Свечение ионосферы

Содержание 2

Введение 3

1. Теоретический Обзор 5

1. 1. Нелинейные явления в ионосфере 5

1. 1. 1. Нелинейные явления 7

1. 1. 2. Эффект детектирования 8

1. 1. 3. Явления в модифицированной ионосфере 9

1. 1. 4. Физическая природа модификации ионосферы 10

1. 1. 5. Нелинейные явления в верхнегибридном резонансе 12

1. 1. 6. Структуризация ионосферной плазмы 14

1. 1. 7. Аномальное и широкополосное поглощение 17

1. 1. 8. Перенос модуляции 18

1. 2. Искусственное свечение ионосферы 18

2. Фотометрия 23

2. 1. Фотометрия протяженных объектов 23

2. 2. ПЗС-матрица 24

2. 2. 1. Устройство и принцип действия ПЗС 25

2. 2. 2. Преимущества и недостатки ПЗС 27

3. Практическая часть 31

3. 1. Пошаговое описание методики 31

3. 2. Результаты 40

3. 3. Численная оценка потока излучения 43

Заключение 47

Приложение 1 48

Приложение 2 53

Список литературы 54

Ионосфера – естественная лаборатория для исследования физических явлений в плазме. В экспериментальных установках свойства плазмы во многом задаются процессами ее создания и взаимодействия со стенками камеры. В достаточной степени это относится к сильно разряженной плазме, подвижность и активное взаимодействие с электрическими и магнитными полями которой ведут к неустойчивости и турбулизации. Все это определяет исключительную сложность экспериментального исследования плазмы и теоретического истолкования результатов наблюдений.

Проведение физических экспериментов в свободной, созданной природой плазме, каковой является ионосфера, представляет особый научный интерес. Благодаря экспоненциально быстрому изменению концентрации нейтральных молекул с высотой в атмосфере и наличию магнитного поля Земли свойства свободной ионосферной плазмы необычайно разнообразны. Вследствие этого можно изучать линейные и нелинейные физические эффекты в плазме.

Активные эксперименты в ионосфере были начаты в нашей стране еще в 70 – 80-х годах прошлого столетия, а в последние годы исследования в этом направлении активизировались, поскольку интерес к ним и фундаментальной и прикладной науки стал возрастать, в том числе и за рубежом. На кафедре радиоэлектроники совместно с нижегородским НИРФИ проводятся исследования в этом направлении. В частности, выполняются эксперименты, связанные с оптическим излучением ионосферы под воздействием мощной радиоволны.

Целью данной работы является разработка методики и обработка экспериментальных данных, связанных с оптическими эффектами в ионосфере, модифицированной мощной радиоволной.

Были поставлены следующие задачи:

1. ознакомиться с основами и особенностями активных экспериментов в ионосфере;

2. проанализировать существующие методы фотометрирования протяженных объектов и определить алгоритм обработки наиболее подходящий для нашего эксперимента;

3. изучить программный пакет обработки астрономических объектов «MaxIm» для использования в обработке данных эксперимента;

4. освоить формат представления фотометрических данных принятый в астрономии и привести данные эксперимента к этому формату с целью дальнейшей обработки с помощью пакета «MaxIm»;

5. обработать данные экспериментов 2010 года и получить численную оценку стимулированного радиоволной потока излучения в красной линии кислорода (630 нм).

Сравнения нашего эксперимента и на станции «HAARP» (Рис. 21, Рис. 22) показывает, что интенсивность стимулированного излучения в красной линии имеет тот же порядок величины. Несколько более высоких значений стимулированных излучений, которые дают эксперименты на HAARPе объясняются тем, что: во-первых, мощность радиоволны были заметно выше, а также расположением стенда вблизи полярного круга, где концентрация электронов в ионосфере заметно выше.

Кроме того, наши оценки близки к тем, что были получены в тот же период на стенде «Сура» группой из НИРФИ: С. М. Грач, ?. ?. Сергеев и др.

Для более точных оценок планировалось использовать в качестве опорного объекта – звезды из астрономических каталогов. Но для этого необходимо знать, какие определенные звезды в каждый момент времени находятся в поле зрения телескопа, это достаточно сложная задача из-за постоянного вращения Земли.

Для решения этой задачи в данной работе, была составлена программа в пакете «MatLab», позволяющая по времени кадра, времени экспозиции, и положению телескопа определять экваториальные координаты – Приложение2.

1. Гуревич А. В. Нелинейные явления в ионосфере // Успехи физических наук. – 2007. –Т. 177. ? №11.

2. Крутин М. И. , Майоров В. П. Люмены, канделы, ватты и фотоны. Различные единицы – различные результаты чувствительности телевизионных камер на основе ЭОП и ПЗС// Специальная техника. – 2002. - №5.

3. Дроздовский И. Фотометрия звезд в тесных полях // (сайт)http:www. astronet. ru/db/msg/1169703.

4. Решетников В. П. Поверхностная фотометрия галактик. – С-Пб: Изд-во СПбГУ, 2001 // (сайт) http:www. astro. spbu. ru/staff/resh/Book/index. html.

5. Никулин О. Ю. Приборы с зарядовой связью. Устройство и основные принципы работы // Специальная техника. – 1999. - №4.

6. M. J. Kosch, T. R. Pedersen, J. Hughest, R. Marshall, E. Senior, D. Sentmant, M. McCarrick and F. T. Djuth. Artificial optical emissions at HAARP for pump frequencies near the third and second electron gyro – harmonic // Annales Geophysicae. – 2005. – 23. – 1.

7. F. T. Djuth, T. R. Pedersen, E. A. Gerken, P. A. Bernhardt, C. A. Selcher, W. A. Bristow and M. J. Kosch. Ionospheric Modification at Twice the Electron Cyclotron Frequency // Physical review letters. – 2005. – 4.

8. B. Gustavsson, T. B. Leyser, M. J. Kosch, M. T. Rietveld, A. Steen, B. U. Brandstrom and T. Asol. Electron Gyroharmonic Effects in Ionization and Electron Acceleration during High – Frequency Pumping in the Ionosphere // Physical review letters. – 2006. – 11.

9. Н. Н. Михельсон. Оптические телскопыю Теория и конструкции // изд-во «Наука». – 1976. – 102.

10. B. Gustavsson, T. Sergienko, M. J. Kosch, M. T. Rietveld, B. U. E. Brandstrom, T. B. Leysec, B. Isham, P. Gallop, T. Asol, M. Ejiril, T. Grydelands, A. Steen, C. LaHoz, K. Kaila, J. Jussila and H. Holma. The electron energy distribution during HF pumping, a picture painted with all colors // Annales Geophysicae. – 2005. – 23. – 1747 – 1754.

11. П. Даффет – Смит. Практическая астрономия с калькулятором // изд-во «Мир». – 1982.

12. И. А. Насыров, С. М. Грач, Р. Р. Гумеров, А. М. Насыров, В. А. Клименко, Р. Р. Шаймухаметов. Исследование искусственного свечения ионосферы, стимулированного мощным радиоизлучением стенда «Сура», в двух линиях оптического спектра // как описать статью