КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2007, том 45, № 6, с. 483-488
УДК 523
НАБЛЮДЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ ВНУТРИ ЗЕМНОЙ ПЛАЗМОСФЕРЫ СО СПУТНИКА ИНТЕРБОЛ-1
© 2007 г. В. Н. Курильчик1, М. Буджада2, X. О. Ршккер2, И. Ф Копаева1
'Астрономический институт им. П. Штернберга МГУ 2Институт космических исследований, Австрийская Академия наук Поступила в редакцию 07.11.2005 г.
Анализатор спектра АКР-Х на спутнике ИНТЕРБОЛ-1 в начале функционирования спутника (август-октябрь 1995 г.) и в конце его работы (август-октябрь 2000 г.) в перигеях орбитального движения регистрировал и анализировал электромагнитные излучения внутренних областей земной плазмосферы в диапазоне частот 100-1500 кГц на расстояниях 1.1-1.8 Яъ. Наблюдения показали, что электромагнитные моды (2 и ЬО мода, покидающая магнитосферу), образующиеся на высотах 600-4000 км, связаны с субавроральым нетепловым "континуумом" и недавно обнаруженным "километровым континуумом". Имеются заметные отличия спектрального характера этих излучений в периоды минимума (1996 г.) и максимума (2000 г.) солнечной активности, когда, как правило, отсутствует покидающая плазмосферу ЬО мода и отсутствуют "континуумы".
РАС8: 96.12.De
ВВЕДЕНИЕ
Радиоизлучение нетеплового "континуума" от земной магнитосферы на частотах >100 кГц впервые было открыто в 1973 г. [1]. Более детальное описание и обсуждение особенностей этого излучения (как захваченного в полостях пониженной плотности плазмы, так и покидающего магнитосферу) дано в [2, 3]. Это излучение распространяется от Земли в широком диапазоне геомагнитных широт от экватора до приблизительно 50° северной и южной широты. Выяснилось также, что реально "континуум" состоит из узкополосных излучений, генерируемых на границе плазмосферы (в плазмапаузе) на полуцелых гармониках локальной гирочастоты (см., например, [4] и цитируемую там литературу).
В наблюдениях на спутнике Прогноз-10 (1986 г.) было обнаружено нетепловое излучение типа "континуума" на гектометровых длинах волн (на частотах 992 и 1486 кГц), распространяющееся на субав-роральных широтах 50°-70° [5, 6]. Особенности этого излучения более детально исследованы по данным многолетних (1995-1998 гг.) наблюдений на спутнике ИНТЕРБОЛ-1 на частотах 1463 и 1501 кГц [7].
Недавние наблюдения со спутника Оео1аИ [8] и одновременные наблюдения со спутника ИНТЕРБОЛ-1 [9] показали наличие нового типа излучения, так называемого "километрового континуума", в диапазоне частот 100-800 кГц. Основной его особенностью является распространение строго в плоскости магнитного экватора.
Здесь мы представим и обсудим данные наблюдений 2 и ЬО мод электромагнитных излучений внутри земной плазмосферы на спутнике ИНТЕРБОЛ-1 в эксперименте АКР-Х в интервале частот 100-1500 кГц, которые имеют непосредственное отношение к генерированию в магнитосфере Земли километрового и субаврорального гектометрового "континуумов".
НАБЛЮДЕНИЯ
Спутник ИНТЕРБОЛ-1 был запущен на сильно вытянутую орбиту с начальным апогеем около 31 ЯЕ. В течение 5 лет работы спутника его орбита постепенно эволюционировала. Начальный перигей (август 1995 г.), находившийся на расстоянии около 1.1 ЯЕ в Южном полушарии на широте около 40° 8, постепенно возрастал до максимума около 5 ЯЕ на широте 10° 8 (апрель 1998 г.), и далее постепенно уменьшался до 1.1 ЯЕ на широте около 5° N в Северном полушарии (октябрь 2000 г.). Область внутренней магнитосферы на расстояниях от 1.1 до 2 ЯЕ спутник проходил, таким образом, на первых полутора десятках витков орбиты в 1995 г. (в период минимума солнечной активности) и на последних витках орбиты в 2000 г. (уже в период максимума солнечной активности).
В эксперименте АКР-Х использовалась рамочная антенна, принимавшая только электромагнитные моды излучений и хорошо экранированная от локальных электростатических наводок.
На рис. 1 приведены примеры регистрации электромагнитных излучений внутри плазмосферы в августе-сентябре 1995 г., где видно посте-
^ Вт/м2 Гц -16 749 кГц -17
500 кГц -17
-18
-18
14.VIII.95
ит 20.00 .10 .20 .30 .40 20.50 10.00 .10 .20 .30 .40 10.50
Ше 1.45 1.17 1.21 1.56 2.00 2.47 1.43 1.18 1.26 1.60 2.05 2.51
L 3.6 3.6 1.36 0.85 1.17 1.60 7.50 5.80 1.46 0.94 1.24 1.66
гРаД -51.5 -43.4 -9.6 18.0 33.5 42.2 -63.5 -60.4 -21.6 8.2 25.9 36.7
мьг 13.4 17.3 19.9 21.3 22.3 23.1 11.1 14.2 19.3 20.1 20.7 21.1
В, у 15672 20299 15692 8377 5003 3059 15900 37360 22138 8482 4761 2926
fg, кГц 439 560 448 235 140 84 445 1040 616 238 130 81
-16 500 кГц -17
252 кГц -17
-18
13.1Х
-16 252 - -17
100 -15
-16
^—,—
ит 18.20 .30 .40 .50 19.00 19.10 03.40 .50 04.00 .10 .20 04.30
Я/Яе 1.68 1.35 1.25 1.45 1.83 2.26 1.49 1.30 1.40 1.71 2.12 2.55
L 4.8 3.1 1.7 1.5 2.2 3.6 64.30 7.20 1.37 1.02 1.29 1.67
V, „рад -52.8 -50.8 -24.5 6.3 26.9 39.1 -74.8 -49.4 -13.5 13.6 31.0 42.4
МЬГ 10.4 13.7 16.4 17.9 19.0 19.8 11.8 15.9 16.9 17.4 17.8 18.1
В, у 10832 17201 13992 8879 5661 3650 18632 25947 13298 6738 4364 287
и кГц 302 476 392 250 156 102 521 725 372 189 122 80
Рис. 1
пенное уменьшение частоты, на которой наблюдался "резонанс" излучений при увеличении геоцентрического расстояния.
Рис. 2 иллюстрирует пространственное положение областей "резонансно" реагировавших на разные частоты по мере увеличения геоцентрического расстояния на первых 15 витках орбитального движения спутника. На каждой частоте регистрация сигнала начиналась на относительно высокой широте Хт. В этой области при сравнительно более высокой напряженности магнитного поля и плотности плазмы наблюдается сначала Ъ мода. Затем видна комбинация Ъ и ЬО мод с выраженным максимумом интенсивности между локальной плазменной/р и верхнегибридной/иш частотами (/инк = (/2р + )1/2). Это видно, например, в регистрациях излучения 6 и 14.IX.1995 г. На возрастающих расстояниях и ближе к магнитному экватору наблюдается только свободно распространяющаяся ЬО мода. Эта мода регистрируется более сглаженной и модулированной с периодом
вращения спутника около 2 мин, что свидетельствует о том, что источник радиоизлучения действительно находится уже вне области нахождения в этот момент спутника. Сигнал локальной комбинации Ъ и ЬО мод более сложный, иногда содержит удвоенную частоту модуляции вращением спутника, что, по-видимому, связано с различием поляризации излучений этих двух мод относительно направления магнитного поля. Заметим, что распределение "резонансных" областей должно быть симметричным относительно магнитного экватора.
Отметим два важных факта. Во-первых, излучения в частотном интервале 100-749 кГц действительно присутствуют и покидают внутренние области плазмосферы, причем изменения его интенсивности во времени очевидны из сравнения, например, регистраций излучений 6 и 14.1Х на рис. 1. Во-вторых, наблюдается концентрация этих покидающих плазмосферу излучений к магнитному экватору по крайней мере на частотах 252, 500 и
Рис. 2. Схематическое представление (в сечении плоскостью магнитного меридиана) расположения областей локализации Ъ и ЬО мод (зачерненная часть) и свободно распространяющейся ЬО моды (светлая часть) при регистрации этих излучений на 15 первых витках орбиты спутника ИНТЕРБОЛ-1.
749 кГц, т.е. частотах километрового "континуума". Область генерации этих излучений находится на высотах в интервале 1500-4000 км, что согласуется с гипотетическим выводом, сделанным в [8], о том, что излучение выходит из глубины плазмо-сферы с высот в несколько тысяч километров над поверхностью Земли.
Иной характер излучений во внутренней области плазмосферы наблюдался во время максимума солнечной активности (август-октябрь 2000 г). В это время все эллиптические орбиты спутника ИНТЕРБОЛ-1 были локализованы вблизи экваториальной плоскости Земли и имели угол наклонения орбиты около 70°. Экваториальное положение орбиты позволяло, в принципе, наблюдать, например, километровый "континуум" на разных расстояниях от Земли. Однако он ни разу не был зарегистрирован в этот период активного Солнца на всем протяжении орбитальных витков спутника.
По мере постепенного уменьшения перигея с января по июль 2000 г от 2.4 ЯЕ до 1.6 ЯЕ кроме ав-рорального километрового излучения (АКР) в перигеях также не наблюдалось каких-либо других, покидающих магнитосферу излучений, в том числе и при пересечении спутником магнитного экватора. И только при перигеях меньше 1.6 ЯЕ в плоскости магнитного экватора внутри плазмосферы стали регистрироваться локализованные в ней электромагнитные моды излучений. При этом по мере дальнейшего уменьшения перигея (вплоть до входа в плотные слои атмосферы и сгорания спутника 16.Х.2000 г.) постепенно регистрировались эти излучения на все более высоких частотах.
На рис. 3 приведены примеры регистраций излучений во внутренней области плазмосферы. С
уменьшением перигея орбиты спутника нарастает интенсивность электромагнитных излучений с некоторым сдвигом в сторону высоких частот. Например, постепенно нарастает сигнал на высоких частотах 749 и 1463 кГц. Однако, отсутствует четкая стратификация на "резонансные" области излучений по частотам с изменением расстояния от Земли, как это имело место в период спокойного Солнца (рис. 2).
На рис. 4 представлены наблюдаемые изменения пиковых значений интенсивности электромагнитных излучений в плоскости магнитного экватора на ряде частот, на которых мог бы регистрироваться километровый "континуум", в зависимости от геоцентрического расстояния. Имеет место систематический рост интенсивности с уменьшением этого расстояния.
Таким образом, на частотах километрового "континуума" имеется выраженный максимум интенсивности излучений внутри плазмосферы вблизи магнитного экватора, но покидающее плазмо-сферу излучение, как мы отмечали выше, отсутствует.
Здесь следует отметить также наблюдения излучения на частоте 1463 кГц (см. рис. 3) очень близко к Земле (500-1000 км). По-видимому, это Ъ мода, которая в период спокойной магнитосферы (спокойного Солнца) покидает магнитосферу в виде субаврорального "континуума.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
В формировании излучений типа "континуумов" важную роль играют наличествующие в земной магнитосфер
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.