости звука для него отрицателен. Переход между устойчивыми состояниями Ni и N2 при z — const должен осуществляться скачком. Ниже скачка устанавливается плато — область, где градиент концентрации оказывается существенно меньше, чем в немодифицированном слое. В рамках рассмотренной стационарной задачи не удается, однако, однозначно определить положение скачка на соответствующем интервале высот. В подразделе определены возможные позиции и параметры скачка, величины полного аномального ослабления Гте и плотности энергии плазменных волн в зависимости от Wq, An2 и положения скачка. Показано, что при непрерывном изменении мощности накачки может иметь место гистерезисная зависимость rm(Wo)- В подразделе 5.1.3 в тех же приближениях, что и в разделе 2.2, определена зависимость An2 от Wo и положения скачка в модифицированном слое. Зависимость An2(W0) оказывается более резкой, чем в линейном слое, по крайней мере для максимальных значений перепада концентрации в скачке. В то же время, зависимость rm(Wo) (эта величина измеряется на эксперименте) оказывается существенно более медленной. В подразделе 5.1.4 вычислен коэффициент отражения пробной электромагнитной волны от скачка плотности. Такое отражение может служить причиной появления "дозеркальных" сигналов, наблюдавшихся в экспериментах [54]. В подразделе 5.1.5 полученные результаты обсуждаются, в частности, в свете существующих экспериментальных данных.

В разделе 5.2 рассмотрена зависимость АО пробных волн Ттр от их частоты / при / ~ /о- Поскольку рассеяние электромагнитной волны на МН наиболее эффективно в области плато (здесь плазма "более однородна") и отсутствует при плотностях плазмы N2 < N < Ni (область скачка), а при фиксированном N масштаб

неоднородности, на которой происходит рассеяние, зависит от частоты /, существует характерная зависимость Гтор от /: Гтор(/ > /о) < Гто(/о) < Гтр(/ < /о), которая в ионосферных экспериментах должна проявляться при |/ — /о| < 20 кГц (подраздел 5.2.1) [81]. В подразделе 5.2.2 представлены данные экспериментов, из которых следует, что зависимость АО от частоты пробных волн, полученная теоретически, действительно имеет место на эксперименте, и, кроме того, соответствующим подбором параметров модельных расчетов удается достичь неплохого количественного согласия теории с экспериментом [82].

Наряду с уменьшением N вследствие вытеснения плазмы из области локализации плазменных волн, существует увеличение N за счет ионизации основных нейтральных компонент ускоренными электронами. Результирующий знак изменения N зависит, естественно, от того, какой из эффектов преобладает. В разделе 5.3 представлены результаты исследований модификации профиля электронной концентрации в ионосфере под воздействием мощного радиоизлучения с частотами /о ~ nfce методом многочастотного допплеровского зондирования, выполненных одновременно с измерениями аномального ослабления пробных волн и искусственного радиоизлучения ионосферы [83]—[86]. В подразделе 5.3.1 описана методика проведения эксперимента, в частности указывается, что уменьшение частоты пробной волны при отражении от ионосферы соответствует уменьшению концентрации плазмы, а рост частоты — ее увеличению. В подразделе 5.3.2 представлены полученные результаты. Обнаружено, что при /о ~ гг/се изменения концентрации плазмы также, как величины аномального ослабления и обратного времени его развития минимальны, что обусловлено ослаблением взаимодействия мощных радиоволн с ионосферной плазмой при

таких частотах. При /о > п/се для всех высот отражения ВН гц также, как при /о < п/се для ^ 220 км, вытеснение плазмы преобладает, тогда как при /о < п/се и гц ^ 220 км в области верхнего гибридного резонанса ВН преобладает дополнительная ионизация. В подразделе 5.3.3 на основе данных эксперимента сделаны оценки изменений плотности плазмы в области верхнего гибридного резонанса, а также оценки энергетических потерь ускоренных электронов на неупругие соударения, включая ионизирующие, в случае преобладания дополнительной ионизации. Показано, что минимальные потери энергии имеют место при ускорении плазменными волнами относительно небольшой группы электронов ~ Ю-4

до энергий порядка 15 еУ. При этом расход энергии ускоренных частиц составляет ~ 40% от поступающей энергии накачки. Обсуждаются возможные причины преобладания дополнительной ионизации при /о < п/се, связанные с возбуждением бернштейновсих волн.

В Заключении сформулированы основные результаты работы.

Диссертация выполнена в Научно-исследовательском радиофизическом институте. Основное ее содержание опубликовано в работах [10, 28], [37]—[90] и докладывалось на Генеральных ассамблеях иИ81 (XXIII, Прага, 1990; XXIV, Киото, 1993; XXV, Лилль, 1996), на Международных Суздальских симпозиумах 1Л181 по модификации ионосферы мощным радиоизлучением (Суздаль, 1983, 1986, 1991; Уппсала, 1994; Москва, 1998), на Международной школе по физике ионосферы (Сочи, 1987), на Международных летних школах по физике космической плазмы (Нижний Новгород, 1993, 1995, 1997), на XXX и XXXII Научных ассамблеях СОБРАВ (Гамбург, 1994; Бирменгем, 1996), на VII Всесоюзном симпозиуме по дифракции и распространению волн (Ростов, 1977), на Всесоюз-

ной конференции "Волны в плазме" (Ленинград, 1978), на Всесоюзных и Всероссийских конференциях по распространению радиоволн (XII, Томск, 1978; XIII, Горький, 1981; XIV, Ленинград, 1984; XV, Алма-Ата, 1987; XVI, Харьков, 1990; XVII, Ульяновск, 1993; XVIII, Санкт-Петербург, 1996), на Всесоюзной конференции по взаимодействию электромагнитного излучения с плазмой (Ташкент, 1985), на Всесоюзном симпозиуме "Ионосфера и взаимодействие декаметровых волн с ионосферной плазмой" (Звенигород, 1989), на научных семинарах ПИРФИ, ФИ РАН, ИКИ РАН, Института космической физики (Швеция).

Экспериментальные работы, включенные в диссертацию, выполнены в больших авторских коллективах. В диссертации подробно излагаются только те результаты, вклад автора в которые был существенным на всех этапах включая постановку задачи, непосредственно проведение эксперимента, анализ и обсуждение полученных данных, подготовку публикаций. Исключение составляет работа [82] (раздел 5.2), где по инициативе диссертанта был проведен анализ ранее полученных экспериментальных данных. В работе [54] (раздел 4.1) автору принадлежит теоретическая интерпретация результатов, в [65, 67, 66] (раздел 4.2) для сопоставления с результатами численного моделирования использовались экспериментальные данные, полученные Е. Н. Сергеевым и В. Л. Фроловым. Во всех других случаях используемые в диссертации экспериментальные результаты приводятся с соответствующими ссылками на их авторство и приоритетные публикации. Программное обеспечение для численного моделирования в работах [60]—[66], [82] было разработано М. М. Шварцем.

Автор считает своим приятным долгом поблагодарить В. Ю. Трахтенгерца за руководство работой на начальных ее этапах и

многочисленные обсуждения, своих соавторов и в особенности

Л. М. Ерухимова, В. В. Беликовича, Е. А. Бенедиктова, А. Н. Ка-

раштина, Г. П. Комракова, Т. Б. Лейзера, Н. А. Митякова, В. О. Рапопорта, Б. Тиде, Е. Н. Сергеева, Г. И. Терину, В. Л. Фролова и М. М. Шварца.

Завершающая часть работы выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты 94-02-03253, 96-02-18499, 97-02-16397, ШТАБ-НЕВЯ95-0434).

1. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ

1.1. Искусственная турбулентность ионосферной плазмы в поле мощных КВ радиоволн (краткий обзор).

Околоземная плазма, в частности ионосфера, представляет собой удобный объект для изучения закономерностей возбуждения плазменной турбулентности как в естественных условиях, так и при различных искусственных воздействиях (излучение радиоволн с Земли и космических аппаратов, инжекция пучков заряженных частиц и различных химических реагентов). Систематические исследования процессов нелинейного взаимодействия мощного коро-волнового радиоизлучения с ионосферной плазмой проводятся с начала 70-х гг, когда были введены в строй специализированные нар-гевные стенды в Боулдере (Колорадо, США, 1970 г.) [4], Аресибо (Пуэрто-Рико, США, 1971 г.) [91], и г. Горьком (стенд "Зименки", 1972 г.) [92]. Ранее эксперименты носили эпизодический характер, и нелинейные явления в ионосфере исследовались, в основном, теоретически [1,6]. В настоящее время экспериментальные исследования искусственной турбулентности ионосферы, возникающей в поле мощных КВ радиоволн проводятся на нагревных стендах Аресибо (18° с. ш.), "Сура" (НИРФИ, Россия, 56° с. ш.),), Тромсе (Норвегия, 70° с. ш.),), и HIPAS (Аляска, США). Ряд интресных результатов был получен также на стенде НИИ Радио под Москвой [7] и среднеширотном стенде "Гиссар" (Душанбе, 38° с. ш.) [93]. В настоящее время на Аляске сооружается новый стенд HAARP, на котором проведены пробные эксперименты. Рабочие частоты стендов варьируются в пределах от 3.5 до 9.5 МГц (исключение составляли стенды НИИ Радио с частотой 1.35 МГц, близкой к электронной циклотронной частоте /се и стенд в Боулдере, имевший, в том числе, рабочий диапазон 2.7-3.3 Мгц вблизи второй

гармоники /се). Максимальная эффективная мощность излучения1 Ре{ ныне действующих стендов составляет от 160 до 1200 МВт. Более подробные данные о технических параметрах зарубежных стендов можно найти в Интернет [94], о стенде "Сура" в [95].

Диагностика возмущенной области ионосферы осуществляется в основном с помощью зондирования и просвечивания возмущенной области ионосферы пробными радиоволнами различных диапазонов (КВ, УКВ, СВЧ), а также при измерениях излучения из возмущенной области в оптическом и радио диапазонах [8, 10],[96]-[99], ряд исследований был проведен при запусках геофизических ракет через возмущенную область [100, 101].

Уже в первых экспериментах на нагревных стендах была обнаружена искуственная ионосферная турбулентность в верхней ионосфере: вблизи уровня отражения мощной радиоволны обыкновенной поляризации возникали неоднородности электронной концентрации различных масштабов (от нескольких см до десятков км), вытянутые вдоль геомагнитного поля В, и плазменные волны с частотами ш ~ соо (а>о = 27г/0 — частота волны накачки). Кроме того, амплитуда отраженного от ионосферы сигнала волны как на-гревного стенда, так и менее мощных передатчиков с близкими частотами (пробные волны) значительно уменьшались при включении водействия (аномальное ослабление, АО) [4, 92, 96] ,[102]—[106].

Возбуждение крупномасштабных неоднородностей с размерами, превышающими длину волны накачки (I >> с//0) связывают с тепловой самофокусировочной неустойчивостью2 [12]-[14]. Возбуждение плазменных волн и эффект аномального ослабления сначала связывались со стрикционными параметрическими неустойчи-

1Ре{ = Р - С, Р — излучаемая мощность, б — коэффициент усиления антенны.

2Такие неоднородности на эксперименте исследуются с помощью радиопросвечивания возмущенной области сигналами ИСЗ и дискретных радиоастрономических источников.

востями типа индуцированного рассеяния.3 Однако эти явления, также как и мелкомасштабное (I ^ с//о) расслоение плазмы, наблюдалось и в тех случаях, когда интенсивность накачки была значительно ниже порога стрикционных параметрических неустойчи-востей [96, 104]. Не соответствовали представлениям, сложившимся в теории стрикционных параметрических неустойчив ост ей, и характерные времена развития мелкомасштабной турбулентности и аномального ослабления, составлявшие порядка нескольких секунд [96, 104, 105], что в условиях ^-области ионосферы близко к характерному времени установления электронной температура 8ие ('8 — доля энергии, теряемая электроном при одном соударении с тяжелой частицей, ve — частота электронных соударений), а также резкое уменьшение АО при приближении /о к /се [87].

В 1974-75 гг. появились работы [28, 29, 107], в которых мелкомасштабное неоднородности (МН) и возбуждение плазменных волн связывалось с тепловыми параметрическими явлениями. Так, F. Perkins [107] предложил объяснить генерацию МН с помощью тепловой самофокусировки плазменных волн, возникших вблизи точки отражения ВН в результате развития стрикционной параметрической неустойчивости. Это, однако, противоречило данным эксперимента о временах мелкомаштабного расслоения плазмы и о возбуждении плазменных волн, поперечных магнитному полю В [102]. В настоящее время такой механизм, развитый впоследствии в [108], привлекается для объяснения "быстрого" (за время ~ 0.2 с) развития аномального ослабления пробных волн, уровень верхнего гибридного резонанса которых близок к уровню отражения ВН [109], а также для генерации МН в экспериментах на стенде Аре-сибо [110].

3Стрикционные параметрические неустойчивости в приложении к условиям F-изучались в [20]-[25].

В работе В. Ю. Трахтенгерца и автора [28] (см. также раздел 1.3) был предложен новый механизм возбуждения турбулентности в столкновительной магнитоактивной плазме — тепловая параметрическая неустойчивость (ТПН). При ТПН мелкомасштабные неоднородности образуются путем нагрева плазмы в суммарном поле электромагнитной и плазменной волн и вытеснения плазмы из прогретых областей вследствие процесса термодиффузии. Плазменные волны, в свою очередь, возникают в результате рассеяния волны накачки на МН.4 Резко анизотропный характер термодиффузии и теплопроводности в магнитном поле В приводит к тому, что МН оказываются сильно вытянутыми вдоль В. Плазменные волны при этом должны распространяться почти поперек JB, т. е. ТПН должна развиваться вблизи уровня верхнего гибридного резонанса ВН, где uJq = usjjh = Wpe + u;2e. Расслоение изотропной плазмы, связанное с ТПН, несколько ранее рассматривалось В. А. Мироновым [30]. Однако в изотропной плазме масштаб расслоения Ьт = (Lt — длина теплопроводности, 1е — длина свободного пробега электронов) существенно превышает длины волн собственных колебаний плазмы для большинства практически интересных случаев. В магнитоактивной плазме поперечная длина теплопроводности 1т± = ре/у/$-(ре — радиус циклотронного вращения тепловых электронов) оказывается существенно меньше длины свободного пробега и близка к характерным длинам плазменных волн.

В работах В. В. Васькова и А. В. Гуревича [14, 29, 112], был предложен и разработан по сути аналогичный механизм — резонансная неустойчивость (РН) — отличающийся тем, что нагрев обеспечивался только плазменными волнами. Последнее привело к

4В работах [29, 111] с помощью такого рассеяния был объяснен эффект АО.

зависимости порога неустойчивости от начальной амплитуды МН и взрывному характеру ее развития.

Дальнейшая разработка теории ТПН, связанная в первую очередь с приближением постановки задачи к условиям эксперимента (учет регулярной неоднородности среды) и построением нелинейной теории (в приближении слабой турбулентности) [38]—[46], позволила дать объяснение основным эффектам, наблюдаемым на длинных (^ 1 с) временах нагрева. Результаты этих исследований составили основу кандидатской диссертации автора [113] и изложены в разделах 2.1 и 2.2 предлагаемой работы.

Результаты экспериментальных исследований тепловой параметрической турбулентности, выполненные с помощью измерений аномального ослабления волны накачки и пробных волн с частотами |/ — /0| ^ /о_£т/2.£ (Ь — масштаб регулярной неоднородности ионосферной плазмы), и с помощью эффекта ракурсного рассеяния КВ и УКВ радиоволн на мелкомасштабных неоднородностях и плазменных волнах, приведены в большом числе статей (см., например [102,103,105,106, 110, 114], суммированы в обзорах и монографиях [8, 10, 97],[115]—[117]. Сопоставление данных эксперимента с теорией дано в подразделе 2.2.3 и более подробно в [10, 45].

При более коротких временах воздействия на ионосферную плазму (^ 0.1 с), а также когда верхний гибридный резонанс накачки оказывается в области ее квазипоперечного распространения (такая ситуация имеет место в экспериментах на стенде Аресибо) определяющими становятся эффекты, связанные со стрикционны-ми параметрическими неустойчивостями в области отражения ВН. На эксперименте они исследуются с помощью эффектов стрикцион-ного самовоздействия волны накачки, а также с помощью радаров некогерентого рассеяния. Детальное исследование искусственной

турбулентности ионосферы, возникающей на "стрикционной стадии воздействия", не входит в цели настоящей работы, в разделе 1.3 диссертации лишь кратко описаны возможные типы стрикционных неустойчивостей в ионосферной плазме. Результаты этих исследований изложены в большом числе работ (см. например [110],[118]-[125] и ссылки там). Здесь отметим лишь, что при развитии аномального ослабления область отражения экранируется тепловой параметрической турбулентностью, расположенной ниже, вблизи верхнего гибридного резонанса, и ТПН и сопутствующие эффекты становятся преобладающими [126].

Появление работ [28],[29] а также дальнейшие экспериментальные исследования стимулировали целую серию теоретических исследований тепловых параметрических явлений. Так, в [127] рассмотрена линейная стадия ТПН на основе более полной, чем в [28], системы гидродинамических уравнений для концентрации и температуры плазмы, в [128] проанализировали РН ионосферной плазме. Результаты при этом практически совпали с полученными в [28, 29]. В работах [129]—[131] рассматривалось влияние различных низкочастотных нелинейностей и непотенциальности возбуждающихся низкочастотных электрических полей на динамику и формирование спектра МН.

В работах [43]-[46] прене брега лось влиянием распределения плотности плазмы внутри мелкомасштабной неоднородности на дисперсионные свойства плазменных волн. При амплитудах неод-нородностей \6п\ > 3(<1е — дебаевский радиус) этот эффект необходимо учитывать. Оценки показывают, что при больших мощностях нагревных передатчиков это неравенство начинает выполняться, в первую очередь в длинноволновой части спектра плазменных волн. О существовании глубоких (до 10%) мелкомасштаб-

ных ямок плотности в возмущенной ооласти свидетельствуют данные ракетных экспериментов [101].5 При этом нужно рассматривать возбуждение тепловой модуляционной неустойчивости верхнегибридных волн и их захват в МН на основе более полной системы нелинейных уравнений, описывающих тепловое расслоение плазмы в магнитном поле, с учетом неоднородности плазмы поперек В. Такие задачи решались в целой серии работ (см. [132]—[146] и ссылки там). В работах [143,144] рассматривается механизм насыщения ТПН и РН, связанный с-зависимостью коэффициентов переноса (диффузии и теплопроводности) от температуры электронов. При этом были найдены стационарные решения типа солитонов с амплитудами по концентрации 6п < 0 порядка нескольких процентов и гигантскими (в несколько раз) увеличениями электронной температуры внутри солитонов. Другой механизм насыщения — установление неоднородностей (с захваченными в них плазменными волнами) с квантованными амплитудами и поперечными масштабами — рассмотрен в [146]. Эти механизмы отличается от рассмотренного в [45] (пространственное затухание волны накачки из-за рассеяния на МН в плазменные волны). Не останавливаясь более подробно на анализе этих работ, отметим лишь, что в большинстве случаев в них рассматривается решения типа уединенной ямки плотности с захваченными верхнегибридными (ВГ) волнами, распространяющимися строго поперек магнитного поля (т. е. не учитывается возможность появления "косых" плазменных волн). Кроме того, не учитывается регулярная неоднородность среды (в условиях экспериментов на высокоширотных стендах, когда маг-

5Следует отметить, что запуск ракеты проводился в ночные часы после длительного (<; 1 часа) нагрева ионосферы, т. е. появление столь интенсивных МН может быть связано с особенностями среднеширотной ночной ионосферы (см. например [36]). На других стендах подобные измерения не проводились.

нитное попе почти вертикально, регулярный градиент плотности существенно влияет на свойства ВГ волн), неодномерность процессов в направлении поперек магнитного поля (рассматривается одномерные либо цилиндрически симметричные образования; исключение составляет лишь работа [135], где показана возможность появления мультисолитонных образований для тепловой нелинейности). Все эти вопросы, которые необходимо учитывать для понимания результатов эксперимента, продолжают привлекать интерес теоретиков [147] и требуют своего решения.

Искусственная турбулентность ионосферы воздействует, в свою очередь, на характерные свойства ионосферной плазмы, в которой появляются ускоренные плазменными волнами электроны, приводящие, в частности, к дополнительной ионизации нейтральной компоненты [32], генерируется искусственное радиоизлучение ионосферы (ИРИ) вблизи первой и второй гармоник частоты ВН [33, 34], возникают искажения профиля электронной концентрации [35, 36]. Исследованиям этих проявлений тепловой параметрической турбулентности, как теоретическим, так и экспериментальным, посвящены соответственно последующие главы диссертации.

В настоящее время используются различные методы диагностики быстрых электронов в возмущенной области ионосферы. Это, во-первых, свечение ионосферы в оптическом диапазоне [31, 88], [148]—[151]. При воздействии мощной радиоволной обыкновенной поляризации наблюдается .увеличение интенсивности свечения линий атомарного кислорода с длиной волны Л — 6300 и 5577А (красная и зеленая линии) с энергиями возбуждения соответственно б = 1.96 и 4.17 эВ, интенсивность свечения в красной линии может достигать 200 - 250 релей [31, 88]. Оптическое излучение возникает в результате возбуждения соответствующих уровней ато-

мов при столкновениях с электронами, энергия которых превышает потенциал воозбуждения. По измерениям такого излучения можно судить о плотности и функции распределения электронов, ускоренных плазменными волнами [31, 151]. Другой метод диагностики ускоренных электронов — наблюдение плазменной линии с помощью СВЧ-радаров — использовался в эксперименте [150] на стенде Аресибо. Было обнаружено, что интенсивность плазменной линии на расстояниях до 30 км ниже области возбуждения параметрической неустойчивости возрастает по сравнению с невозмущенной ионосферой в 10-100 раз (непосредственно в самой области — в 103-104 раз). На основе измерений в [150] сделан вывод об ускорении электронов вплоть до энергий е ~ 20 эВ, причем их функция распределения спадает в интервале энергий 10 < е < 20 эВ существенно медленнее максвелловской. Далее, при исследовании возмущенной ионосферы методом многочастотного допплеровско-го зондирования при включении мощной радиоволны появляется положительное допплеровское смещение частоты пробной волны на величину 1-3 Гц [32]. Это явление соответствует повышению электронной концентрации в ионосфере (в основном, вблизи точки отражения) на 2 -5 % вследствие ионизации ускоренными электронами с энергиями, превышающими потенциал ионизации 1а основных нейтральных компонент ионосферной плазмы (атомарный кислород 1о = 13.6 эВ и молекулярный азот — 13.6 эВ). Всплески электронов с энергиями е ~ 25 эВ в возмущенной области ионосферы наблюдались в ракетном эксперименте [100]. В настоящее время делаются попытки исследований свойств функции распределения ускоренных электронов по измерениям времен релаксации искусственного радиоизлучения "ионосферы (и, следовательно, плазменных волн в области искусственной турбулентности) [152].

Наличие электронов с е ^ 10 эВ в возмущенной области должно возбуждать также радиоизлучение в дециметровом диапазоне длин волн вследствие возбуждения высоких ридберговских уровней молекул нейтральных компонент ионосферной плазмы при их столкновениях с быстрыми электронами и дальнейшего перехода электронов между этими уровнями [153]. В 1997-98 гг. по инициативе автора проведены первые эксперименты по наблюдению стимулированного электромагнитного излучения СВЧ диапазона из возмущенной области ионосферы. Воздействие на ионосферу осуществлялось с помощью стенда "Сура", а прием излучения — в 125 км к западу от "Суры", на полигоне НИРФИ "Зименки" с помощью радиотелескопов РТ-4 и РТ-15 на частотах 9144, 2950, 930 и 600 МГц. В ходе экспериментов во время работы "Суры" наблюдались нерегулярные всплески и (или) некоторое повышение фона радиоизлучения на частотах 600 и 930 МГц [90]. Здесь, однако, для уверенного доказательства существования эффекта требуются дальнейшие эксперименты.

Теория ускорения электронов плазменными волнами в области развития искусственной ионосферной турбулентности и вопросы интерпретации данных экспериментов рассматривались в работах [50, 52, 53], [154]—[160]. Этим вопросам посвящена третья глава диссертации. Отметим, что в последних работах [161]-[163] для интерпретации увеличения интенсивности свечения в красной линии с Л = 6300А (она обладает достаточно низким потенциалом возбуждения) наряду с ускорением электронов плазменными волнами на "хвосте" функции распределения привлекается нагрев всего электронного газа волной накачки до температур в 4-5 раз превышающих фоновую. В этом случае, однако, потери энергии электронов на неупругие соударения с нейтралами становятся сравнимыми с

потоком энергии, поступающим от накачки (см раздел 5.3.3).

Одним из наиболее интересных и информативных проявлений искусственной плазменной турбулентности является искусственное радиоизлучение ионосферы (ИРИ, в англоязычной терминологии -stimulated electromagnetic emission, SEE), которое было обнаружено в эксперименте [33] на стенде в Тромсе. Явление, подобное ИРИ — излучение из возмущенной области ионосферы, стимулированное пробным импульсным сигналом с малой средней мощностью ("зазеркальные" сигналы), было обнаружено несколько ранее в эксперименте на стенде "Зименки" [54].

ИРИ изучалось в дальнейшем различными группами исследователей [48, 67, 70], [73]—[76], [124], [164]-[189] На эксперименте ИРИ наблюдается как шумовая составляющая малой интенсивности (—50-i—80 дБ) в спектре отраженного от ионосферы сигнала ВН, занимающая полосу частот в несколько десятков (в некоторых случаях до сотен) килогерц. В настоящее время известно около десятка спектральных компонент ИРИ, первая подробная классификация которых дана в работе [165]. Различные компоненты ИРИ генерируются в различных областях плазмы в результате различных нелинейных процессов. Так, на основе анализа данных поведения ИРИ во времени удалось установить, что компоненты downshifted peak (DP) и narrow continuum (NC) возникают в результате развития стрикционных параметрических неустойчивостей [185], тогда как более медленное развитие тепловой параметрической неустойчивости (мелкомасштабных неоднородностей) подавляет эти компоненты и способствует генерации компонент broad continuum (ВС), downshifted maximum (DM) и broad upshifted maximum (BUM) [73, 165, 167, 176, 179, 186]. Следует отметить, что в отличие от, например, солнечного радиоизлучения, дина-

мика спектров которого при наземных и спутничных измерениях определяются, в основном, распространением потоков энергичных частиц через всю толщу солнечной короны, ИРИ позволяет исследовать процессы развития турбулентности в относительно узкой (порядка нескольких км) области плазменного резонанса волны накачки. В настоящее время интенсивно разрабатываются теоретические модели различных компонент ИРИ, основанные на конкуренции и сочетании различных нелинейных (стрикционных и тепловых) и квазилинейных процессов [33, 59, 47, 72, 66, 53], [190]-[207]. В частности, автором в [54, 59] был предложен механизм генерации ИРИ из области тепловой параметрической турбулентности, связанный с двойной трансформацией электромагнитных волн (в плазменные волны и обратно) на вытянутых мелкомасштабных неоднородностях, а в [59] было показано, что широкий частотный спектр ИРИ связан со стрикционным нелинейным взаимодействием плазменных волн, возникших в результате тепловой параметрической неустойчивости. Различные типы такого взаимодействия привлекаются для интерпретации различных спектральных компонент ИРИ (см. гл. 4).

В последнее время в печати появился ряд работ, в которых механизм двойной трансформации для интерпретации ИРИ исследуется для случая сильных мелкомасштабных неоднородностей, когда ВГ моды оказываются захваченными [146], [204]—[207]. В работах [146, 204, 206] рассматривается параметрическая неустойчивость захваченных ВГ мод относительно возбуждения ИГ волн и ВГ' мод на сдвинутой частоте (линейная стадия распадного взаимодействия типа ВГ —> ВГ' + ИГ рассматривается в разделе 4.3.2). Учет влияния захваченных мод на свойства ИРИ безусловно важен для детальной интерпретации данных эксперимента, однако в

настоящее время степень развития теории еще не дает такой возможности.

Измерения ИРИ при специальных временных режимах воздействия на ионосферу, а также при воздействии одновременно на нескольких частотах (что позволяет создавать разнесенные по высоте и различные по свойствам области турбулентности) и их сопоставление с теоретическими моделями позволяет создавать новые "нелинейные" методы диагностики плазменной турбулентности [62]-[67], [169, 183, 186]. В частности, в работе [67] на основе сопоставления данных измерений ИРИ на нескольких частотах на стадии релаксации плазменных волн удалось показать, что процесс релаксации хорошо описывается уравнением простой волны в w-пространстве, которое справедливо для перекачки энергии в процессе индуцированного рассеяния плазменных волн на ионах. Наблюдение распространения такой волны в фазовом пространстве было осуществлено, по-видимому, впервые.

Результаты экспериментальных исследований "зазеркальных" сигналов и ИРИ, полученных при участии автора, а также результаты теоретических исследований этих явлений приведены в четвертой главе диссертации.

В экспериментах [35, 178, 208] по исследованию возмущенной области ионосферы методом многочастотного допплеровсжого зондирования было обнаружено и детально исследовано вытеснение плазмы из области верхнего гибридного резонанса волны накачки. Эти результаты явились прямым подтверждением теорети-

U о --

ческих представлении о важной роли верхнегибридного резонанса в возбуждении искусственной турбулентности ионосферы. Такое вытеснение может быть связано как со стрикционным давлением плазменных волн, так и с увеличением газокинетического давле-

ния плазмы вследствие ее нагрева [79, 80, 209, 210]. В то же время, наряду с уменьшением N вследствие вытеснения плазмы из области локализации плазменных волн, существует увеличение N за счет ионизации основных нейтральных компонент ускоренными электронами. Результирующий знак изменения N зависит, естественно, от того, какой из эффектов преобладает. Теоретическим и экспериментальным иссследованиям модификации профиля электронной концентрации в области тепловой параметрической турбулентности посвящена пятая глава диссертации.

Все обсуждаемые явления, возникающие в ^-области ионосферы под действием мощного КВ радиоизлучения, существенным образом зависят от соотношения частоты накачки /о и гармониками электронной циклотронной частоты /се. Так, в эксперименте [103] было установлено, что при приближении /о к 2/се существенно возрастает интенсивность мелкомасштабной части спектра МН. Обнаружена и детально исследована зависимость интенсивности и вида спектров ИРИ от соотношения /о и п/се, причем установлено, что наблюдается повторяемость зависимости вида спектров ИРИ от величины /о — nfce при различных номерах гармоники п вплоть до п = 7, а при изменении /о между nfce и (п + 1)/се можно условно выделить несколько областей частоты накачки, где спектры ИРИ носят существенно различный характер [70, 73, 75, 172, 173]. Показано, что при /о « /се эффективность взаимодействия накачки с ионосферной плазмой существенно уменьшается: падают амплитуда ИРИ [48, 173] и интенсивность МН [211], уменьшаются аномальное ослабление [83]—[86], [180, 212] и эффекты модификации профиля электронной концентрации [83]—[86]. Интерпретации этих явлений посвящен ряд теоретических работ [42, 47, 141, 213, 214]. В предлагаемой диссертации влияние соотношения /о и nfce на свойства

Г'ОССййсжай ^гудАрствени, "^блиотвся

тепловой параметрической турбулентности обсуждаются в разделах 2.3, 3.5, 4.3 - 4.5, 5.3.

Круг вопросов, освещенных в приведенном кратком обзоре, и определил проблему, решаемую в диссертации, и основную ее цель. Это построение наиболее полной физической картины явлений, приводящих к генерации плазменной турбулентности в области верхнего гибридного резонанса мощной радиоволны в верхней ионосфере.

Отметим, что число публикаций, посвященных искусственной ионосферной турбулентности, к настоящему времени далеко превысило тысячу, и список цитируемых работ является, естественно, далеко не полным. Более подробное изложение многих аспектов проблемы можно найти в оригинальных статьях, обзорах и монографиях [8, 10, 45, 97, 14],[115]-[117], а также специальных выпусках журналов "Radio Science", 1974, у. 9, по. 11, Изв. вузов. Радиофизика, 1975, т. 18, N 9 и 1977, т. 20, N 12, Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics, 1982, v. 44, no. 12, и 1985, v. 47, no. 12, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 1997, v. 59, no.18.

1.2. Электромагнитные и плазменные волны в ^-области

ионосферы.

Искусственная турбулентность ионосферы возбуждается в области ионосферы, где могут одновременно распространяться электромагнитные и плазменные волны. В настоящем разделе даны краткие сведения о дисперсионных свойствах электромагнитных и плазменных волн в условиях jF-области ионосферы. Линейное дисперсионное уравнение, определяющее связь между частотой волны ш, ее волновым вектором к и параметрами плазмы имеет вид:

и2

D = det\\k26ij - kikj - —41 - 0, (1.1)

где £Н — эрмитова часть тензора диэлектрической проницаемости. На рисунке 1.1 приведена зависимость показателей преломления этих волн п = ск/ш от параметра v при и <С 1. Здесь V = Wpg/o;2, и = uj^JuP1, иоРе = \j47ce2N/me и о>се = еВ/тес — соответственно электронные плазменная и циклотронная частоты, (—е) и ше — заряд и масса электрона, N — плотность плазмы, В — напряженность магнитного поля, с — скорость света. Показатели преломления обыкновенной (П2) и необыкновенной (ni) волн представлены для 9 = 19°, зависимость приведена для

углов 9 = 19° и 90° (9 — угол между волновым вектором электромагнитной волны и магнитным полем В). При вертикальном падении на ионосферу (ni || ViV ]| z) необыкновенная волна (ni) отражается от ионосферы при v = = 1 — л/й ниже области существования плазменных волн (vi < v*) и, следовательно, не может возбуждать искусственную турбулентность. Исключение составляет случай ujt ~ suict < Wpe, s = 2,3..., когда в результате параметрических неустойчивостей могут возбуждаться электронные бернштейновские моды. При этом, однако, порог неустойчивостей значительно возрастает [42].

В случае вертикального падения волны обыкновенной поляризации, на котором сосредоточено дальнейшее внимание, вблизи точки отражения ВН v = 1 справедливо квазипоперечное приближение

[3]:

xA¡sin20 > 2(1 -v)|cos0|. (1.2)

Показатель преломления ВН при этом равен

п\ и (1 - v)/sin26>, (1.3)

а ее поляризация линейна, причем вектор электрического поля направлен вдоль постоянного магнитного, Е \\ В, а, амплитуда в ли-

п

2 2

- ъ а

П22 п\

«Г

V

Рис. 1.1. Зависимость п2{у) при и = 0.05. щ — необыкновенная волна, 712 — обыкновенная волна, пз — 2-мода. в\ = О2 = 20°, 20° < в3 < 90°.

нейном слое плазмы v — 1 — z/Lq при z/Lq <С 1 описывается формулой [3]:

1/6

с

(k0L0 klz to

Е = л{^в) Al(i)- f=- =

L0 sin в

(1.4)

Здесь - расстояние от точки отражения, Ьо = N{dN/dz) - характерный размер линейного слоя, - функция Эйри А - константа, определяемая, в частности, мощностью наземного передатчика. Согласно (1.4) при малых углах в (в условиях эксперимента — в более высоких широтах) разбухание поля оказывается более существенным. При £ 1 для описания распространения волны можно пользоваться распространением геометрической оптики [3]. В интересующих нас условиях ^-слоя ионосферы области, определяемые неравенствами (1.2), { > 1 и перекрываются.

При г; < V = 1— гАвт2 9/2\соэ0| выполняется неравенство, обратное (1.2), для ВН справедливо квазипродольное приближение. Показатель преломления ВН здесь равен

V

1 + V«|cos0|'

(1.5)

а поляризация становится почти круговой в плоскости, ортогональной направлению распространения ВЫ, Е _L п2.

Оценки показывают, что в условиях эксперимента на стенде Аресибо {в = 45°) v < г>*, и во всей области существования плазменных волн Е || В. В то же время, на стендах, расположенных в более высоких широтах (стенды "Сура", в = 19°, и Тром-се, в = 12°) v > v*, и плазменные волны могут возбуждаться в результате параметрических неустойчивостей как в области квазипродольного (Е _1_ Пг), так и квазипоперечного (Е || В) распространения ВН. Здесь v* — нижняя по v граница существования высокочастотных плазменных'волн в ионосфере.

При выполнении условия е = 0 (здесь е = (kikj/k2)£fj(u>,k) — скалярная, или продольная диэлектрическая проницаемость) показатель преломления п —> оо (для волны п3 на рис. 1.1), а ее поляризация становится практически продольной, Е || к, а электрическое поле — потенциальным. Рассмотрим дисперсионные свойства таких продольных (плазменных) волн более подробно. Для продольных волн два первых члена в уравнении (1.1) уничтожаются и оно принимает вид (см., например, [215]):

е = 1+Е ^ (l - Е I,(klPl)e-^°J+{ß,a)\ = 0, (1.6)

а К Уа \ s=-оо ~ J

где ос означает сорт частиц, а — e,i, ßsa = (ш — suCOi)/(\k^\Va), Va = \jTa/ma •— тепловая скорость частиц сорта а, ра = Va/coca — радиус циклотронного вращения тепловых частиц соответствующего сорта, индексы || и _L относятся к направлению магнитного поля В, Is(z) — модифицированная функция Бесселя, J+(x) — плазменная дисперсионная функция, которая для х >> 1 может быть представлена в виде

J+(x) и 1 + \ + 4 + н1^хе~х2/2 хг ж4 V 2

При к2р2а <С 1, ш >> Wei, и ф stüce уравнение (1.6) можно переписать следующим образом

1 2 а ^ре .2 л ^pi

1--cos в — , п у—— sin в ——

ш

2 ~ Wce) и2

- + (1.7)

о;4 1(а;2-а,2е)(и;2-4а;с2е)

а;

1 u>2(ut - 3w*w2 + 6а;4) , Л 2 л 4 л. л +--v се. . се 9 . '-- sin2 в cos2 9 + cos4 в f = О,

3 (со2 - со2е)3 Это уравнение определяет дисперсионные законы высокочастотной и>п и низкочастотной а^ ветвей плазменных волн, причем при рассмотрении высокочастотных плазменных волн (wpe < ш & и^ь) вкладом ионов, естественно, можно пренебречь. В условиях F-области ионосферы, где о;ре >> wce, при кре —► 0 значение ип дается следующим простым выражением

и2и « cu¡e + tü2ce sin2 9и = и>1ъ - ш2се cos2 6»u, (1.8)

где wuh — у/^ре + uj2e — верхняя гибридная частота, резонансный угол 0п определяется из соотношения

«л = (Г^у^у- М

При к ^ к0 в дисперсионном уравнении для плазменных волн приходится учитывать электромагнитные поправки ~ ш/с. При этом его решение при этом описывает z-моду:

2 _ —А;2 [2(1 -у)-ч]± у^! - 4и(1 - у)к1ш2/с2

55 55 "

причем знак — соответствует распространяющейся волне при 1 — V < и/2, а знак "+" — при 1 —V < и. обращается в нуль при к\ = иш2/с2(и + V - 1).

При больших кре, кре из/с дисперсионное уравнение для ши удобно представить в следующем виде:

к4 - 2Вгк2 -Ц = 0, (1.11)

0.75

k\\pe 0.5

0.25

0

-0 5

Рис. 1.2. Сечение дисперсионной поверхности .D(ü>u, йц, к±) = 0 для высокочастотных плазменных волн при и = и>се/ши = и различных шре. Кривая 1 соответствует ~ 0.934 (^u/í^uh = 1.0075), кривая 2 — ^pe/^u = 0.949 (wu/t^uh = 1.0002). Стрелками условно изображены условия пространственного синхронизма для распадного взаимодействия верхне- и нижнегибридных воян (см. раздел 4.3.2).

0.003

0.002

к\\Ре

0.001 о

0 0.2 0.4 0.6 0.8

к±ре

Рис. 1.3. Сечение дисперсионной поверхности = О для низкочастотных

плазменных волн при различных и>\. Кривая 1 соответствует — 1-05,

кривая 2 — wi/wih = 1-5 и кривая 3 — wi/u>ih = 2. ^е/и>ре = 0.05, т{/гтге = 3 • 104.

где к2 = 2>к2р2, 2В\ = (1—и—у)/иу, а для тепловых поправок (фигурные скобки (1.7)) пренебрежено со2е по сравнению с и>2е. Уравнение (1.11) определяет следующую связь и

( . Г-.-ТТ~9-\ 1/2

h = ±

\

1 2

Вг + ^ - к] ±

[в^-kl

(1.12)

/

При 4w2(l -v)/c2u <к2±< (l-v)2/12ир2е выражения (1.10) и (1.12) совпадают, естественно, с (1.9).

На рис. 1.2 изображены зависимости Щ(к±) высокочастотных плазменных волн для = const и различных плотностей плазмы N ос Wpe, через которые в эксперименте распространяется волна накачки обыкновенной поляризации. При построении рис. 1.2 учтены также поправки ~ к% = со2/с2. Групповая скорость ВЧ плазменных волн равна

V

К

uuvk

g-L

U)1Lvk\\ к2

к2 (

к1 к2

1

2h

к2

-к2

(1.13)

к2

к2

1 -

С

к0

\

к2

к4

Отметим, что на рис. 1.2 участки кривых с < кц(ктах) и кц > к\\(ктах) соответствуют различной групповой дисперсии волн6: в первом случае /сц Т^ц < 0 (такие волны в дальнейшем будем называть верхнегибридными, они соответствуют знаку "—" перед радикалом в (1.12)), во втором — > 0 (ленгмюровские волны), здесь ктах — максимальное значение поперечного волнового числа,

' (#1 + |)2 при Вх <§

(1.14)

2В\ при Вг>\.

к

max

3Групповая скорость волны направлена по нормали к поверхности &ц(&х)

\

Декремент затухания плазменных волн определяется их бес-стокновительным взаимодействием с частицами плазмы (затухание

Ландау) и электронными столкновениями.

7 — 7l + 7coi (1.15)

Для высокочастотных (ленгмюровских и верхнегибридных) волн имеем [215]

0Г UJ2peul Г ujj \ ^

cos2 в со 2

Здесь 7l — декремент затухания Ландау на тепловых электронах с максвелловским распределением. Отметим, что в ионосфере существуют потоки фотоэлектронов [216] — надтепловых частиц с энергиями 1-100 эВ, которые вносят дополнительный вклад в затухание плазменных волн. Кроме того, надтепловые частицы возникают в результате ускорения электронов искусственной плазменной турбулентностью (см. главу 3). Распределение этих частиц как правило не является максвелловским, и соответствующий декремент определяется выражением

7f =--J Щ ~ ll^ll^1 1 II' (1Л?)

Здесь f(v) — функция распределения надтепловых электронов. В выражениях (1.16), (1.17) не учтено циклотронное затухание при ш ~ Согласно (1.7) и рис. 1.2, значение продольного волнового числа увеличивается при уменьшении плотности плазмы. Это приводит к значительному увеличению 7l при v < v* (jl(v*) > в ионосферных условиях v* ~ 0.9), и здесь возбуждение плазменных волн в процессе параметрических неустойчивостей становится невозможным.

Для низкочастотных плазменных волн при wpe >> wce, кре —»■ 0

777 ■

ш? и loU-1 + — cos2 ад, (1.18)

me

где wih = у/шсе^а/(1 + ^се/^ре) — нижняя гибридная частота, СО\ — wih при в\ = pi/2. Зависимость к\\(к±) при конечных кре для различных значений приведена на рис. 1.3.

При вычислении затухания низкочастотных (нижнегибридных) плазменных волн наряду с бесстолкновительным затуханием на электронах необходимо учитывать также ионное затухание Ландау. Здесь [215]

j vt u>le cos2 9\ + ujf sin2 7col =

2 u>2e(me/rrii + cos2 8\) ' 7l ^ 7L + 7L ~ 2 2 (1.19)

e Zfc- V¿ cos" «1 _|__- _i_ e -lb* Y

(me/m¡ + cos2 0i) ^fcfVg3! cos^i) mi kfV|3 j

где mt/rrii появляется благодаря вкладу ионов. В выражениях (1.7) и (1-19) предполагается, что ионы незамагничены. Это приближение справедливо, если Re и; >> (это условие необходимо для обоих выражений), и Imu; = у > /27г [217] (необходимо для (1.19)). Согласно (1.18), (1.19) затухание на замагниченных электронах исчезает при —»• 7г/2 и превышает ионное затухание Ландау при cos2 в\ те/тi, где u>¡ ~ и>се cosfy.

При поперечном распространении относительно магнитного поля (fcy —> 0, (3$а >> 1, J+(f3sa) « 1 уравнение (1.6) имеет дополнительные решения — волны Бернштейна. В коротковолновом к\р\ > 1и длинноволновом к\р\ <С 1 пределах частоты мод Бернштейна близки к гармоникам электронной циклотронной частоты, ш « писе. Рассмотрим несколько более подробно длинноволновый предел, для

которого дисперсионное уравнение имеет вид:

1 3и1Усп(кре)^ __ о

(и>2 - ш2се)(ш2 - Аш2се) К-пЧ2еК2е где сп — 1/2П~1п\. Уравнение (1.20) имеет два решения. При достаточно большой разности между и>иь и писе

« ~ ™1)2 > 4^ре^с2еСп(^Ре)2(П_1) (1.21)

эти решения соответствуют верхней гибридной

и> И = +

Зк2р2еш^ш

„2 и>2

е ре се

З^се)

и электронной циклотронной (бернштейновской, и> « пи>се) волнам. При выполнении неравенства, обратного (1.21) (двойной резонанс), решения уравнения (1.20) очень близки, и

2 2 2

^ = ^ + П ± писеШреСп{кре)п-1 (L22)

Отметим, что в области частот между верхней гибридной и кратной циклотронной решения уравнения (1.20) отсутствуют, и даже при = пис разница между частотами и конечна: со+ — = спа»ре(/г/9е)п_1 (щель Гросса [218]).

Решения (1.6) для плазменных волн с в = тс/2 при произвольных кре в верхнегибридной полосе, когда пшсе < < (п + 1)о>се и nwce < ш < (п + 1)о>се для различных wuh/wce (этот случай важен для интерпретации ионосферных экспериментов, см. раздел 4.5) представлены на рис. 1.4. Здесь участки дисперсионных кривых с дои/дк > 0 соответствуют верхнегибридным волнам, участки с дш/дк < 0 — бернштейновским.

Бесстолкновительное

затухание плазменных волн при uj ~ пшсе определяется электронным циклотронным затуханием:

у , - Д ЫРе - т (к2о2)е-к2р<е-А2/к№ (г 23)

7cycl~Uk2\kn\vrn[ Ре) { }

& Ре

Рис. 1.4. Дисперсионные кривые для плазменных волн в верхнегибридной полосе при различных оо^/ш^ в пределах 4о;се < о^ь < 5о;се при в = 7г/2. Величина о;иь/а;се для каждой кривой близка к значению ш/изсе, при кре —> 0.

В области двойного резонанса со ~ ^иЬ ^

псосе из (1.20), (1.23)

имеем фп 1):

~ , - Ж_^_е-д(1 24)

7сус1~У21^,1^(1+ Ди/А) ( }

где Д = со — псосе, Ди = со — сои. Отметим, что действительные решения уравнения (1.20) в области двойного резонанса могут существовать только при ДДи > 0 (см. раздел 2.4).

К сожалению, в настоящее время отсутствует детальный анализ влияния соударений на затухание мод Бернштейна. В [213] для столкновительного члена в кинетическом уравнении в форме Ландау получено следующее выражение для 7со1 при со « пи;се, кре <С 1:

Ь 3 2«!!

= 8 (ЙТЛ)»"-' (1'25)

В ионосферных экспериментах п = 2,3...7, и превышает в 2-3.5 раза. Однако в [213] отсутствует оценка области частот вокруг теи;Се, в которой формула (1.25) справедлива.

В заключение раздела приведем типичные параметры плазмы, которые имеют место в экспериментах по модификации ионосферы.

Рассматриваемые в диссертации эффекты происходят в Т^-слое ионосферы, на высотах порядка 200 — 300 км над поверхностью Земли. Величина плазменной частоты /ре = ыре/27г в области отражения мощной радиоволны определяется, естественно, частотой последней /о и в различных экспериментах составляет от 3.5 до 9.5 МГц. Небольшая часть экспериментов проводилась на частотах, близких к электронной циклотронной частоте /се = о>се/2тс и ее второй гармонике. Величина /се в зависимости от высоты области взаимодействия может варьироваться приблизительно от 1.30 до 1.35 МГц. Разница между частотой волны накачки и плазменной частотой в области верхнего гибридного резонанса (/иь =

\//о ~ /се)? гДе происходит возбуждение тепловой параметрической турбулентности, составляет, таким образом, Д/ « и>се/2/ре от 100 до 250 кГц. Расстояние между областью отражения обыкновенной волны и областью верхнего гибридного резонанса Аггтиь ~ ¿/с2е//ре составляет 0.6-10 км при различных /о (типичный масштаб регулярной неоднородности в ^-слое Ь ~ 30-100 км). Величина нижнегибридной частоты определяется ионным составом плазмы и на указанных высотах (ионы 0+) составляет щъ/2-к « 7.5 кГц Типичная величина электронной температуры в ионосфере составляет Те ~ 2 • 10~13 эрг (« 1500°К), а частота электронных соударений ие ~ 300-500 с-1. Значения остальных необходимых параметров приведены в тексте диссертации. Более детальное описание свойств ионосферной плазмы-можно найти, например, в книгах [3, 6, 216, 219].

1.3. Параметрические неустойчивости в верхней ионосфере.

Случай однородной плазмы.

1.3.1. Дисперсионное уравнение параметрической неустойчивости.

Рассмотрение параметрических неустойчивостей в верхней ионосфере, возникающих при воздействии на нее высочастотной волн конечной амплитуды (волны накачки, ВН) с электрическим полем Е = Ео ехр(—гш^Ь + гког) + к.е., начнем со случая однородной плазмы. Дисперсионное уравнение для потенциальных возмущений с низкой частотой О<ш0и волновым вектором к при частоте накачки, близкой к одной из частот электронных потенциальных волн плазмы (и « Кее(и;^\к) = 0), и для относительно малых

амплитуд накачки (кге < 1, Ге — амплитуда пространственных осцилляции в поле ВН) получено в работе [28] на основе простых

Заключение диссертации по теме «Радиофизика», Грач, Савелий Максимович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты, полученные в диссертации, позволили построить физическую картину целого комплекса явлений, возникающих при взаимодействии мощного радиоизлучения с ионосферной плазмой и связанных с возбуждением тепловой параметрической турбулентности (высокочастотных плазменных волн и вытянутых вдоль магнитного поля неоднородностей плотности) и различными ее проявлениями, такими как вытеснение плазмы из области локализации плазменных волн, ускорение электронов и дополнительная ионизация нейтральной компоненты, генерация искусственного радиоизлучения ионосферы.

Перечислим основные результаты работы.

1. Предложен новый механизм турбулизации магнитоактивной плазмы в высокочастотном поле мощной электромагнитной волны — тепловая параметрическая неустойчивость (ТПН). При ТПН плазменные волны возникают в результате рассеяния (трансформации) электромагнитной волны на сильно вытянутых вдоль магнитного поля неоднородностях плотности плазмы. Последние образуются вследствие нагрева электронов в суммарном поле электромагнитной и плазменной волн и последующего вытеснения плазмы из прогретых областей из-за процессов термодиффузии. Пороговые поля ТПН в однородной плазме оказываются существенно ниже порога стрикционных параметрических неустойчивостей.

2. Для случая регулярно неоднородной плазмы найдены пороги ТПН и проанализирована зависимость ее инкремента от поперечного магнитному полю масштаба неоднородностей. В приближении слабой турбулентности в неоднородной плазме проанализирована нелинейная стадия ТПН. Для стационарной турбулентности получены выражения для величины аномального ослабления волны накачки, связанного с рассеянием на неоднородностях, пространственного спектра интенсивности неоднородностей и плазменных волн в зависимости от плотности энергии накачки на входе в плазму Wo. Характерная ширина спектра МН определяется поперечной к магнитному полю электронной теплопроводностью, к* ~ 61/2р~1. Спектр плазменных волн оказывается существенно шире, и основная доля энергии сосредоточена в области масштабов кре ~ 1. Показано, что имеет место гистерезисный характер зависимости интенсивности МН от плотности энергии накачки: срыв неустойчивости происходит при меньших Wq, чем ее возбуждение.

3. Показано, что в ионосфере ниже максимума F-слоя, где градиенты величины магнитного поля и электронной плотности анти-параллельны, при приближении частоты плазменных волн к двойному резонансу область существования плазменных волн с k L В уменьшается как в реальном пространстве, так и в пространстве волновых векторов, и на плоскости (о;, к±) появляются запрещенные зоны, в которых существование плазменных волн невозможно. Наличие таких зон в области двойного резонанса в ионосфере служит одной из причин значительного ослабления взаимодействия мощных радиоволн с ионосферной плазмой при coq w пшсе. Определена частотная полоса запрещенных зон в зависимости от п. Если частота волны накачки выходит за пределы запрещенной зоны, оставаясь при этом близкой к na>ce, эффективность взаимодействия, наоборот, увеличивается, что приводит к снижению порога тепловой параметрической неустойчивости.

4. На основе кинетического уравнения в квазилинейном приближении рассмотрено ускорение электронов в области тепловой параметрической турбулентности. Характерная энергия ускоренных электронов оказывается существенно больше потенциала ионизации основных нейтральных компонент. Показано, что ускорение электронов, возникших в результате дополнительной ионизации, приводит при превышении некоторого порога по интенсивности плазменных волн и (или) размеру области турбулентности к лавинообразному нарастанию их концентрации. Стабилизация неустойчивости связана с насыщением плотности энергии плазменных волн на пороговом уровне, что позволяет определить стационарную концентрацию ускоренных частиц и добавочную концентрацию фоновой плазмы. К дополнительному снижению порога неустойчивости приводит возврат электронов в ускоряющий слой за счет упругих столкновений с тяжелыми частицами за его пределами.

Показано, что при и ~ пшсе в результате ускорения должна возникать функция распределения быстрых электронов с существенной поперечной анизотропией, а ее релаксация за счет столкновений с заряженными частицами за пределами ускоряющего слоя приводит к появлению максимума по поперечным скоростям на хвосте функции распределения.

5. Предложен механизм генерации ИРИ в области тепловой параметрической турбулентности: двойная трансформация электромагнитных волн (в плазменные волны и обратно) на мелкомасштабных вытянутых неоднородностях, в рамках которого удается объяснить основные наблюдаемые свойства "зазеркальных" сигналов, возникающих при зондированиии области пробными волнами. Этот механизм с включением промежуточной стадии — формирования спектра плазменных волн за счет их нелинейного взаимодействия между собой — позволяет интерпретировать ряд спектральных компонент ИРИ. Различный частотный спектр компонент ИРИ определяется при этом различными механизмами взаимодействия плазменных (верхнегибридных) волн: индуцированное рассеяние на ионах для ВС, трехволновое взаимодействие верхне- и нижнегибридных волн для DM (2DM, UM), циклотронная неустойчивость быстрых электронов на двойном резонансе для BUM, неравновесная функция распределения которых формируется в результате ускорения электронов в области турбулентности.

6. Для ВС-компоненты ИРИ в рамках предложенного механизма получено выражение для спектральной плотности потока энергии излучения на выходе из области турбулентности. Проведенное численное моделирование с использованием эмпирической модели спектра МН продемонстрировало несомненное согласие с данными эксперимента и позволило дать интерпретацию многих наблюдаемых свойств ВС. В частности, показано, что появление максимумов ИРИ во времени на стадиях развития и релаксации МН (overshoot-эффект) связан с балансом вклада МН различных масштабов (и, следовательно, имеющих различные времена развития и релаксации) в трансформацию плазменных волн в электромагнитные и в аномальное ослабление выходящего излучения, а времена задержки начала релаксации ИРИ после выключения ВН (большие для меньших частот) объясняются перекачкой энергии плазменных волн в область низких частот в процессе индуцированного рассеяния. Использование численного моделирования в комбинации с измерениями ИРИ создает возможность построения диагностики параметров области тепловой параметрической турбулентности, возникающей в ^-области ионосферы под воздействием мощного радиоизлучения.

7. Показано, что инкремент распадного взаимодействия верхнегибридных и нижнегибридных волн, привлекаемого для интерпретации формирования спектра плазменных волн при генерации

DM-компоненты, имеет два максимума на частотах ~ 1.1 wih и u>i ~ 1.5o;ih — нижнегибридная частота). Позиция второго максимума, соответствует наблюдаемому положению DM в спектре ПРИ и отвечает локальному минимуму затухания Ландау нижнегибридных волн.

8. Экспериментально исследованы свойства спектральных компонент ИРИ DM и BUM, а также структра спектра ПРИ в целом в зависимости от частоты волны накачки /о. Показано, что наблюдается повторяемость зависимости вида спектров ИРИ от величины /о —п/се при различных номерах гармоники те, а при изменении /о между n/се и (п + 1)/се можно условно выделить пять областей частоты накачки, где спектры ИРИ носят различный характер: 1) "резонансная область" /о ~ nfce, где компоненты ВС, DM и BUS (broad upshifted structure) в спектре ИРИ отсутствуют, a BUM имеет низкую интенсивность; 2) область "над гармоникой", где в спектре ИРИ присутствуют интенсивные DM (часто 2DM и 3DM) и BUM компоненты; 3) область "сильного излучения", где в спектре ИРИ присутствуют DM, ВС и BUS с высокой интенсивностью; 4) область "слабого излучения", где компонента BUS исчезает, а интенсивность DM и ВС значительно уменьшается; 5) область "под гармоникой", где вновь нарастает интенсивность DM и ВС. Предложена интерпретация зависимости интенсивности ИРИ от /о в областях 3-5, связанная с характером нелинейного взаимодействия верхнегибридных и бернштейновских волн. Показано, что ширина резонансной области заметно уменьшается с номером гармоники и приблизительно совпадает с шириной запрещенных зон в области двойного резонанса при 0.1 ^ к±ре ^ 0.2. Эффект пропадания DM при /о « nfce создает возможность дистанционных измерений магнитного поля и плотности плазмы с высокой точностью (вплоть до 6В ~ Ю-5 и 6И ~ Ю-3).

9. Показано, что вытеснение плазмы из области верхнего гибридного резонанса волны накачки, обусловленное стрикционным давлением плазменных волн, приводит к образованию ступенеобразного (плато и скачок) профиля электронной концентрации. Определены возможные положения скачка на профиле, значения перепада концентрации в скачке и размеры плато. Модификация профиля существенно влияет на свойства тепловой параметрической турбулентности, в частности, на характер зависимости интенсивности МН от мощности ВН, на аномальное ослабление ВН Гто. Величина Гт зависит от положения скачка на профиле, причем наименьшие значения соответствуют нижнему положению скачка, а наибольшие — верхнему. В модифицированном слое существенно увеличивается вклад мелкомасштабной части спектра МН в АО, а зависимость величины АО от И^о становится более медленной. Появляются гистерезисная зависимость величины' АО от И^ и дополнительное отражение электромагнитных волн от скачка плотности плазмы. Экспериментально подтверждена найденная теоретическая зависимость аномального ослабления пробных волн Гтр от их частоты /, когда Гтр(/ > /0) < Гт(/0) < Гтор(/ < /0).

10. Обнаружен и проанализирован эффект смены знака изменений концентрации плазмы, индуцированных волной накачки, в области верхнего гибридного резонанса при переходе /о через тс/се, когда для частот /о < п/се преобладает дополнительная ионизация ускоренными электронами, а при /о > п/се — вытеснение плазмы из области ВГР. При /о « гг/се возмущения концентрации минимальны, так же как величины аномального ослабления и обратного времени его развития.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Грач, Савелий Максимович, 1998 год

ЛИТЕРАТУРА

[1] Гинзбург В. Л., Гур.'шп А. В., УФН. 1960. Т. 70. С. 201-246, 393-428.

[2 [3

[4 [5

[6

[7

[8

[9

Цитович В. Н. Нелинейные эффекты в плазме. М. Наука. 1967.

Гинзбург В. JI. Распространение электромагнитных волн в плазме. М., Наука, 1967.

Utlaut W. F., Cohen R. Science. 1971, v.174, pp. 245-254.

В. П. Силин, Параметрическое воздействие излучения большой мощности на плазму, М., Наука, 1973.

А. В. ГУревич, А. Б. Шварцбург, Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере, М., Наука, 1973.

Гуревич А. В., Шлюгер И. С. Изв. вузов. Радиофизика. 1975. Т. 18. С. 1237-1260.

Ерухимов Л. М., Метелев С. А. и др. Изв. вузов. Радиофизика. 1987. Т. 30. С. 208-225.

Беляев П. П., Котик Д. С. и др. Изв. вузов. Радиофизика. 1987. Т. 30. С. 248-267.

[10] Митяков Н. А., Грач С. М., Митяков С. Н. "Возмущение ионосферы мощными радиоволнами." Итоги науки и техники, Серия: Геомагнетизм и высокие слои атмосферы, М., ВИНИТИ, 1989.

[11] Bakhmet'eva N. V., Belikovich V. V., et al. Radio Sei., 1998, v. 33, pp. 583-594.

121 Литвак А. Г. Изв. вузов. Радиофизика. 1968. Т. 11. С. 14331435.

131 Perkins F. W., Valeo E. J., Phys.Rev. Let., 1974, v.32, pp. 12341237.

141 Васьков В. В., Гуревич А. В. В кн.: "Тепловые нелинейные явления в плазме", ИПФ АН СССР, Горький. 1979. С. 81-138.

151 Гетманцев Г. Г., Зуйков Н. А. и др. Письма в ЖЭТФ. 1974. Т. 20. С. 229-232.

161 Stubbe Р., Корка Н., J. Geophys.Res., 1977, v. 82, pp. 23192325.

171 Бенедиктов Е. А., Гетманцев Г. Г. и др. Геомагнетизм и аэрономия. 1980. Т. 20. С. 955-956.

181 Бойко Г. Н., Васьков В. В. и др. Изв. вузов. Радиофизика. 1985. Т. 28. С. 960-970.

191 Мима К., Нишикава К. В кн.: Основы физики плазмы, М., Энергоатомиздат, 1984, 434-497.

201 Васьков В. В., Гуревич А. В., Изв. ВУЗов — Радоофизика,,

1973, 16, 188-198.

211 Митяков Н. А., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В. Ю. Геомагнетизм и аэрономия. 1974. Т. 14. С. 36-42.

22] Альбер Я. И., Кротова 3. Н., Митяков Н. А., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В. Ю. ЖЭТФ, 197. Т. 66. С. 574-578.

231 Perkins F. W., Valeo С. R., Oberman E. J., J. Geophys. Res.,

1974, v. 79, 1478-1483.

[24] Жислин Г. М., Литвак А. Г. и др. Письма в ЖЭТФ. 1974. Т. 20. С. 617-621.

[25] Fejer J. A., Ionospheric modification and parametric instabilities, Rev. Geophys.Space Phys., 1979, 17, no. 1, 135-153.

[26] А. Г. Литвак, В. Ю. Трахтенгерц. , 60, 1702, 1971.

[27] А. Г. Литвак, В. Ю. Трахтенгерц. , 62, 228, 1972.

[28] Грач С. М., Трахтенгерц В. Ю. О параметрическом возбуждении ионосферных неоднородностей, вытянутых вдоль магнитного поля. Изв. вузов. Радиофизика, 1975, Т. 18. С. 1288 - 1296.

[29] Васьков В. В., ГУревич А. В. ЖЭТФ. 1975. Т. 69. С. 176-178.

[30] Миронов В. А. Изв. вузов. Радиофизика, 1969, Т. 12. С. 1765.

[31] Haslett J. С., Megill L. R., Radio Sci, 1974, v. 9, 1005-1020.

[32] В. В. Васьков, С. Ф. Голян и др. Письма в ЖЭТФ, 1981, т. 34, с. 582-585.

[33] Thide, В., Корка Н., Stubbe P., Phys. Rev. Let., 1982., v. 49, pp. 1561-1564.

[34] Караштин A. H., Коробков Ю. И., Фролов В. Л., Цимринг М. Ш. Изв. вузов. Радиофизика, 1986, Т. 29. С. 28-32.

[35] Васьков В. В., С. Ф. Голян, А. В. Гуревич и др. Письма в ЖЭТФ. 1986. Т. 43. С. 512-515.

[36] Duncan L. М., Sheerin J. P., Behnke R. A., Phys. Pev. Lett., 1988, v. 61, pp. 239-242.

[37] Грач С. М. О параметрической неустойчивости ОНЧ волн в верхней ионосфере. Изв. вузов. Радиофизика, 1975, Т. 18. С. 1627-1637.

[38] Грач С. М., Караштин А. Н., Митяков Н. А., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В. Ю. Тепловая параметрическая неустойчивость в неоднородной плазме. Часть 1. Линейная теория. Препринт НИРФИ N 114, Горький. 1978.

[39] Грач С. М., Караштин А. Н., Митяков Н. А., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В. Ю. Параметрическое взаимодействие электромагнитного излучения с ионосферной плазмой. Изв. вузов. Радиофизика, 1977, Т. 20. С. 1827-1833.

[40] Грач С. М., Караштин А. Н., Митяков Н. А., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В. Ю. К теории тепловой параметрической неустойчивости в неоднородной плазме. Физика плазмы. 1978. Т. 4. С. 1321-1329.

[41] Грач С. М., Поляков С. В., Рапопорт В. О. О влиянии ре-комбинационных процессов и неизотермичности ионосферной плазмы на тепловую параметрическую неустойчивость. Изв. вузов. Радиофизика, 1979, Т. 22. С. 711-715.

[42] Грач С. М. Тепловая параметрической неустойчивость в ионосферной плазме на частотах, близких к о># и 2и;#. Изв. вузов. Радиофизика, 1979, Т. 22. С. 521-530.

[43] Грач С. М., Караштин А. Н., Митяков Н. А., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В. Ю. Тепловая параметрическая неустойчивость в неоднородной плазме. Часть 2. Нелинейная теория. Препринт НИРФИ N 115, Горький. 1978.

[44] Грач С. M., Караштин А. Н., Митяков Н. А., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В. Ю. Тепловая параметрическая неустойчивость в неоднородной плазме (нелинейная теория). Физика плазмы. 1978. Т. 4. С. 1330-1340.

[45] Грач С. М., Митяков Н. А., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В. Ю. Тепловая параметрическая неустойчивость в ионосферной плазме. В кн.: "Тепловые нелинейные явления в плазме". ИПФ АН СССР. Горький. 1979. С. 46-80.

[46] Grach S. M., Mityakov N. A., Rapoport V. O., Trakhten-gertz V. Yu. Thermal parametric turbulence in a plasma. Physica 2D, 1981, pp. 102-106.

[47] Грач С. M., Тиде Б., Лейзер Т. Плазменные волны в ионосфере вблизи уровня двойного резонанса. Изв. вузов. Радиофизика. 1994. Т. 37. С. 617-633.

[48] Leyser Т. В., Thide В., Waldenvik M., Veszelei Е., Frolov V. L., Grach S. M., Komrakov G. P. Downshifted maximum features in stimulated electromagnetic emission spectra. J. Geophys. Res., 1994, v. A99. pp. 19555-19568.

[49] Грач С. M., Митяков H. А., Трахтенгерц В. Ю. Ускорение электронов параметрической турбулентностью в ионосфере. В кн.: Эффекты искусственного воздействия мощным радиоизлучением на ионосферу Земли. (Материалы Всес. симпоз., Суздаль, 1983). М.: ИЗМИР АН, 1983, С. 62-63.

[50] Грач С. М., Митяков Н. А., Трахтенгерц В. Ю. Ускорение электронов при параметрическом нагреве ограниченного слоя плазмы. Изв. вузов. Радиофизика. 1984. Т. 27. С. 1086-1101.

[51] Грач С. М., Митяков Н. А., Трахтенгерц В. Ю. Ускорение электронов плазменной турбулентностью и дополнительная ионизация в ограниченном слое плазмы. В кн.: Взаимодействие электромагнитных излучений с плазмой. Тез. докл. IV Всес. конф., Ташкент, ФАН. 1985. С.178-179.

[52] Грач С. М., Митяков Н. А., Трахтенгерц В. Ю. Ускорение электронов и дополнительная ионизация при параметрическом нагреве плазмы. Физика плазмы. 1986. Т. 12. С. 693-701.

[53] Grach S. М., Kinetic effects in the modified volume of the ionosphere. Vth Suzdal URSI Symposium on the Modification of Ionosphere ISSMI'98, Book of Abstracts. Suzdal, August 26-29, 1998, 5-6.

[54] Беликович В. В., Бенедиктов Е. А., Грач С. М., Терина Г. И. Двойная трансформация волн при рассеянии на искусственных ионосферных неоднородностях. Тезисы докладов на XIII Всесоюзной конференции по распространению радиоволн. Горький. Ч. I. М.: Наука, 1981, С. 107-109.

[55] Беликович В. В., Бенедиктов Е. А., Грач С. М., Терина Г. И. Рассеяние радиоволн от ^-области ионосферы, возмущенной радиоизлучением обыкновенной поляризации. В кн.: Эффекты искусственного воздействия мощным радиоизлучением на ионосферу Земли. (Материалы Всес. симпоз., Суздаль, 1983). М.: ИЗМИР АН, 1983, С. 68-69.

[56] Беликович В. В., Бенедиктов Е. А., Грач С. М., Терина Г. И. Рассеяние радиоволн от искусственной ионосферной турбулентности. В кн.: Модификация ионосферы мощным радиоизлучением. (Материалы Межд. симпоз., Суздаль, 1986). М.: ИЗМИРАН, 1986, С. 120-121.

[57] Беликович В. В., Грач С. М., Терина Г. И. Рассеяние пробных радиоволн от искусственной ионосферной турбулентности. Тезисы докладов XV Всесоюзной конференции по распространению радиоволн. Алма-Ата. М.: Наука, 1987. С. 107.

[58] Грач С. М. О механизме генерации стимулированного излучения ионосферной плазмы. Тезисы докладов XIV Всесоюзной конференции по распространению радиоволн. Ленинград. 4.1. М.: Наука, 1984. С. 132-134.

[59] Грач С. М. Об электромагнитном излучении искусственной плазменной турбулентности ионосферы. Изв. вузов. Радиофизика. 1985. Т. 28. С. 684-693.

[60] Грач С. М., Метелев С. А., Шварц М. М. Об интерпретации результатов измерений искусственного радиоизлучения ионосферы. В кн.: Модификация ионосферы мощным радиоизлучением. (Материалы Междунар. симпоз., Суздаль, 1986). М.: ИЗМИРАН, 1986, С. 86-87.

[61] Грач С. М., Сергеев Е. Н., Шварц М. М. О моделировании состояния искусственной ионосферной турбулентности (ИИТ) по результатам измерений искусственного радиоизлучения ионосферы. Тезисы докладов Всес. сими. "Ионосфера и взаимодействие декаметровых радиоволн с плазмой." 4.1. М., 1989. С. 50.

[62] Шварц М. М., Грач С. М., Сергеев Е. Н., Фролов В. Л. О возможностях исследования искусственной ионосферной турбулентности с помощью искусственного радиоизлучения ионосферной плазмы. II. Результаты численного моделирования. Препринт НИРФИ N 367, Нижний Новгород, 1993.

[63] Shvarts M. M., Grach S. M., Frolov V. L., Sergeev E. N., Computer simulations of the broad continuum feature of the stimulated electromagnetic emission, IV Suzdal URSI Symposium on Artificial Modification of the Ionosphere, August 15-20, Uppsala, Sweden, Abstracts, 1994, 73-74.

[64] Шварц M. M., Грач С. M., Сергеев Е. П., Фролов В. JI. Моделирование широкополосной компоненты искусственного радиоизлучения ионосферы. Изв. вузов. Радиофизика, 1994, Т. 37. С. 647-673.

[65] Shvarts М. М., Grach S. М., Frolov V. L., Sergeev Е. N., On the generation of the stimulated electromagnetic emission: the computer simulation results, Advances in Space Research, 1995, v. 15, pp. (12)59-(12)62.

[66] Grach S. M., Shvarts M. M., Sergeev E. N., and Frolov V. L., Broad continuum feature of stimulated electromagnetic emission, J. Atm. Sol.-Terr. Phys., 1998, v. 60, pp. 1233-1246.

[67] Sergeev E. N., Frolov V. L., Grach S. M., Shvarts M. M. Investigations of artificial HF plasma turbulence features using stimulated electromagnetic emission, Advances in Space Research, 1995, v. 15, pp. (12)63-(12)66.

[68] Grach S. M., Theoretical analysis of stimulated electromagnetic emission spectral features in comparison with experimental data, IV Suzdal URSI Symposium on Artificial Modification of the Ionosphere, August 15-20, Uppsala, Sweden, Abstracts, 1994, 23.

[69] Grach S. M. SEE spectral features: physical models and experimental evidences. XXVth General Assembly of the International Union of Radio Science, Abstracts, Lill, 1996, 704.

[70] Leyser Т. В., Thide В., Goodman S., Waldenvik M., Veszelei E., Grach S. M., Karashtin A. N., Komrakov G. P., and Kotik D. S. Narrow cyclotron harmonic absorption resonances of stimuluted electromagnetic emission in the ionosphere. Phys. Rev. Lett, 1992, v. 68, pp. 3299-3302.

[71] Grach S. M., Shvarts M. M. Decay interaction of plasma waves in the region of artificial plasma turbulence. Proceedings of III Suzdal URSI Symposium on Modification of the Ionosphere by Powerful Radio Waves (ISIM-3), Suzdal, Sept. 9-13, 1991, M., 1991, pp. 89-90.

[72] Shvarts M. M., and Grach S. M., Interaction of upper and lower hybrid waves and generation of DM feature stimulated electromagnetic emission, J. Atm. Sol.-Terr. Phys., 1997, v. 59, pp. 2421-2429.

[73] Leyser Т. В., Thide В., Waldenvik M., Goodman S., Frolov V. L., Grach S. M., Karashtin A. N., Komrakov G. P., Kotik D. S. Spectral structure of stimulated electromagnetic emission between electron cyclotron harmonics, J. Geophys. Res., 1993, v. 98, pp. 17597-17606.

[74] Фролов В. JI., Грач С. М., Ерухимов Л. М., Комраков Г. П., Сергеев Е. Н., Тйде В., Кароззи Т. Исследование особенностей развития широкополосного максимума ИРИ (BUM). Изв. вузов. Радиофизика, 1996, Т. 39. С. 352-671.

[75] Grach S. M., Frolov V. L., Sergeev E. N., Komrakov G. P., Thide В., Carozzi Т., Some new results on the spectral structure of stimulated electromagnetic emissions. Second Volga International Summer School on Space Plasma Physics, 13-21 June 1995, Abstracts, p.38.

[76] B. JI. Фролов, С. M. Грач, Г. П. Комраков, Е. Н. Сергеев, Т. Б. Лейзер, Б. Тиде., М. Валденвик, Е. Весзелей, С. Гудман. Характеристики ИРИ по измерениям в широком диапазоне частот ВН между гармониками гирочастоты электронов. Препринт НИРФИ 368, Горький, 1993.

[77] Grach S. М., Shvarts М. М., Interaction between upper hybrid and Bernstein vaves and SEE dependence on the pump frequency, Vth Suzdal URSI Symposium on the Modification of Ionosphere ISSMI'98, Book of Abstracts. Suzdal, August 26-29, 1998, p. 39.

[78] Грач С. M., Митяков Н. А. Скачок электронной концентра-

v ^ и

ции в ионосфере на развитой стадии тепловой параметрической неустойчивости. В кн.: Модификация ионосферы мощным радиоизлучением. (Материалы Междунар. симпоз., Суздаль, 1986). М.: ИЗМИР АН, 1986, С. 49-50.

[79] Грач С. М., Митяков Н. А. Скачок плотности плазмы на развитой стадии тепловой параметрической неустойчивости. Препринт НИРФИ N 235, Горький. 1987.

[80] Грач С. М., Митяков Н. А., Шварц М. М. Скачок плотности плазмы на развитой стадии тепловой параметрической неустойчивости. Геомагнетизм и аэрономия. 1989. Т. 29. С. 500-596.

[81] Грач С. М., Шварц М. М. О влиянии искажений профиля в области верхнего гибридного резонанса на аномальное ослабление электромагнитных волн, Геомагнетизм и аэрономия. 1990. Т. 30. С. 1008 - 1010.

[82] Грач С. М., Комраков Г. П., Шварц М. М., Юрищев М. А. О зависимости аномального ослабления пробных волн от частоты при воздействии мощным радиоизлучением на ионосферу. Изв. вузов. Радиофизика, 1998, Т. 41. С. 966-678.

[83] Komrakov G. P., Grach S. М., Yurishchev М. A., Karashtin A. N., Kotik D. S., Thide В., Leyser Т. В., Waldenvik М., Veszelei Е., Ionospheric modification by powerful radio waves near cyclotron harmonics: Observations by different diagnostic tools, XXIVth General Assembly of the International Union of Radio Science, Abstracts, Kyoto, 1993, 398.

[84] Grach S. M., Komrakov G. P., Yurishchev M. A., Thide В., Leyser Т. В., Simultaneous observations of ionospheric modifications near electron cyclotron harmonics by multifrequency Doppler sounding and stimulated electromagnetic emission measurements, IV Suzdal URSI Symposium on Artificial Modification of the Ionosphere, August 15-20, Uppsala, Sweden, Abstracts, 1994, pp. 71-72.

[85] Грач С. M., Комраков Г. П., Юрищев М. А., Тиде Б., Лейзер Т. Исследования ионосферной плазмы, возмущенной мощным радиоизлучением с частотами вблизи кратных гирорезонан-сов. Препринт НИРФИ N 418, Нижний Новгород, 1995.

[86] Grach S. М., Komrakov G. P., Yurishchev М. A., Thide В., Leyser Т. В., Carozzi Т., Multifrequency doppler radar observation of

electron gyroharmonic effects during electromagnetic pumping of the ionosphere, Phys. Rev. Lett., 1997, v. 78, pp. 883-886.

[87] Грач С. M., Коробков Ю. С., Юрин К. И. Сопоставление результатов нелинейного воздействия на .F-слой ионосферы на частотах 5.75 и 1.34 МГц. Изв. вузов. Радиофизика, 1975, Т. 18. С. 1064 -1065.

[88] Bernhardt P. A., Scales W. A., Grach S. М., Karashtin A. N., Kotik D. S., Polyakov S. V. Excitation of artificial airglow by high power radio waves from the "Sura" ionospheric heating facility, Geophys. Res. Lett., 1991, v.18, pp.1477-1480.

[89] Грач С. M., Кириллов А. А. Возбуждение потенциальных ионно-циклотронных волн при воздействии на ионосферу мощным радиоизлучением. Тезисы докладов на XV Всесоюзной конференции по распространению радиоволн. Алма-Ата. М.: Наука, 1987, С. 117.

[90] Grach S. М., Fridman V. М., Podstrigach T.S., Snegirev S. D., Vybornov F. I. First observations of stimulated electromagnetic emissions of ionosphere in decimeter wavelength range. Vth Suzdal URSI Symposium on the Modification of Ionosphere ISSMI'98, Book of Abstracts. Suzdal, August 26-29, 1998, 38.

[91] Gordon W. E., Showen R. L., Carlson H. C., J. Geophys. Res. 1971, v. 76, pp. 7808-7813.

[92] Гетманцев Г. Г., Комраков Г. П. и др. Письма в ЖЭТФ. 1973. Т. 18. С. 621-624.

[93] Ерухимов JI. М., Ковалев В. Я. и др. Геомагнетизм и аэрономия. 1987. Т. 27. С. 758-763.

[94] http://www.wavegroup.irfu.se

[95] Беленов А. Ф., Белов И. Ф. и др. Стенд "Сура". Обзор результатов исследований. Препринт НИР ФИ N 343, Нижний Новгород, 1992.

[96] Radio Sei., 1974, v. 9, no 11, Special issue.

[97] Ерухимов JI. M., Метелев С. А. и др. В кн.: "Тепловые нелинейные явления в плазме", ИПФ АН СССР, Горький. 1979. С. 7-45.

[98] J. Atm. Solar-Terr. Phys., 1997, v. 59, no. 18, Special issue.

[99] Eglitis P., Robinson T. R. et al., J. Geophys. Res., 1998, v. A103, pp. 2253-2259.

[100] Rose G., Grandal В., 6-th ESA Symp. Eur. Rocket and Ballon Programmes and Relat. Res., Interlaken, 11-15 Apr. 1983, Paris, 1983, pp. 263-267.

[101] Kelley, M. C., Arce, Т. L., Salowey, J., et al., J. geophys. Res., 1995, v. 100, pp. 17367-17376.

[102] Minkoff, J., Kugelman, P., Weissman, I. Radio Sei., 1974, v. 9, pp. 941-956.

[103] Fialer P. A. Radio Sei., 1974, v. 9. pp. 923-940.

[104] Беликович В. В., Бенедиктов Е. А. и др. Изв. вузов. Радиофизика. 1975. Т. 18. С. 516-526.

[105] Беленов А. Ф., Бубнов В. А. и др. Изв. вузов. Радиофизика.

1977. Т. 20. С. 1805-1813.

[106] Ерухимов Л. М., Метелев С. А. и др. Изв. вузов. Радиофизика.

1978. Т. 21. С. 1738-1741.

107

108

109

110

111

112 113

114

115

116

117

118

119

Perkins F. W. Radio Sei., 1974, v. 9, pp. 1065-1070.

Васьков В. В., Гуревич А. В., Караштин А. Н. Геомагнетизм и аэрономия. 1981. Т. 21. С. 973-980.

Бойко Г. Н., Ерухимов JI. М., Фролов В. JI. Геомагнетизм и аэрономия. 1990. Т. 30. С. 998-1002.

Noble S. T., Djuth F. T., J. Geophys. Res., 1990, v. 95, no. A9, 15195-15207.

Митяков H. А., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В. Ю. Изв. вузов. Радиофизика. 1975. Т. 18. С. 1273-1278.

Васьков В. В., Гуревич А. В. ЖЭТФ. 1977. Т. 73. С. 929-936.

Грач С. М. Теория тепловой параметрической неустойчивости в магнит оактивной плазме. Канд. дисс. НИР ФИ, Горький. 1979.

Hedberg A., Thidé В. et al. J. Geophys. Res., 1984, v. A84, pp. 11038-11042.

Насыров A. M. Рассеяние радиоволн анизотропными ионосферными неоднородностями. Изд. Казанского университета, 1991.

Авдеев В. Б., Белей В. С. и др. Изв. вузов. Радиофизика. 1994. Т. 37. С. 479-492.

Frolov V. L., Erukhimov L. M., Metelev S. A., Sergeev E. N. J. Atm. Solar-Terr. Phys., 1997, v. 59, pp. 2317-2333.

Ерухимов JI. M., Метелев С. A., Митяков H. A., Фролов В. JI. Изв. вузов. Радиофизика. 1982. Т. 25. С. 490-494.

Harfors T., Kofman W. et al. Radio Sei. 1983, v. 18, pp. 861-866.

[120] Djuth F. Т., Gonsales С. A., Ierkic Н. М., J. Geophys. Res., 1986, v. 91, 12089-12107.

[121] Khol Н., Корка Н., La Hoz С., Stubbe Р., Radio Sei., 1987, v.22, pp.655-661.

[122] Isham В., Hagfors Т., J. Geophys. Res., 1993, v. 98, no. A8, 13605-13625.

[123] Sulzer M. P., Fejer J.A., J. Geophys. Res., 1994, v. 99, no. A8, 15035-15050.

[124] Thidé В., Djith F. Т., Leyser Т. В., Ierkic Н. М., J. Geophys. Res., 1995, v. 100, no. A12, 23887-23899.

[125] Isham В., La Hoz С., Kohl H. et al., J. Atm. Terr. Phys., 1996, v. 58, pp. 369-383.

[126] Ерухимов Л. M., Метелев С. А., Митяков Н. А., Фролов В. Л. Геомагнетизм и аэрономия. 1983. Т. 23. С. 433-439.

[127] Димант Я. С. Изв. вузов. Радиофизика. 1977. Т. 20. С. 18341845.

[128] Das А. С., Fejer J. A., J. Geophys.Res., 1979, v. 84, no.All, pp. 6701-6704.

[129] Васьков В. В. В кн. "Взаимодействие радиоволн KB- и УКВ диапазонов с ионосферной плазмой", М., ИЗМИР АН, 1980, С. 4.

[130] Васьков В. В. Гуревич А. В., Геомагнетизм и аэрономия. 1982. Т. 22. С. 565-572.

[131] Л. М. Ерухимов, Е. Н. Мясников, Изв. вузов. Радиофизика. 1998. Т. 41. С. 194-205.

1321 Буринская Т. М., Волокитин А. С., Физика плазмы. 1979. Т. 5. С. 1350-1354.

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

Литвак А. Г., Миронов В. А. В кн.: "Тепловые нелинейные явления в плазме", ИПФ АН СССР, Горький. 1979. С. 191215.

Литвак А. Г., Миронов В. А. ЖЭТФ. 1980. Т. 78. С. 562-572.

Горшков К. А., Миронов В. А., Сергеев А. М. Связанные стационарные солитонные образования. Препринт ИПФ АН N 49, Горький, 1982.

Inhester В., J. Atm. Terr. Phys., 1982, v. 44, pp. 1049-1060.

Dysthe К. В., Mj0lhiis E., Pecseli H., Ripdal K. Phys. Scripta,

1982, v.2/2, pp.548-559.

Dysthe К. В., Mj0lhtLs E., Pecseli H., Stenflo L. Phys. Fluids,

1983, v.26, p. 146.

Mj0lhus E. J. Plasma Phys., 1983 v. 30, pp. 195-198.

Васьков В. В., ГУревич А. В. Геомагнетизм и аэрономия. 1983. Т. 23. С. 901-908.

Mj0lhus, Е. J. Atmos. Terr. Phys., 1993, v. 55, pp. 907-918.

Васьков В. В., Рябова Н. А. Изв. вузов. Радиофизика. 1997. Т. 40. С. 541-560.

Gurevich А. V., Zybin, К. P., Lukyanov, А. V. Phys. Rev. Lett., 1995, v. 75, pp. 2622-2625.

Gurevich A. V., Zybin, K. P., Lukyanov, A. V. Phys. Lett. A, 1995, v. 206, pp. 2247-259.

145] Istomin Ya. N., Leyser Т. B. Phys. of Plasmas, 1997, v. 4., pp. 817-828.

146] Istomin Ya. N., Leyser Т. B. Phys. of Plasmas, 1998, v. 5., pp. 921-932.

147] Vth Suzdal URSI Symposium on the Modification of Ionosphere ISSMI'98, Book of Abstracts. Suzdal, August 26-29, 1998, pp. 4, 7, 8, 9, 14, 24-25.

148] Sipler 0. P., Einemark E., Biondi M. A., J.Geophys. Res., 1974, v. 79, 4276-4280.

149] Адейшвили Т. Г., ГУревич А. В., Ляхов С. Б. и др. Физика плазмы. 1978. Т. 4. С. 1293-1301.

150] Carlson Н. С., Wickwar V. В., Mantas G. P., J. Atm. Terr. Phys., 1982, v. 44, pp. 1089-1100.

151] Bernhardt P. A., Tepley C. A., Duncan L. M., J. Geophys.Res., 1989, v. 94, p. 9071.

152] Сергеев E. H., Фролов В. Л., Бойко Г. Н., Комраков Г. П. Изв. вузов. Радиофизика. 1998. Т. 41. С. 313-347.

153] Авакян С. В., Серова А. Е., Воронин Н. А., Геомагнетизм, и аэрономия. 1997. Т. 37. С. 99-106.

154] Митяков Н. А., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В. Ю., Изв. вузов. Радиофизика. 1975. Т. 18. С. 27-33.

155] Weinstock J. J. Geophys. Res., 1975, v. 80, pp. 4331-4345.

156] В. В. Васьков, А. В. Гуревич, Я. С. Димант. Многократное ускорение электронов в плазменном резонансе. , 84, N2, 536548, 1983

[157] A. V. Gurevich, Ya. S. Dimant, G. M. Milikh, and V. V. Vas'kov, Multiple accelaration of electrons in the region of high-power radio wave reflection in the ionosphere, J. Atm. Terr. Phys., 1057-1070, 1985.

158

159

160 161 162

163

164

165

166

167

168

В. В. Васьков, Г. M. Милих. Геомагнетизм и аэрономия. 1983. Т. 23. С. 196-201.

В. В. Васьков, Г. С. Иванов-Холодный. Геомагнетизм и аэрономия. 1991. Т. 31. С. 1049 - 1056.

Ya. S. Dimant, А. V. Gurevich, and К. P. Zybin, J. Atm. Terr. Phys., 1992, v. 54, pp. 435-436.

Mantas G. P., J. Geophys.Res., 1994, v. 99, no. A5, pp. 89939002.

Mantas G. P., Carlson H. P., J. Geophys.Res., 1996, v. 101, no. Al, pp. 195-209.

Gurevich A. V., Milikh G. M., J. Geophys.Res., 1997, v. 102, no. Al, pp. 389-394.

Thidé В., Derblom H. et al., Radio Sei., 1983, v. 18, pp. 851-859.

Stubbe, P., Kopka H., Thidé В., Derblom H., J. Geophys. Res.,

1984, v. 89, pp. 7523-7536.

Ерухимов JI. M., В. Л. Фролов. Препринт НИРФИ 195, Горький, 1984.

Бойко Г. Н., Ерухимов Л. М. и др. Изв. вузов. Радиофизика.

1985, Т. 28, С. 395-405.

Thidé В., J. Atm. Terr. Phys., 1985, v. 47, p. 1257.

[169] Ерухимов Л. М., Метелев С. А., Разумов Д. В. Изв. вузов. Радиофизика, 1988, Т. 31, С. 1301-1308.

[170] Thide В., Hedberg A., Fejer J. A., Sulzer М. Р., Geophys. Res. Lett., 1989, V. 16, pp. 369-372.

[171] Leyser Т. В. Stimulated electromagnetic emission in the ionosphere. Ph. D. dissertation. — Uppsala Univ., Uppsala. Sweden. IRF, 1989.

[172] Leyser Т. В., Thide B. et al., Phys. Rev. Lett., 1989, v. 63, pp. 1145-1147.

[173] Leyser, Т. В., Thide, В., et al., J. Geophys. Res., 1990, v. 95, pp. 17233-17244.

[174] Stubbe P., Корка H., Phys. Rev. Lett., 1990, v. 65, pp.183 - 186.

[175] Armstrong W.T., Massey R. et al., Radio Sci., 1990, v.25, pp. 1283 - 1289.

[176] Frolov, V. L. In Proc.III Suzdal URSI Symp. Modif. Ionos. Powerful Radio Waves, Moscow, September, 1991, pp. 158-159.

[177] Фролов В. Л., Сергеев Е. Н. Препринт НИРФИ 324, Нижний Новгород, 1991.

[178] Lobachevsky, L. A., Gruzdev, Y. V., et al., 1992, J. Atmos. Terr. Phys., v. 54, pp. 75-85.

[179] Waldenvik, M., Thide В., Leyser, Т. В., et al., 1993, In XXIYth General Assembly of the International Union of Radio Science, Abstracts. Kyoto, 1993. p. 397.

[180] Stubbe P., Stocker A. J., et al. J. Geophys. Res., 1994, v. A99, pp. 6233-6246.

181] Bernhardt P. A., Wagner L. S., et al., Phys. Rev. Lett., 1994 v. 72, pp. 2879 - 2882.

182] Трахтенгерц В. Ю., Рапопорт В. О. и др. Геомагнетизм и аэрономия. 1995. Т. 35. С. 117-122.

183] Фролов В. JL, Г. Н. Бойко, С. А. Метелев, Е. Н Сергеев. Изв. вузов. Радиофизика, 1994, Т. 37, С. 909.

184] Frolov V. L., Ermakova E.N., Erukhimov L. M. et al., Geophys. Res. Let., 1997, V. 24, p. 1647.

185] Фролов В. JI., Комраков Г. П. и др. Изв. вузов. Радиофизика. 1997. Т. 40. С.

186] Фролов В. Л., Ерухимов Л. М., и др. Изв. вузов. Радиофизика. 1997. Т. 40. С. 561-587.

187] Sergeev Е. N., Frolov V. L., J. Atm. Sol.-Terr. Phys., 1997, v. 59, pp. 2383-2401.

188] Frolv V.L., Sergeev E. N., et. al. 5th Heating Seminar in Sodankila, Finland, 1997, Extended Abstracts, p. 17

189] Frolov V. L., Erukhimov L. M. et al., Phys. Rev. Lett., 1998.

190] Васьков В. В., Пучков В. А. Физика плазмы. 1990. Т. 16. С. 1359-1366.

191] Будько Н. И., Васьков В. В. Геомагнетизм и аэрономия, 1992. Т. 32. С. 80.

192] Goodman, S., Thide, В., Erukhimov, L. М., Geophys. Res. Lett., 1993, v. 20, pp. 735-738.

193] Tripathi V.K., Liu C. S. J. Geophys. Res., 1993, v. A98, p. 1719.

[194] Huang J., Kuo S. P. J. Geophys. Res., 1994, v. 99, p. 1956919576.

195

196

197

198

199

200 201 202

203

204

205

206 207

Huang J., Kuo S. P., J. Geophys. Res., 1994, v. 99, p. 3044-3052.

Huang J., Kuo S. P., J. Geophys. Res., 1995, v. 100, p. 2143321438.

Huang J., Kuo S. P., J. Geophys. Res., 1995, v. 100, p. 1639-1645.

Ermakova E. N., Trakhtengerts V. Yu., Adv. Space Res., 1995, v. 15, p. (12)67-(12)70.

Mj0lhus E., Hanssen A., Du Bois D., J. Geophys. Res., 1995, v. 100, pp. 17527-17541.

Leyser Т. В., Geophys. Res. Lett., 1991, v. 18, pp. 408-411.

Leyser Т. В., Phys. Plasmas, 1994, v. 1, pp. 2003-200.

Vas'kov V. V., Bud'ко N. I., XXIYth General Assembly of the International Union of Radio Science, Abstracts, p. 398, AugustSeptember 1993.

Будько H. И., Васьков В. В. Геомагнетизм и аэрономия. 1994. Т. 34. С. 104-122.

Gurevich A. G., Carlson Н. С., Lukyanov А. V., Zybin К. Р., Phys. Lett. А, 1997, v. 231, pp. 97-108.

Mj0lhus E., Helmersen E., In Strong Microwaves in Plasmas, v. 2. 1997, Inst. Apl. Phys., Nizhny Novgorod, p. 449.

Mj0lhus E., J. Plasma Phys., 1997, v.58, pp.747-769.

Mj0lhus E., J. Geophys. Res., 1998, v. 103, pp. 14711-14729.

208] И. В. Березин, В. Б. Белянский и др. Геомагнетизм и аэрономия. 1991. Т. 24. С. 874-880.

209] Димант Я. С. В кн.: "Взаимодействие высокочастотных радиоволн с ионосферой, М., ИЗМИР АН, 1989. С. 19-40.

210] Васьков В. В., Димант Я. С. Геомагнетизм и аэрономия. 1989. Т. 29. С. 417-422.

211] Ponomarenko P. V., Leyser Т. В., Thide В., Abstracts for 8th Scientific Assembly of IAGA with ICMA and STP Symposia, Uppsala, Sweden, 1997, p. 342.

212] Stocker A. J., Honary F., Robinson T. R., Stubbe P., J. Geophys. Res, 1993, v. 98, pp. 13627-13634.

213] Istomin Ya. N., Leyser Т. B. Phys. of Plasmas, 1994, v. 2., pp. 2084-2097.

214] Huang J., Kuo S. P., J. Geophys. Res., 1994, v. 99, p. 2173-2181.

215] Гинзбург В. JI., Рухадзе А. А. Волны в магнитоактивной плазме, М., Наука, 1975.

216] Кринберг И. А. Кинетика электронов в ионосфере и плазмо-сфере Земли. М., Наука, 1978.

217] Сизоненко В. Л., Степанов К. Н. УФЖ. 1971. Т. 3. С. 438.

218] Ахиезер А. И., Ахиезер И. А., Половин Р. В., Ситенко А. Г., Степанов К. Н. Электродинамика плазмы. М., Наука, 1974.

219] Гершман Б. Н., Ерухимов Л. М., Яшин Ю. Я.. Волновые явления в космической плазме. М., Наука, 1984.

220] Захаров В. Е. В кн.: Основы физики плазмы, М., Энерго-атомиздат, 1984, 78-118.

[222

[223

[224

[225

[226

[227 [228

[229

[230 [231

Шапиро В. Д., Шевченко В. И. В кн.: Основы физики плазмы, М., Энергоатомиздат, 1984, 119-173.

Sheerin J.R., Weatherall J.C. et al., J. Atm. Terr. Phys., 1982, 44, no. 12, 1043-1048.

Литвак А. Г., Сергеев A. M. В кн. " Высокочастотный нагрев плазмы", ИПФ АН СССР, Горький, 1983, 324-370.

DuBois D. F., Rose А. Н., Rüssel D., J. Geophys. Res., 1990, v. 95, no. A12, 21221-21272.

DuBois D. F., Rüssel D., Rose A. H., Phys. Plasmas, 1995, 2, no. 1, 75-96.

С. И. Брагинский, В кн. "Вопросы теории плазмы", вып. 1, с. 183, М., Госатомиздат, 1963.

ГУревич А. В., Цедилина Е. Е. УФН. 1967. Т. 91. С. 635.

Гершман Б. Н., Динамика ионосферной плазмы, М., Наука, 1974.

Рожанский В. А., Цендин Л. Д. Физика плазмы. 1977. Т. 3. С. 382.

Поляков С. В., Яхно В. Физика плазмы. 1980.

Цитович В. Н. Нелинейные эффекты в плазме. М. Наука. 1967.

[232] Ерухимов Л. М., Метелев С. А. В кн.: Модификация ионосферы мощным радиоизлучением. (Материалы Межд. симпоз., Суздаль, 1986). М.: ИЗМИР АН, 1986, С. 67-69.

[233] Porkolab М., Goldman М. N. Phys. Fluids, 1976, v. 18, pp. 872881.

[234] Буринская Т. М. Физика плазмы. 1979. Т. 5. С. 819-826.

[235] Галеев А. А., Сагдеев Р. 3. В кн.: Вопросы теории плазмы. М., Атомиздат, 1973, вып. 7, с. 3-145.

[236] П. А. Беспалов, В. Ю. Трахтенгерц. ЖЭТФ, 67, вып.3(9), с. 969, 1974.

[237] А. Б. Михайловский. Теория плазменных неустойчивостей, Том 1, М., Атомиздат, 1975.

[238] V. V. Zheleznyakov, Е. Ya. Zlotnik, Solar Physics, 1975, v. 43, pp. 431-445.

[239] В. В. Железняков. Излучение в астрофизической плазме. М., Янус-К, 1997.

[240] Terina G. I. 1995, J. Atmos. Terr. Phys., v. 57, p. 273.

[241] Дмитриев С. А., Терина Г. И., ТУшенцова И. А. Геомагнетизм и аэрономия. 1995. Т. 35. С. 123-127.

[242] Беликович В. В., Ерухимов JI. М., Зюзин В. А. и др. Изв. вузов. Радиофизика. 1988. Т. 30. С. 251-256.

[243] Vas'kov V. V., Bud'ko N. I., et al., Advances in Space Research, 1995, v. 15, pp. (12)49-(12)56.

[244] Белякова В. H., Березин И. В., Васьков В. В. и др., Геомагнетизм и аэрономия. 1991. Т. 31. С. 466-471.

[245] Shvarts М. М., Grach S. М. In 31th Scientific Assembly of COSPAR, 14-21 July, 1996, Birmingham. Abstracts, p. 228.

[246] В. Б. Гильденбург. В кн.: Взаимодействие сильных электромагнитных волн с бесстолкновительной плазмой. ИПФ АН СССР, Горький, 1980. С. 83-116.

[247] В. В. Васьков, Я. С. Димант. Геомагнетизм и аэрономия. 1990. Т. 30. С. 268 - 274.

[248] В. JI. Фролов. Изв. вузов. Радиофизика. 1988. Т. 31. С. 1164 - 1169.

[249] Березин И. В., Бойко Г. Н. и др. Изв. вузов. Радиофизика. 1987. Т. 30. С. 702-710.

[250] Stubbe Р., Корка Н., Jones Т. В., Robinson Т., J. Geophys.Res., 1982, v. А87, pp. 1551-1555.

[251] В. В. Васьков, С. Ф. Голян и др. Препринт ИЗМИР АН N 5(479), 1984.

[252] Solar-Geophysical Data.