Физика ионосферы

Автор(ы):Брюнелли Б. Е., Намгладзе А. А.
06.10.2007
Год изд.:1988
Описание: В монографии систематически изложены основы физики ионосферы как многокомпонентной плазменной среды. Обобщены результаты наблюдений и теоретических исследований по физике ионосферы, выполненных за последние 15 лет. Особое внимание уделено новым методам исследований ионосферы – методу некогерентного рассеяния радиоволн и методу численного моделирования ионосферы – и полученным с помощью этих методов результатам. Описаны факторы, воздействующие на ионосферу: солнечное излучение, геомагнитное поле, процессы в магнитосфере. Рассмотрены процессы в нейтральной атмосфере, образование ионосферы и вертикальное распределение ионосферных параметров. Описаны регулярные вариации ионосферных параметров в различных широтных зонах, а также ионосферные возмущения, связанные с проявлениями солнечной и геомагнитной активности; обсуждаются физические механизмы формирования спокойных и возмущенных вариаций в ионосфере. Книга предназначена для исследователей, работающих в области физики ионосферы и смежных областях науки (физика верхней атмосферы, физика магнитосферы, распространение радиоволн), а также для студентов и аспирантов соответствующих специальностей.
Оглавление: От редакторов [3]
Предисловие [6]
Глава 1. ИОНОСФЕРА КАК СРЕДА РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН
  1.1. Движение заряженной частицы в магнитном поле [11]
    1.1.1. Сила Лоренца, гирорадиус, гирочастота [11]
    1.1.2. Магнитный момент, его постоянство [12]
    1.1.3. Дрейфы в постоянных однородных полях [12]
    1.1.4. Дрейф в неоднородном магнитном поле. Ведущий центр [14]
    1.1.5. Центробежный дрейф [15]
    1.1.6. Инерционный дрейф. Дрейф в переменном электрическом поле [16]
    1.1.7. Дрейф в индукционном электрическом поле. Вмороженность [17]
    1.1.8. Движение частицы вдоль силовой линии. Продольный инвариант [18]
  1.2. Гидродинамическое описание плазмы. Ток в плазме [22]
    1.2.1. Квазинейтральность, плазменная частота, радиус Дебая [22]
    1.2.2. Соударения в плазме [24]
    1.2.3. Ток в плазме [28]
    1.2.4. Магнитное давление [31]
    1.2.5. Ток под действием градиента давления. Диамагнетизм плазмы [32]
    1.2.6. Закон Ома. Проводимости плазмы в стационарных полях [33]
    1.2.7. Влияние границ на проводимость плазмы [36]
  1.3. Волны в плазме [38]
    1.3.1. Преобразования Фурье и Лапласа [38]
    1.3.2. Дисперсия, групповая скорость, показатель преломления, отсечки и резонансы [42]
    1.3.3. Волновое уравнение. Диэлектрическая проницаемость плазмы [43]
    1.3.4. Проводимость плазмы в переменном электрическом поле [45]
    1.3.5. Тензор диэлектрической проницаемости плазмы [47]
    1.3.6. Дисперсионное уравнение [48]
    1.3.7. Электромагнитные волны, распространяющиеся вдоль магнитного поля. Поляризация волн [49]
    1.3.8. Распространение электромагнитной волны перпендикулярно внешнему магнитному полю. 53
  1.4. Распространение радиоволн в ионосфере. Магнитоионная теория [55]
    1.4.1. Формула Эпплтона—Хартри. Поляризация волн [55]
    1.4.2. Условия отражения радиоволн [58]
    1.4.3. Квазипродольное и квазипоперечное приближения [59]
    1.4.4. Отражение радиоволн от ионосферы при наклонном распространении [60]
    1.4.5. Траектории радиосигналов [62]
    1.4.6. Поглощение радиоволн [63]
    1.4.7. Фарадеевское вращение [65]
  1.5. Электростатические волны в плазме [66]
    1.5.1. Звуковые волны в неионизованном газе [67]
    1.5.2. Электростатические волны в плазме без магнитного поля [68]
    1.5.3. Электростатические волны в холодной плазме с магнитным полем [70]
    1.5.4. Гидродинамические неустойчивости плазмы [72]
  1.6. Электростатические волны в плазме (кинетическое рассмотрение) [74]
    1.6.1. Кинетическое уравнение Больцмана [74]
    1.6.2. Проводимость и диэлектрическая проницаемость плазмы [77]
    1.6.3. Дисперсионные соотношения для электростатических волн [80]
    1.6.4. Затухание электростатических волн, аномальные соударения [82]
    1.6.5. Неустойчивости, влияние направленных движений [84]
    1.6.6. Флуктуации плотности плазмы [85]
Глава 2 МЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА СОСТОЯНИЕМ ИОНОСФЕРЫ (ионосферные измерения)
  2.1. Исследования ионосферы зеркально отраженными от нее радиоволнами [95]
    2.1.1. Вертикальное зондирование ионосферы [95]
    2.1.2. Наклонное зондирование [100]
    2.1.3. Возвратно-наклонное зондирование [102]
    2.1.4. Зондирование ионосферы сверху [104]
    2.1.5. Измерения поглощения отраженных радиоволн [106]
    2.1.6. Исследования движений ионосферной плазмы отраженными радиоволнами [106]
  2.2. Измерения при радиопросвечивании ионосферы [108]
    2.2.1. Риометрические измерения поглощения космического радиошума [108]
    2.2.2. Измерения интегрального электронного содержания [111]
  2.3. Специальные средства исследований нижней ионосферы [112]
    2.3.1. Метод частичных отражений [113]
    2.3.2. Метод кросс-модуляции [116]
  2.4. Радиолокационные исследования ионосферы [117]
    2.4.1. Экваториальные радиоотражения [119]
    2.4.2. Радиоаврора [121]
    2.4.3. Радиолокаторы, примеряемые для исследований ионосферы [122]
  2.5. Метод некогерентного рассеяния радиоволн [124]
    2.5.1. Физические основы и возможности исследования ионосферы методом некогерентного рассеяния [124]
    2.5.2. Рассеяние электромагнитной волны электроном [128]
    2.5.3. Поле рассеяния от электронов в конечном объеме [130]
    2.5.4. Мощность рассеянного сигнала [132]
    2.5.5. Рассеяние электромагнитных волн флуктуациями электронной концентрации [134]
    2.5.6. Спектр некогерентно рассеянного сигнала [135]
    2.5.7. Техника наблюдений некогерентного рассеяния [139]
  2.6. Измерения параметров ионосферной плазмы с помощью ракет и спутников [143]
Глава 3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ИОНОСФЕРЫ
  3.1. Уравнения переноса для моментов функции распределения [149]
  3.2. Система уравнений, моделирующих ионосферную плазму в гидродинамическом приближении [154]
  3.3. Некоторые преобразования вида моделирующих уравнений для нейтральных компонент [164]
    3.3.1. Среднемассовая и диффузионная скорости [164]
    3.3.2. Учет турбулентности [166]
  3.4. Кинетическое уравнение для сверхтепловых электронов [168]
  3.5. Системы координат, используемые в ионосферном моделировании [171]
  3.6. Моделирующие уравнения в координатном представлении [175]
    3.6.1. Уравнении для нейтральных компонент [175]
    3.6.2. Одномерные уравнения для заряженных частиц [176]
    3.6.3. Учет электромагнитных дрейфов. Интегрирование по дрейфовым траекториям [180]
  3.7. Начальные и граничные условия [181]
  3.8. Методы решения моделирующих уравнений [183]
Глава 4 СОЛНЦЕ И МАГНИТОСФЕРА
  4.1. Солнце [190]
    4.1.1. Общие сведения [190]
    4.1.2. Солнечная активность [192]
    4.1.3. Механизм циклических изменений [193]
    4.1.4. Солнечная корона [194]
  4.2. Геоактивная радиация Солнца [197]
    4.2.1. Коротковолновое излучение Солнца [197]
    4.2.2. Солнечный ветер [198]
    4.2.3. Солнечные вспышки [202]
  4.3. Геофизические проявления солнечной активности [204]
    4.3.1. Геомагнитные вариации [204]
    4.3.2. Полярные сияния [208]
    4.3.3. Индексы магнитной активности [210]
    4.3.4. Солнечно-земные связи [211]
  4.4. Магнитосфера и магнитное поле в ней [213]
    4.4.1. Магнитное поле Земли [213]
    4.4.2. Обтекание солнечным ветром земного магнитного поля. Формирование магнитопаузы [215]
    4.4.3. Модель магнитосферы Мида—Фейрфильда [216]
    4.4.4. Структура магнитосферного магнитного поля [218]
  4.5. Головная ударная волна [222]
  4.6. Электрическое поле в магнитосфере [223]
    4.6.1. Поле коротации [223]
    4.6.2. Вязкое трение [224]
    4.6.3. Конвекция в магнитосфере при южном межпланетном магнитном поле [226]
    4.6.4. Слой Альвена [227]
    4.6.5. Действие азимутальной компоненты межпланетного магнитного поля [229]
    4.6.6. Измерения электрического поля [230]
  4.7. Токи в магнитосфере [235]
  4.8. Плазма в магнитосфере [240]
    4.8.1. Плазмосфера [241]
    4.8.2. Пограничные слои [242]
    4.8.3. Плазменный слой [243]
    4.8.4. Кольцевой ток [244]
    4.8.5. Высыпающиеся частицы [245]
  4.9. Магнитосферная суббуря [246]
    4.9.1. Фазы суббури. Суббуря в геомагнитном поле и в авроральных явлениях [246]
    4.9.2. Процессы в магнитосфере [247]
Глава 5. НЕЙТРАЛЬНАЯ АТМОСФЕРА И ПРОЦЕССЫ В НЕЙ
  5.1. Характерные высотные области нейтральной атмосферы [251]
  5.2. Гидростатическое распределение плотности и давления с высотой [253]
  5.3. Состав нейтральной атмосферы. Диффузионное равновесие [255]
  5.4. Фотодиссоциация. Поглощение диссоциирующего излучения [257]
  5.5. Химические реакции кислородных компонент [262]
  5.6. Диффузия [264]
  5.7. Распределения частиц в экзосфере [266]
  5.8. Среднемассовые движения. Геострофическое приближение. Роль ионного трения и вязкости [271]
  5.9. Ветры в термосфере от солнечного и высокоширотного источников [274]
  5.10. Изменения состава, связанные с термосферной циркуляцией [279]
  5.11. Приливы [281]
  5.12. Акустико-гравитационные волны [288]
  5.13. Планетарные волны [298]
  5.14. Тепловой режим нейтральной атмосферы [299]
    5.14.1. Уравнение теплового баланса [299]
    5.14.2. Нагрев солнечным излучением [301]
    5.14.3. Нагрев высыпающимися частицами [303]
    5.14.4. Джоулев нагрев [ЗО5]
    5.14.5. Охлаждение за счет излучения [307]
  5.15. Вариации параметров и модели нейтральной атмосферы [309]
Глава 6. ПРОЦЕССЫ В ИОНОСФЕРЕ И ВЫСОТНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИОНОСФЕРНЫХ ПАРАМЕТРОВ
  6.1. Общая характеристика высотного распределения ионосферных параметров [316]
  6.2. Фотохимические процессы в ионосфере [322]
    6.2.1. Процессы ионизации [322]
    6.2.2. Химические реакции [336]
    6.2.3. Колебательно-возбужденный молекулярный азот. Колебательная температура [353]
    6.2.4. Упрощенные фотохимические модели. Квадратичный и линейный законы потерь электронов. Эффективный коэффициент рекомбинации [356]
  6.3. Процессы переноса и их влияние на распределение заряженных частиц [361]
    6.3.1. Времена жизни и времена переноса [361]
    6.3.2. Одноионная замагниченная плазма (высоты 200-500 км). Амбиполярная диффузия. Ветровое увлечение. Электромагнитный дрейф [363]
    6.3.3. Роль процессов вертикального переноса в формировании F2-слоя. Ионосферно-протоносферные потоки [367]
    6.3.4. Статическое распределение заряженных частиц в многокомпонентной внешней ионосфере [374]
    6.3.5. Диффузия в многокомпонентной внешней ионосфере [379]
    6.3.6. Роль инерции ионов. Стационарный полярный ветер [382]
    6.3.7. Нестационарные процессы наполнения и опустошения геомагнитных силовых трубок [386]
    6.3.8. Перенос заряженных частиц в Е- и F1-областях ионосферы и его влияние на высотные профили концентраций ионов и электронов [389]
    6.3.9. Эффекты трехмерности переноса заряженных частиц в ионосфере [393]
  6.4. Тепловой решим заряженных компонент ионосферной плазмы [396]
    6.4.1. Локальный и нелокальный нагрев электронного газа [396]
    6.4.2. Теплообмен электронов с нейтральным и ионным газами [398]
    6.4.3. Высотное распределение температур ионов и электронов [401]
Глава 7. РЕГУЛЯРНЫЕ ВАРИАЦИИ ИОНОСФЕРНЫХ ПАРАМЕТРОВ В РАЗЛИЧНЫХ ШИРОТНЫХ ЗОНАХ
  7.1. Широтное районирование ионосферы [404]
  7.2. Вариации в средних широтах [405]
    7.2.1. Область D [405]
    7.2.2. Регулярный E-слой [410]
    7.2.3. Слой F1 [417]
    7.2.4. Спорадический слой Еs и ночная долина между Е и F-слоями [419]
    7.2.5. Область F2 и внешняя ионосфера (плазмосфера) [423]
  7.3. Низкоширотная ионосфера [431]
    7.3.1. Особенности наблюдаемого поведения ионосферных параметров в низких широтах (морфология вариаций) [431]
    7.3.2. Физическая интерпретация наблюдаемого поведения экваториальной ионосферы [437]
  7.4. Субавроральная ионосфера [440]
    7.4.1. Главный ионосферный провал, провал легких ионов и плазмопауза. Результаты наблюдений [440]
    7.4.2. Механизмы формирования провала. Теоретическое моделирование субавроральной ионосферы [442]
  7.5. Высокоширотная ионосфера [453]
    7.5.1. Нижняя ионосфера высоких широт [453]
    7.5.2. F2-область высокоширотной ионосферы [456]
Глава 8. ИОНОСФЕРНЫЕ ВОЗМУЩЕНИЯ
  8.1. Типы ионосферных возмущений. Каналы передачи энергии от Солнца. Общая морфологическая картина и физическая схема развития ионосферных возмущений [458]
  8.2. Ионосферные эффекты ионизирующего волнового и корпускулярного излучения солнечных вспышек [461]
    8.2.1. Внезапные ионосферные возмущения [461]
    8.2.2. Поглощение в полярной шапке [463]
  8.3. Ионосферные эффекты высыпаний энергичных частиц из магнитосферы [465]
    8.3.1. Авроральное поглощение [465]
    8.3.2. Поглощение на средних широтах [467]
    8.3.3. Эффекты высыпаний в Е- и F-областях ионосферы [469]
  8.4. Ионосферные эффекты магнитосферных электрических полей [471]
  8.5. Ионосферные эффекты магнитосферного кольцевого тока [478]
  8.6. Эффекты термосферных возмущений [480]
    8.6.1. Ионосферные эффекты внутренних гравитационных волн (перемещающиеся ионосферные возмущения) [481]
    8.6.2. Эффекты крупномасштабных возмущений термосферной циркуляции. Суперпозиция эффектов от различных источников [483]
Заключение [488]
Литература [493]
Формат: djvu
Размер:6674329 байт
Язык:РУС
Рейтинг: 485 Рейтинг
Открыть: