Искусственное свечение ионосферы

       Основными линиями оптического излучения при воздействии мощных радиоволн на ионосферу являются красная (630нм) и зеленая (557нм). Обе линии – результат возбуждения атомарного кислорода: О(¹D₂) (красная) и О(¹S₀) (зеленая). Красная линия имеет существенную особенность: очень низкий минимальный уровень возбуждения электронным ударом (1,96эВ), причем максимум свечения тоже низкий и равен 6,4эВ. Вместе с тем излучение в этой линии – переход ¹D₂ – ³P₂ – имеет большое время задержки: t₁~130c. Поэтому существенное значение приобретает процесс гашения возбужденного атома за счет его столкновения с другими молекулами и атомами ионосферы. Отсюда следует, что интенсивность излучения красной линии значительно зависит от высоты. В частности, на высотах F-слоя (z ~300км) гашение не является сильным, а в Е-лое (z ~110–130км) гашение практически подавляет красную линию излучения.

    Зеленая линия имеет более высокий минимальный потенциал возбуждения (4,17эВ), зато высвечивается с очень малой задержкой. Таким образом, свечение зеленой линии определяется только ее возбуждением ударами электронов.

    Излучение обеих линий при воздействии мощных радиоволн на ионосферу в области F-слоя наблюдалось многократно на всех мощных станциях, начиная со стенда в Платтевилле. При этом интенсивность излучения в зеленной линии слабее, чем в красной. На рисунке для примера представлено излучение в красной и зеленой линиях, наблюдавшееся на станции HAARP.

Рис.6. Оптическое излучение из возмущенной области ионосферы. Примеры оптического свечения возмущенной ионосферы, наблюдавшегося на станции HAARP в 2002г. Педерсеном и др. (а)Наблюдение свечения в красной линии (630нм). Частота мощной волны низкая: 3,3МГц. Максимальная эффективная мощность излучения (PG)_max =20МВт. В течение первых 20мин мощность PG равномерно нарастала до максимальной, а потом спадала. Затем изучалась зависимость оптического свечения от мощности станции. Станция работала в периодическом режиме: 3 мин. включен., 2 мин. выключен. При этом мощность ее излучения постепенно возрастала от 10% до 100% от (PG)_max, как показано на рисунке штрихованной линией. По оси координат – наблюдаемое свечение в красной линии в Рэлеях (1 Рэлей – 1 млн фотонов света, испущенного во всех направлениях на 1см² площади приемника в 1с). Видим, что свечение возрастает пропорционально мощности излучения PG. Однако при максимальных мощностях возрастание свечения замедляется. Наблюдаемое свечение в красной линии при воздействии радиоволн низкой частоты согласуется с теорией.

(б) Наблюдение свечения в красной (630нм) и зеленой (557нм) линиях. Частота мощной волны высокая: 7,8МГц. Свечение зеленой линии (над фоном) составляет почти 1/3 от свечения красной. Эта величина явно указывает на то, что свечение вызывается электронами, ускоренными в ленгмюровской турбулентности. Подтверждение: явное запаздывание (~20с) появление свечение зеленой линии по отношению к моменту включения передатчика. Теория объясняет это явление необходимостью прогрева ионосферной плазмы под действием поля мощной волны: прогрев позволяет мощной волне накачки достичь области ленгмюровского резонанса. (в)Одновременные наблюдения в красной (630нм) и фиолетовой (427,8нм) линиях. Высокий минимальный потенциал возбуждения фиолетовой линии (19эВ) явно свидетельствует о том, что эффективная температура ускоренных электронов очень высока. Это вполне соответствует теории многократного ускорения электронов в ленгмюровском резонансе.

       Результаты измерений в целом согласуются с теорией. В частности, масштаб излучающей области, составляющий порядка 10–30км, соответствует его оценке в теории многократного ускорения.

    Анализ наблюдений и сопоставление с результатами с теории показывают, что при воздействии на ионосферу низкочастотными радиоволнами, МГц, излучение в красной линии определяется интенсивным разогревом электронов ВГ-резонансе, т.е. является следствием значительного повышения температуры электронов, тогда как зеленая линия может появиться только вследствие ускорения электронов в ленгмюровском резонансе. То же относится и к излучению красной линии при воздействии высокочастотным радиоизлучением,  МГц. С улучшением разрешения и повышения чувствительности фотокамер стали наблюдаться и другие линии, соответствующие более высоким минимальным потенциальным возбуждениям: 9эВ (777,4нм), 11эВ (3446нм), 19эВ (4278 нм). Излучение этих линий свидетельствует о наличии в возмущенной ионосферной плазме электронов с высокой энергией, появившихся следствием многократного ускорения в ленгмюровском резонансе. Отметим, что наиболее сильное излучение в зеленой линии наблюдается в слое Е-спорадическом. При возбуждении в направлении МZ на станции HAARP это излучение достигает исключительно большой величины (4000рэлей), его можно видеть невооруженным глазом.