книги из ГПНТБ / Филипп, Н. Д. Рассеяние радиоволн анизотропной ионосферой

данные, опубликованные в отечественных и зарубежных журналах, а

также некоторые результаты исследований, выполненные

автором

за последние пять лет. Вопросы теории эволюции

неоднородностей

под воздействием магнитного поля, относящиеся к

механизму рас­

сеивания радиоволн, затронуты нами лишь в той мере,

в какой это

в полярной

зоне.

Толчком для начала исследований послужил анализ

полярных сияний

в виде дуг,

расположенных вдоль

силовых

линий

магнитного поля.

Учет характера распределения отражающих

цент­

ров и свойства

зеркальности

отражения позволил

разработать

"геометрию"

авроральных радиоотражений [36] , а

позже -

теорию

рассеяния радиоволн

[і і ]

. Первые

экспериментальные и теорети­

ческие исследования

были направлены, естественно, на установле­

ние связи

между видимым

полярным

сиянием и авроральными ра­

диоотражениями и

привели' к предположению, что отмеченное

яв­

ление характерно

только для

полярной ионосферы.

Так как

"гео­

с теоретическими прогнозами

значительно облегчается. Это и при­

вело к удовлетворительной феноменологической

теории аврораль­

ных радиоотражений [ і і , 38,

ЬО, 54, 165] ,

хотя далеко не все

Г л а в а

I

ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Большинство

первоначальных исследований по

обнаружению

и

изучению рассеяния радиоволн неоднородностями ионосферы,

вытя­

нутыми вдоль магнитного поля Земли, проведенных

до I960

г.

на

Явление радиоотражений

от полярных а я -"тройных неоднород­

ностей сравнительно хорошо

изучено. Мы затрагиваем эту

проб­

радиоволн на более низких широтах, прибегали к

сравнению полу­

ченных результатов.

Целью исследования ионосферы, проведенного

в

1951—1955 гг.

радиолокационным способом, было

более тщательное изучение осо­

бенностей спорадических облаков

ионизации

Fs [ і ,

з].В

частности

методом возвратно-наклонного зондирования изучались сигналы,

рас­

сеянные поверхностью Земли

На индикаторе

типа

fl

при

опре­

деленной ориентации антенны локатора часто, наряду с

медленно

замирающим сигналом, рассеянным поверхностью Земли,

обнаружи­

вался новый тип сигнала -

"пушистый" (по его форме на

экране),

частота замираний которого

превосходила частоту

замираний

сиг­

в зависимости от направления антенны локатора привели

к гипотезе

[ 3 ] , что источниками

полученного

сигнала являются

ионизиро­

ванные "колонны", лежащие параллельно силовым линиям

земного

магнитного поля. Для исследования происхождения нового

сигнала

■^Это явление, открытое Н.И.Кабановым и подробно

изученное

им в 1947 - 1958 г г . ,

называется

эффектом Кабанова.

тон).

Эксперименты, проводившиеся маломощными локаторами на час­

тотах

17, 23 и 30 МГц, доказали,

что этот сигнал -

следствие

ионосферного рассеяния.Импульсная

мощность локатора,

работавшего

на частоте I? МГц, около 2 кВт;*-

а средняя мощность - пооял-

нами 50 и I кВт. Повышение частоты

в эксперименте

приводило к

быстрому падению уровня сигналов указанного типа,

поэтому

такие

эхо-сигналы на маломощном локаторе

в диапазоне

30

МГц наблюда­

лись очень редко.

Экспериментаторы предполагали,

что такой

сигнал

может

быть

дил как

от

слоя

Е

,

так и

от слоя

F .

Отражения сигналов от

области

Е

на частотах

17 и 30 МГц

имели

место

почти каждую ночь в начале

лета и поздней

осенью

1555

года,

почти

с

таким же

постоянством,

как

и

отражения

от

области

F

.

Однако

связь

между периодами

появления этих

сиг­

налов не была обнаружена. Некоторые

из

них

продолжались

от

I

до 30

мин

, при этом суммарное время

наблюдения

составляло

I -

2 часа в сутки. Частота замираний таких радиосигналов была

зна­

чительно больше частоты замираний радиооигналов,

отраженных

от

обычных спорадических слоев ионосферы. Грубо эту частоту

можно

сравнить

с аналогичной

ве­

личиной, характерной .для ав-

роральных

отражений

[4,5] .

Такие сигналы часто обнару­

живаются в магнитно-спокой­

ные дни

[з ] .

Геометрическое

место

точек

перпендикулярного от­

ражения как функции азимута

при высоте

отражения в ІООш

с размещением локатора

на

геомагнитной

широте

Стен­

фордского

университета

по­

казано на рис. I .

Теорети­

ческие выводы

качественно

подсказывали исследователям, что

наблюдаемое

явление

на

сред­

них широтах (Стенфорд -

43,75° и

Спокен - 55° геомагнитной ши­

роты) - это результат

вторжения

корпускул в

верхние

слои

ат­

нак. 50°)

[ б ] . Данные использованных радиолокаторов

приведены

в табл. I .

Т а б л и ц а

I

Характеристики использованных

32

МГц

140 МГц

локаторов

Мощность,

излучаемая в

60 кВт

60 кВт

импульсе

Усиление

антенн

13 дБ (8-элемент-

25 дБ ( пара­

ная

антенна

типа

болоид

с диа­

волновой

канал)

метром 30 фу­

Диаграмма направленности

45°

тов)

15°

Полоса пропускания прием­

6 кГц

6 кГц

ников

Чувствительность приемни­

2*І0_І6Вт

0 ,5 -I0"i 6Bt

ков

Длительность импульсов

300 мкс

300 мкс

Частоты повторения

15

или

30

15

или

30

Зоны

отражения этих

сигналов,

судя

по

изображениям на эк­

ранах локаторов, находятся на расстоянии 200

- 600

км.

Часто

такие сигналы появлялись

около 20 ч

по местному

времени

и ис­

лученные' от полярных сияний в Арктике, характеризуются

общими

признаками:

- отражения, как правило, появляются

спорадически в

тех на­

правлениях,

где радиолуч перпендикулярен

магнитному

полю Земли;

флуктуации

имеют квазичастоту порядка 10

Гц и. более

и не

регу­

лярны; рассеяние происходит на высоте около 100 км;

частотная

зависимость

эффективного поперечного сечения рассеяния -

•

яния. Вероятность

появления полярного сияния на таких

широтах

составляет 0,04$,

или один день в 7 лет [7] ; корреляция

с соот­

выражена слабо; видимое полярное

сияние

не наблюдалось даже

при

необычно сильных ночных сигналах.

U -

образное изображение

эхо-сигналов

на экране

локатора

с азимутальной разверткой позволяет сделать вывод, что они

рас­

пространяются' почти ортогонально к линии магнитного поля в

точ­

ке отражения.

При вертикальном

сканировании

антенн сигналы

рассеивались

слоем

Е

,

а не слоем

F .

В 1958

г.

на широте Стенфорда

был

обнаружен такой же рассеянный сигнал,

обладающий

ракурсной

чув­

ствительностью на частоте ВСЮ МГц

[8]

.

Было высказано

предпо­

ложение,

что причиной

появления

таких

сигналов служат

"колонны"

ионизации, ориентированные магнитным полем Земли. Такая

неодно­

родная

ионизация, по мнению исследователей,

могла

быть

вызваг-

на частицами, направленными магнитным полем,

точно

так же,

как

образуется

арктическое

полярное сияние. Используя работу

Букера

и др.

[э]

,

авторы [б ]

утверждают, что длинные "колонны"

ноле-

наоравленной

ионизации являются

следствием действия

магнитного

поля на заряженные частицы.

Как и в

[з]

, они иногда склонны свя­

зывать

такие

сигналы с

появлением спорадических слоев

Es ;

ко­

торые

вначале могут иметь

изотропную турбулентную

структуру, а

В экспериментах, поставленных в районе магнитного

экватора в

Южной Америке сотрудниками Центральной лаборатории

распростра­

нения радиоволн Национального бюро стандартов США [іо]

,

исполь­

зовались радарные установки на частотах 50 и 21,8 МГц

(в

основ­

ном работы велись на 50

МГц). Авторы

отмечают, что

сильные

эхо-

сигналы частоты

50

МГц,

отраженные от

экваториальной

споради­

ческой области

Es

, наблюдаются в плоскости, нормальной

к

си­

ловым линиям земного магнитного поля и простирающейся в

восточ­

но-западном направлении.

При пиковой

мощности передатчика

5 кВт обычной

антенной

типа волновой канал

и приемником с полосой пропускания в 10

кГц

Зшс.104

9