Украины Харьковский Государственный Университет Радиофизический факультет Кафедра космической радиофизики

Руководитель, кандидат физико-математических наук В.Т.Розуменко

Исполнил, студент группы РР- 46 В.Ю.Толстолуцкий

Харьков 1998

УДК. 550.338.2

Реферат.

Исследование реакции нижней ионосферы на высыпание энергичных частиц из радиационных поясов Земли

Толстолуцкий В. Ю., курсовая работа, Харьков, ХГУ, кафедра космической радиофизики; содержит 28 страниц, 11 рисунков.

В данной курсовой работе сделан обзор теоретических методов исследования высыпания энергичных электронов на средних широтах и реакция нижней ионосферы на такие высыпания в зависимости от параметров частиц.

Рассмотрены некоторые виды взаимодействия ионосферы с магнитосферой, и высыпание частиц как результат такого взаимодействия. Также рассмотрены некоторые виды взаимодействий волна – частица и, как результат, изменение параметров энергичных частиц или же их высыпание. Сделаны оценки параметров частиц (электронов или протонов), высыпающихся на средних широтах.

Ключевые слова: высыпание, энергичные частицы, электрон, протон, нижний D слой ионосферы, рассеяние энергии, модуляция потоков частиц, кинетический метод, гидродинамический метод.

Содержание.

Ведение………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….3

1. 
   Оценки параметров энергичных электронов и протонов, которые высыпаются на средних широтах (обзор);…………………………………………………………………………………………………………………………………………….4
   

1.1 Анализ отдельных случаев:……………………………………………………………………………………………………………..7

1.1.1. Явление, связанное с волнами типа свистов;……………………………...7

1.1.2. Явление, связанное с электромагнитной ионно-циклотронной волной;…………………………………………………………………………………………………………………………………..7

1.1.3. Явление, связанное с электростатической ионно-циклотронной волной…………………………………………………………………………………………………………………………………….7

2. 
   Изучение кинетических методов исследования:…………………………………………………………………………………..10
   

2.1. Электроны:………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..10

2.1.1. Потеря энергии и рассеяние;…………………………………………………………………………..10

2.1.2. Обратное рассеяние энергичных электронов атмосферой;…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….12

2.1.3.Поглощение высокоэнергичных электронов в атмосфере;…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………12

2.2. Протоны………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..16

3. 
   Изучение гидродинамических методов исследования;………………………………………………………………….21
   

3.1. Модуляция потоков энергичных частиц гидромагнитными волнами;……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….21

3.1.1. Случай быстрой изотропизации;………………………………………………………………….21

3.1.2. Случай сохранения адиабатических инвариантов;………………….22

3.1.3. Модуляция инкремента нарастания свистовой моды;………..22

3.1.4. Модуляция потоков высокоэнергичных частиц…………………………..23

3.2. Продольные электрические поля…………………………………………………………………………………………..24

4. 
   Теоретические оценки эффектов в нижней ионосфере…………………………………………………………………25
   

Заключение………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….27

Литература….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..28

Введение.

В настоящее время надежно установлено, что Земля и ее магнитное поле погружены в непрерывно текущий поток плазмы солнечного происхождения – солнечный ветер. Солнечный ветер, который представляет собой расширение солнечной короны со сверхзвуковой скоростью, несет с собой в космическое пространство магнитное поле Солнца. Магнитное поле Земли взаимодействует с плазмой солнечного ветра, и на геоцентрическом расстоянии примерно между Землей и Солнцем образуется ударный фронт. Основной поток солнечного ветра обтекает Землю и уносит геомагнитное поле в длинный магнитный хвост. Следовательно, Земля окружена магнитной полостью – магнитосферой, строение и свойства которой определяются главным образом магнитным полем земли и токами, генерируемыми солнечным ветром. Считают, что частицы солнечного ветра попадают в атмосферу либо через магнитный хвост, либо через полярные каспы с низкой напряженностью магнитного поля, расположенные на дневной стороне Земли. Как известно в магнитосфере протекает множество физических процессов. Многие из них, косвенно связанные с такими давно известными явлениями, как полярные сияния (высыпание частиц в полярных широтах), и магнитные бури, прямо или косвенно обусловлены взаимодействием солнечного ветра и магнитосферы Земли.

Чтобы узнать как взаимодействуют магнитосфера и ионосфера необходимо изучить все, или хотя бы основные, происходящие процессы. Для этого следует вначале предположить (грубое предположение), что ионосфера и магнитосфера существуют независимо друг от друга, и изучить их по отдельности. Затем можно предположить, что некоторые процессы в ионосфере являются следствием некоторых процессов в магнитосфере (или наоборот). Т. е., в принципе следует изучать магнитосферу и ионосферу как две сильно связанные системы.

Было сделано предположение о двух видах взаимодействия: корпускулярном и волновом. Первый процесс происходит «сверху вниз»: т.е. частицы, высыпаясь из радиационных поясов магнитосферы воздействуют на ионосферу. Второй – может осуществляться как «снизу вверх», так и при помощи различных внешних факторов (к примеру – солнечный ветер). Частым результатом такого процесса является высыпание частиц в атмосферу Земли. Высыпания могут быть совершенно различными, как по энергиям, так и по углам вхождения в атмосферу. Высыпания различают также по типу частиц: протоны или электроны.

Отметим, что результаты высыпаний электронов и протонов (степень ионизации и глубина проникновения) с одинаковыми энергиями и углами вхождения будут различными.

В данной работе будет рассмотрено взаимодействие магнитосферы Земли посредством различных типов волн с частицами, находящимися в радиационном поясе в зависимости от параметров взаимодействующих волн и частиц. Также будет рассмотрено высыпание различных частиц. Но здесь будет рассмотрено лишь несколько видов взаимодействий высыпающихся частиц с атмосферой. Так как высыпаются не только электроны, но и протоны, то процессы, происходящие при этом, будут различны. Например, эффективность ионизации зависит не только от энергии частиц, но и от начальных углов, под которыми входят частицы. Существует также высотная зависимость степени ионизации от энергии частиц, причем для различных частиц своя.