Лучше понять, как ведет себя ионосфера Земли под действием мощных радиоволн, поможет описание крайне редкого явления, которое зафиксировали радиофизики ННГУ имени Н.И. Лобачевского в составе коллектива исследователей. Результаты представлены в Sensors.
В зависимости от высоты над поверхностью ученые выделяют в ионосфере Земли следующие регулярно существующие слои: D (в дневное время, высоты от 60 до 90 км), Е (90–120 км) и F (выше 130 км), рассказали в Нижегородском государственном университете (ННГУ) имени Н. И. Лобачевского.
Кроме этого, на высотах порядка 100 км в ионосфере может внезапно появляться и исчезать так называемый спорадический ("случайный" — прим. ред.) E‑слой (Es) с повышенной в 3–10 раз концентрацией заряженных частиц. Его толщина — от сотен метров до километра по высоте. По горизонтали Es может простираться на сотни километров.
Начиная с 70‑х гг. XX века физики систематически проводят исследования искусственных возмущений ионосферы Земли, возникающих под действием мощных коротких (длины волн от 30 до 100 м) радиоволн с помощью специализированных "нагревных" стендов.
Подобных установок во всем мире сейчас действует всего три: EISCAT heating на севере Норвегии и HAARP на Аляске, расположенные в полярных широтах, а также принадлежащий ННГУ стенд СУРА, расположенный в средних широтах — возле рабочего поселка Васильсурск в Нижегородской области.
Одно из наблюдаемых явлений — это генерация на высотах F‑слоя свечения в видимом свете, в том числе в красной (длина волны 630 нм), зеленой (557,7 нм) и синей (391,4 нм) линиях. Такое явление иногда называют искусственным полярным сиянием, хотя яркость его на много порядков ниже естественных сияний, и для его исследований нужна специальная чувствительная аппаратура.
В эксперименте 5 августа 2024 г. во время регулярных наблюдений искусственного свечения на стенде СУРА, которые проводили радиофизики ННГУ совместно с коллегами из Института солнечно‑земной физики СО РАН (Иркутск) и Института физики Казанского федерального университета, в период с 22:30 до 23:40 на высотах порядка 105–110 км наблюдался исключительно мощный и плотный спорадический E‑слой, который полностью экранировал (блокировал) проникновение мощных радиоволн на высоты F‑области.
Концентрация заряженных частиц (электронов) в нем приблизительно на порядок превышала концентрацию в окружающем E‑слое. В это время наблюдалось экстремальное увеличение яркости искусственного свечения в зеленой линии — примерно от пяти до 50 раз превышающее яркость свечения, возникающего в F‑слое, и приблизительно в десять раз — яркость свечения в слое Es, наблюдавшегося в предыдущих экспериментах.
В это же самое время также наблюдалось заметное увеличение яркости свечения (приблизительно в два раза) в синей линии спектра. 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.
По словам ученого, целью эксперимента было изучение закономерностей возникновения искусственного оптического свечения ионосферы под воздействием радиоволн. Причина появления энергичных электронов, вызывающих свечение на высотах 250–300 км при столкновениях с атомами и ионами атмосферы Земли, хорошо описывается как результат их ускорения плазменными волнами, возникающими при воздействии. А вот причина возникновения экстремально интенсивного свечения в слое Es ученым в настоящее время не ясна.
"Появление столь интенсивных Es — явление уникальное и существующее, по‑видимому, только в периоды, близкие к максимуму солнечной активности", — сказал профессор.
По его словам, полученные данные способствуют более глубокому пониманию процессов, происходящих в верхней атмосфере и нижней ионосфере при высокой солнечной активности. Исследование расширяет представления о механизмах взаимодействия радиоволн с ионосферной плазмой и формировании искусственных оптических явлений в околоземном пространстве.
Открытые в ходе исследования данные создают основу для развития новых методов диагностики ионосферы и изучения ее динамических процессов под воздействием как естественных, так и антропогенных факторов.
В дальнейшем ученые планируют новые экспериментальные и теоретические исследования обнаруженного аномального увеличения оптического свечения под воздействием радиоволн при наличии блокирующего слоя Es. По их словам, это позволит лучше понять физические процессы, происходящие в атмосфере нашей планеты под воздействием излучения Солнца.
По информации https://ria.ru/20260916/nauka-2117726440.html
Обозрение "Terra & Comp".
