Нелинейные явления в верхнегибридном резонансе

 Резонансная неустойчивость

    Невысокая частота столкновения в F-слое определяет еще одну особенность плазмы в верхней ионосфере. Процессы переноса – диффузия и теплопроводность – в замагниченной плазме сильно зависят от отношения частоты соударений электронов ν     к гиромагнитной частоте их вращения ω_H. В F-слое это отношение очень мало ~3×10^-5–10^-4. В результате перенос частиц и тепла вдоль магнитного поля на несколько порядков выше, чем в поперечном направлении. Иначе говоря, процессы продольного переноса очень сильны. Это означает, что любые начальные возмущения плотности или температуры быстро стремятся превратиться в сильно вытянутые вдоль магнитного поля неоднородности.     

    Предположим, что такая плазменная неоднородность находится в области верхнегибридного- или (ВГ)-резонанса для радиоволны мощной станции, воздействующей на ионосферу. Тогда мощная волна может возбуждать верхнегибридные плазменные волны, при этом эффективность возбуждения плазменных волн пропорциональна градиенту концентрации плазмы . Поскольку неоднородности сильно вытянуты вдоль магнитного поля В, то максимальный градиент концентрации  ортогонален В. Таким образом, мощная волна наиболее эффективно накачивает в ВГ-резонансе именно верхнегибридные плазменные волны с волновым вектором k || . Эти волны распространяются ортогонально магнитному полю, т.е. ортогонально оси неоднородности. При этом если плотность плазмы понижена, δN<0, то волны оказываются захваченными неоднородностями и образуют стоячую ВГ-волну.

    Вследствие соударений энергия ВГ-волны поглощается, что приводит к увеличению температуры электронов Т_е. Возрастание Т_е служит причиной выдавливание плазмы, т.е. усиления отрицательного возмущения концентрации плазмы. При этом абсолютная величина градиента плотности  возрастает. Соответственно возрастают накачка и захват неоднородностями ВГ-волн, вновь ведущие к увеличению Т_е, понижению концентрации и дальнейшему усилению накачки волн и т.д. Таким образом, возникает неустойчивость, приводящая к увеличению электронной температуры, усилению выдавливания плазмы из неоднородности и возрастанию количества захваченных неоднородностями ВГ-волн. Эта неустойчивость получила название резонансной неустойчивости.

       Резонансная неустойчивость объяснила появление в ионосфере под действием мощной О-волны огромного количества сильно вытянутых неоднородностей, приводящих к гигантскому ракурсному рассеянию радиоволн.