Российские радиофизики зафиксировали крайне редкое явление во время эксперимента на исследовательском стенде СУРА в Нижегородской области. На высоте около 105–110 км сформировался необычно плотный спорадический E-слой, который не позволил мощным радиоволнам проникнуть в расположенную выше F-область и сопровождался резким усилением оптического свечения. Результаты работы опубликованы в журнале Sensors.
Ионосфера Земли состоит из нескольких областей, которые отличаются высотой и физическими характеристиками. К ним относятся D-слой на высоте 60–90 км, существующий преимущественно днем, E-слой на высоте 90–120 км и F-слой, расположенный выше 130 км.
В районе 100 км над поверхностью планеты иногда возникает еще одна структура — спорадический E-слой, или Es. Он появляется нерегулярно и может исчезать спустя относительно короткое время. В таком слое концентрация заряженных частиц оказывается в 3–10 раз выше обычной. По вертикали Es может занимать от нескольких сотен метров до километра, а по горизонтали распространяться на сотни километров.
Ученые изучают искусственные изменения ионосферы с 1970-х годов. Для этого используются специальные нагревные стенды, способные воздействовать на верхние слои атмосферы мощными короткими радиоволнами с длиной волны от 30 до 100 м.
Сегодня в мире работают три подобных комплекса. Норвежский EISCAT heating и американский HAARP находятся в полярных регионах, а российская установка СУРА ННГУ расположена в средних широтах, неподалеку от рабочего поселка Васильсурск Нижегородской области.
Одним из эффектов воздействия радиоволн становится слабое свечение в F-слое. Оно возникает в отдельных участках видимого спектра, включая красную линию с длиной волны 630 нм, зеленую — 557,7 нм и синюю — 391,4 нм. Из-за внешнего сходства такое явление иногда называют искусственным полярным сиянием, однако его интенсивность значительно ниже естественного сияния, поэтому для наблюдений требуется чувствительная аппаратура.
5 августа 2024 года специалисты ННГУ вместе с исследователями Института солнечно-земной физики СО РАН и Института физики Казанского федерального университета проводили очередной эксперимент на СУРА. Между 22:30 и 23:40 приборы зафиксировали необычайно мощный спорадический E-слой на высоте примерно 105–110 км. Он оказался настолько плотным, что практически полностью экранировал радиоволны, не давая им достигать F-области.
Концентрация электронов внутри этого слоя примерно в десять раз превышала показатели окружающего E-слоя. Одновременно ученые зарегистрировали резкий рост яркости искусственного свечения в зеленой части спектра. Оно стало примерно в 5–50 раз ярче свечения, возникающего в F-слое, и примерно в десять раз превысило показатели Es, наблюдавшиеся во время предыдущих экспериментов.
Изменения затронули и синюю линию спектра: ее яркость выросла примерно вдвое. По словам исследователей, настолько интенсивное искусственное оптическое свечение ранее при подобных экспериментах не регистрировалось.
«Такая яркость искусственного оптического свечения наблюдалась в экспериментах по воздействию впервые», — сообщил один из авторов работы, профессор кафедры распространения радиоволн и радиоастрономии радиофизического факультета ННГУ им. Н. И. Лобачевского Савелий Грач.Основной задачей эксперимента было выяснить, по каким закономерностям возникает искусственное оптическое свечение ионосферы при воздействии радиоволн. Механизм появления энергичных электронов на высоте 250–300 км ученым уже в целом понятен: плазменные волны ускоряют частицы, после чего те сталкиваются с атомами и ионами атмосферы, вызывая свечение.
При этом происхождение необычайно яркого свечения непосредственно в спорадическом E-слое пока остается загадкой.
«Появление столь интенсивных Es — явление уникальное и существующее, по-видимому, только в периоды, близкие к максимуму солнечной активности», — сказал профессор.Исследователи считают, что полученные результаты помогут лучше разобраться в процессах, происходящих в верхней атмосфере и нижней ионосфере в периоды высокой солнечной активности. Работа также дает дополнительные сведения о взаимодействии радиоволн с ионосферной плазмой и механизмах возникновения искусственного свечения.
В дальнейшем ученые собираются продолжить эксперименты и теоретическое моделирование необычного усиления оптического излучения при наличии блокирующего Es-слоя. Это должно помочь установить физическую природу наблюдаемого эффекта и глубже изучить изменения верхней атмосферы под воздействием солнечного излучения.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
