Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Низкочастотные волны в магнитосфере Земли и вблизи немагнитных космических тел

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Низкочастотные волны в магнитосфере Земли и вблизи немагнитных космических тел"

1 3 НОЯ 13Гэ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИНСТИТУТ ЗЕМНОГО МАГНЕТИЗМА, ИОНОСФЕРЫ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН

Па правах рукописи

УДК 550.385:523.6-1

Михайлов Юрий Михайлович

тг тг.

низкочастотные волны в

магшггоссЪетзе Земли ж вблизи -й-

немап-штных космических тел

(комета Гил лея)

0-5.00.22 - Геофизика

Автореферат диссертации па соискание ученой степени доктора физико-математических наук'

Москва 1995

»

Работа вшолнена в Институте земного цагкеткзыа, ионосферы и распространения радиоволн РАН.

Официальные оппонента: доктор физико-математических наук,

профессор П. К. Калинин

г. Москва, '

доктор технических наук В. Е. Корепанов г.Львов, Украина,

доктор фжзико-цатеыатических наук Д. Н. Четаев г. Москва

Ведущая организация: Институт прикладной физики РАН

г. Нижний Новгород

Зацита диссертации состоится "_ 28 " НОЯБРЯ 1995 г. в час 00 мин на заседании диссертационного совета Д.002.83.01 в Институте зешюго кагкетизиа, ионосферы и распространения радиоволн РАН.

Адрес: 142092, г.Троицк, Московская обл. ИЗМЙРАН Проезд: автобусом II 531 от ыетро "Теплый стан" до остановки "ИЗМЙРАН".

С диссертацией ыогно ознакомиться в библиотеке ИЗМЙРАН. Автореферат разослан " %% " октября 1995г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-ыатеыатических наук

0. П. Коломийцев

• '

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Низкочастотная волновая диагностика является одним из наиболее мощных средств исследования плазменных оболочек Земли и других небесных тел. В ИЗМИРАН начало низкочастотных волновых исследований на спутниках, в которых принял активное участие автор диссертации, относится к 1970 г. В первых экспериментах был определен круг возможных измерений, но с их развитием сформировался широкий спектр задач, в которых низкочастотные волновые процессы имеют первостепенное значение. К таким задачам относятся магнито-сферно-ноносферные связи, включающие проблемы взаимодействия волна-частица; наблюдения Земли из космоса, которые используют низкочастотные волны для регистрации сейсмо- и метеоэффектов и техногенных процессов; проблемы связи - применение НЧ-ретрансляторов для увеличения дальности распространения СДВ-волн; наконец планетарная физика - изучение плазменных оболочек небесных тел. Несмотря на то, что упомянутые задачи относятся к разным разделам геофизики, их объединяет фундаментальная проблема генерации и распространения низкочастотных волн. В свете новых задач повысились требования к точности амплитудных, пространственных и временных измерений. Потребовалась разработка новых, более совершенных методов диагностики свойств среды и регистрации НЧ-электромагнитных полей в условиях космоса.

Настоящая диссертация относится к двум разделам геофизики: физике магнитосферы Земли и околокометного пространства. Она посвящена изучению процессов генерации и распространения низкочастотных волн в условиях собственного магнитного поля Земли и индуцированного магнитного поля кометы Галлея на базе новых методов исследования магнитосферной плазмы Земли, активной волновой диагностики и измерений волновых процессов-в окрестности кометы.

Значение работы определяется необходимостью решения актуальных фундаментальных и прикладных задач, связанных со структурой плазменных и магнитных образований около различных космических тел, со взаимодействием солнечного ветра ССВ) с собственными и индуцированными полями этих тел, с эффектами влияния солнечной активности и магнитных бурь на плазму и волновые процессы в ней.

Одной из основных задач современной физики магнитосферы является изучение свойств плазмы во всем ее объеме в комплексе с

распределением электромагнитных и электростатических волн. Волновые процессы не вносят решающего вклада в энергетику магнитосферы Сих вклад по разным оценкам колеблется в пределах от нескольких процентов- до нескольких десятков процентов от общей энергиймагни-тосферы). Однако ОНЧ-волны могут стимулировать плазменные процессы и переносить энергию из одной области в другую. Магнитосфера как глобальная среда благоприятствует возбуждению длиннопериодных колебаний, но наряду с ними большое значение имеют быстропротека-юшие процессы, длительность которых составляет доли секунды. Изучение таких процессов возможно путем широкополосной регистрации НЧ-волновых явлений на спутниках. Как показали многолетние наблюдения, НЧ-волны регистрируются во всех областях магнитосферы, но наибольшую интенсивность они имеют вблизи плазмопаузы и в авро-ральноц области, т.е. в зонах высыпания энергичных частиц, которые проектируются вдоль геомагнитных силовых линий в главный ионосферный провал ц высокоширотную ионосферу. Благодаря этому наблюдения на низкоорбитальных спутниках позволяют контролировать процессы в дальней магнитосфере. Одно из необходимых условий углубленного изучения волновых процессов - накопление сведений об их свойствах путем регистрации естественных излучений (свистящих атмосфериков, хоров, шипений и т.д.). Дальнейший шаг в исследовании этих процессов связан с использованием методов активной волновой диагностики, которая, в свою очередь, ставит дополнительные вопросы взаимодействия источников энергии с плазмой.

Особый интерес представляет волновые явления в области индуцированных электромагнитных полей, где НЧ-волновые процессы коррелируют с магнитогидродинамическими. Такие процессы имеют место как на границе магнитосферы, так и вблизи небесных тел, не обладающих собственным магнитным полем. Уникальный эксперимент БЕГА дал возможность наблюдать эти процессы in situ и сравнить их с процессами в земной магнитосфере.

Результаты поэтапного решения этих задач, полученные автором в серии космических экспериментов, составляют содержание настоящей диссертации.

. Цель» работы являются экспериментальные исследования низкочастотных волновых процессов' в магнитосфере Земли и в окрестности кометы Галлея. Для решения этой задачи были разработаны и созданы соответствующие НЧ-бортовые приборы, установленные на ИСЗ: "Кос-

• '

мое-381" (1970г.), "Интеркосмос-13" (1975г.), "Интеркосмос-14" С 1975г.), "Интеркосмос-18" (197Яг ), "Интеркосмос-19" С1979 г.), "Ореол-3" С1981г.), "Космос-1809" (1986г.), "Интеркосмос-24" С1989г.) и на КА "ВЕГА-1" и "ВЕГА-2" (1986г.). Разработана методика волновой диагностики околокометной и околоземной плазм в пассивных (с использованием естественных НЧ-излучений), а также в активных (с использованием бортовых источников) космических экспериментах.

Научная новизна и основные результаты. В диссертации развито новое научное направление, а именно: электро- и магнитометрия в условиях космических экспериментов для исследования физических параметров плазменных оболочек небесных тел на основе прямых измерений НЧ-электромагштшх полей с использованием современных радиофизических методов регистрации и анализа данных.

В результате этих исследований впервые определена тонкая структура спектров НЧ-волн в окрестности кометы Галлея, впервые приведено одновременно полученное с двух ИСЗ пространственное паспределение волновых полей различного типа НЧ-излучений в земной магнитосфере, впервые реализованы систематические определения эффективной массы ионов активными волновыми методами. В процессе подготовки космических экспериментов были решены приоритетные методические и технические вопросы, такие как разработка и создание высокочувствительной аппаратуры для измерения электрической и магнитной компонент поля, которая по своим.характеристикам была на уровне, а в некоторых экспериментах выше уровня зарубежных аналогов; создание испытательных стендов к разработка методик тестирования; детальное исследование вопросов электромагнитной совместимости в условиях комплексных космических экспериментов. Полученные с помощьн телеметрии данные представлены в' аналоговой или цифровой формах, обработка которых выполнена современным]! цифровым» методами (быстрое преобразование Фурье, метод модифицированных периодограмм, метод максимальной энтропии и др.).

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методика измерений'электрических и магнитных полей в маг-нитоактивной плазме.

2. Проведение серии экспериментов на ИСЗ и получение следующих результатов:

а) условия распространения и временные задержки при

канализированном и неканализированном распространении НЧ-волн; б) основные фазы развития шумовой бури; вЭ связь НЧ-шумов с квазистатическими электрическими

полями.

3. Активная НЧ-волновая диагностика, включающая в себя систематическое определение частоты нижнего гибридного резонанса магнитосферной плазмы и эффективной массы ионов.

4. Тонкая структура спектров электрических и магнитных полей в окрестности кометы Галлея и их свойства, а именно:

а) связь максимумов спектров УНЧ-воян со шкалой масс основных кометарных ионов; ионно-циклотронный характер возбуждаемых волн;

б) модуляция интенсивности волн (8-73 Гц) и механизм ее возникновения;

5. Волновые свойства плазменных границ в кометошиссе кометы Галлея.

Научная и практическая ценность работы. Работа выполнена в рамках научных планов лаборатории НЧ-излучений и электромагнитной совместимости ИЗМИРАН в период 1970-1993 г.г. Результаты ее внесли вклад в решение ряда фундаментальных и практических задач, а именно:

1. Динамика спектров ОНЧ-сигналов и шумов является составной частьв системы гелиогеофизического мониторинга, позволяющей прогнозировать магнито-ионосферные возмущения.

2. Результаты анализа работы приемных и излучающих антенн в условиях космоса используются при разработке спутниковых систем дальней связи в ОНЧ-диапазоне. В этих же работах применяются предложенные автором методы контроля импеданса антенны.

3. Результаты анализа электромагнитной совместимости прибо-" ров на КА внесли свой вклад в становление и развитие нового научно-технического направления - электромагнитной совместимости высокочувствительных приборов и аппаратов в наземных условиях.

4. Результаты работ используются в ИКИ РАН, ИПФ РАН, ИФЗ РАН, ПГИ КФ РАН, ИКИР ДВО РАН, ИПГ Госкомгидромета, НПО им. Лавочкина, ОКБ МЭИ, Ростовском Государственном и Ярославском педагогическом университетах, а также в ряде организаций ближнего (Кё "Южное" г.Днепропетровск; ФМИ г.Львов, Украина) и дальнего зару-бегья СЦентр космических исследований, Варшава) для анализа и ин-

терпретации волновых измерений, при разработке электрических и магнитных даг.иков и комплексов волновой аппаратуры.:

6. Методика измерения электрических и магнитных полей в НЧ-диапаэоне используется в настоящее время при подготовке перспективных космических проектов: Универсальная геофизическая орбитальная лаборатория СУНИГОЛ), "Солнечный зонд" и "Единство".

Личный вклад автора. В задачу автора входила не только разработка методики низкочастотных измерений, но и ее реализация, т.е. создание высокочувствительной и стабильной аппаратуры, работоспособной в условиях космического эксперимента. На начальной стадии НЧ-волновых исследований, в 1970 г. , на ИСЗ "Космос-381" [16] и Интеркосмос-14" [101 автор впервые принимал участие как ответственный исполнитель НЧ-эксперимента.

В развитие НЧ-экспериментов по техническому заданию, составленному Я. И.Лихтером совместно с автором, коллективом специалистов ОКБ МЭИ был создан комплекс АНЧ-2МЕ, в котором каналы для измерения электрической и магнитной компонент поля согласованы как по чувствительности, так и по амплитудно-частотным характеристикам [13,25]. Изготовление, установка и испытания комплекса на макете ИСЗ осуществлялись под руководством автора. Этот комплекс, будучи изготовленным из отечественных радиоэлементов, явился базовым для низкочастотных волновых исследований в околоземной плазме, проводившихся в нашей стране в период с 1978 по 1993 г.г. на четырех спутниках Сна каждом из них он надежно функционировал более 5 лет).

С начала 80-х годов автор в качестве одного из ответственных исполнителей участвовал в подготовке эксперимента "БЕГА" для исследования НЧ-электрического поля вблизи кометы Галлея и во всех испытаниях прибора "Анализатор плазменных волн - высокочастотный" ("АПВ-В"), разработанного Европейским Космическим Агенствоы СНордвейк, Голландия). В составе оперативной группы управления он контролировал работу "АПВ-В" во время пролета КА кометы. Значительная часть публикаций по интерпретации результатов измерений с помощью этого прибора выполнена с участием автора [26-28,30-37, 39,41,46] и включена в диссертаций.

Под руководством автора выполнена обработка данных магнитометров С"МИША") на КА "БЕГА" современными цифровыми методами для исследования тонкой структуры спектров магнитного поля. Результа-

„ ты этих работ, выполнению совместно с коллегами из лаборатории магнитных космических исследований ИЗМИРАН, с их согласия, включены в диссертацию Г32,381. В нее включены также результаты совместной работы с Институтом метеорологии и геофизики (г. Кельн, Германия) по анализу данньа магнитометров на КА "Джотто" при про-лзтах комет Галлея и Грига-Скъеллерупа.

Автор был ответственном исполнителем работ по активным плазменным экспериментам. Так, на спутнике "Интеркосмос-?.4" ("Активный") под ого руководством {юализована серия экспериментов с прибором для возбуждения плазмы (ПВП), который представляет собой электрический генератор, нагруженный на дипопънуо антенну 142-44). Этот прибор функционировал в полном соответствии с задачами проекта. Прибор ПВП создан в ОКБ МЭИ по техническому задании автора.

Автор являлся также соисполнителем солнокого эксперимента на спутнике "АПЭКС" (активный плазменный эксперимент) [45]

По теме диссертации опубликовано 46 работ в отечественных и зарубежных изданиях.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 1-ой конференции ИЗШ1РАН, ш священной Дне Радио (г.Москва, 1959 г.); на 1-1Х Всесоюзных семинарах по ОНЧ-излучениям (1974-1992 г.г.); на Международных Симпозиумах по физике ионосферы, магнитосферы и солнечного ветра (г. Калуга, 1975 г , Цахкадзор, 1981 г.), на XX Пленарном заседании КОСПАР (Варна, 1974 г на Международном симпозиуме по подобию и происхождению комет (Брюссель, 1987 г.); на Международных совещаниях по проекту "Активный" (Москва. 1989 г.; Абингдон, Англия, 1991 г.); на XXI Международном Вроцлавском симпозиуме по электромагнитной совместимости (Вроцлав, Польша, 1992 г )

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из Введения, пяти глав и Заключения. Общий объем -327 стр . из них 88 рисунков И таблиц } список литературы из "/38 названий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении дана общая характеристика работы, ососнсвана ее актуальность, сформулированы цель и основные положения, выносимые на защггу. Показаны также новизна, научная и практическая значи-

мости работы, степень личного участия автора в получении результатов, приведена применяемая терминология: электромагнитные волны низкой частоты (114), согласно их земной классификации, включают: >714 - /<300 Гц; КНЧ - /=300-3-103 Гц; ОНЧ - /=3-103-3-104 Гц.

Дан перечень космических аппаратов, на которых проводились измерения, и их основные характеристики. Приведена последовательность реализации научной программа* низкочастотных волновых исследований в КЗ МИРАН с 1970 г. по настоящее время. Основными этапами этой программы были первые эксперименты по измерению магнитной компоненты НЧ-воли С"Интеркосмос-3" "Космос-381"); намерение двух и более компонент электромагнитного поля ("Интеркосмос-13,-14"; "0реол-3"); реализация пространетвенно-разнесеного эксперимента с участием спутника и субспутника ("Интеркосмос-18", "Ин-геркосыос-24", "Интеркосмос-25"); проведение активного эксперимента по иняекции ОНЧ-волн ("Интеркосмос-24") и частиц С"Интер-сосмос-25"). Особое место в этой программе занимает исследование волновых процессов вблизи кометы Галлея СКА "ВЕГА-1" и "ВЕГА-2").

Первая глава посвящена краткому обзору современного состоя-шя спутниковых исследований по генерации и распространению низкочастотных волн. В обширной библиографии, начиная с классических ¡абот Р.Хеллиуэлла С1955 г.), выделены работы, имеющие непосред-:твенное отношение к диссертации. Это работы С. Шохена и Д. Гарнета ю измерению низкочастотных волн на спутнике "Инжун-5" С1965 г.), заботы Р.Стори и К.Бегина по измерению взаимного импеданса С1970 \), А. Брияка и Б.Цурутани по вычислению инкремента НЧ-колебаний близи кометы Галлея С1983 г.). Среди отечественных авторов следует выделить теоретические работы по генерации и распространению (Ч-волн в магнитосфере В. Ю. Трахтенгерца и П. А. Беспалова, теоретические работы 0. В. Чугунова по исследованию антенн в плазме; из экспериментальных работ следует указать на работы Я.И. Лихтера, О.А.Молчанова и С.И.Климова, с которыми диссертант в ряде случаев выступал как соавтор.

Во втором разделе первой главы приведены сравнительные характеристики волновых явлений в условиях газовых оболочек Земли и кометы Галлея. Кратко рассмотрено строение земной магнитосферы, основные ее границы, свойства плазмы, типы излучений. Приведены также характеристики гэзоеой оболочки кометы, составляющие ее об--^т'и и границы, а также общая картина распределения волновых по,-

- ю -

лей. Одна из основных особенностей генерации ОНЧ-волн в условиях индуцированного магнитного поля - значительные вариации модуля поля Д|В(/|£| и его компонент. Другая особенность волновых полей вытекает из существования пылевой плазмы вблизи ядра кометы.

В последующих разделах сформулированы три основных подхода к анализу волновых явлений: феноменологический, гидродинамический и кинетический, связанные с многообразием задач генерации и распространения НЧ-волн. Первый подход применим к процессам в нижней ионосфере и вблизи поверхности Земли, второй дает близкое описание гидировання волн. Наиболее строгим является кинетический подход, однако, он связан со значительными математическим» трудностями. Традиционно для интерпретации экспериментальных результатов применяются все три метода.

В следующей разделе в рамках кинетического подхода изложен общий метод расчета интенсивности ОНЧ-волновых полей, включающий рассмотрение плазменных моделей, условий распространения волн и определение амплитуды поля. Представлен способ идентификации не-стабилыюстей, которые вызывают возбуждение ОНЧ-волн данного типа. Этот способ предполагает изучение реакции ОНЧ-волн на медленные изменения геомагнитного поля, которые могут иметь место при одновременном существовании в плазме ОНЧ-волн и волн с более низкими частотами. Такие случаи наблюдаются довольно часто, когда в области генерации ОНЧ-волн существуют медленные колебания магни-тогидродинамической природы. Сравнение амплитуды и фазы огибающей интенсивности ОНЧ-волн с поведением геомагнитного поля ВС О позволяет установить критерии для определения нестабильностей, являющихся источниками ОНЧ-полей. Метод иллюстрируется на моделях плазменных нестабильностей, которые приняты в теоретических работах для интерпретации шумов нижнего гибридного резонанса, электростатических скачков, а' также электрических и магнитных полей в окрестности кометы Галлея.

Вторая глава посвящена методике измерения низкочастотных электрических и магнитных полей в непрерывных средах и в магнито-активной плазме. Показано, что процедура измерения электрического поля сводится к двум процессам: первый - появление на зонде индуцированного заряда и, соответственно, установление на нем потенциала среды, второй - отбор тока в измерительную цепь. Если первый процесс представляет собой чисто электростатическую задачу,

то второй - токовую и тесно связан с проблемой импеданса зондов. В диссертации рассмотрены простейшие зондовые конфигурации: точечный, плоский, сферический, двойной сферический и сфероидальный. В непрерывной полупроводящей среде при отсутствии токов смещения влияние среды учитывается путем введения комплексной диэлектрической проницаемости: с' = с - г , где с и сг - параметры среды, ю - циклическая частота поля. При переходе к плазме, в частности, в гидродинамическом приближении необходимо ввести тензор диэлектрической проницаемости ¿Л,г), где \ - волновой вектор.

Импеданс зондов определяется в основном квазистационарной зоной, для вычисления поля в которой используется квазистатическое приближение. В этом случае в уравнении Пуассона недиагональные члены тензора диэлектрической проницаемости выпадают, и плазма может рассматриваться как непрерывная анизотропная среда с = с Сс( ,с1 Сось 2 направлена вдоль магнитного поля) с тем отличием, что в плазме диагональные члены тензора могут иметь разные знаки. Потенциал точечного переменного заряда 05 С0,0,0) в такой среде записывается в следующем виде: р =

(3/4п-/уг+Сс1 /£з)га. Это выражение достаточно простое, если с и с - действительные величины и имеют одинаковые знаки. Однако, если с^ и с^ имеют разные знаки, то выражение для потенциала имеет особенность на биконической поверхности х г+ у г = (с /с )г2, а сам потенциал может быть как действительной, т<ж- и мнимой величиной. Поле точечного заряда с точностью до постоянного множителя 0 совпадает с функцией Грина, которая, в своп очередь, является результатом свертки по плоским волнам вида е . Выбор знака определяется правилом обхода полюсов в комплексной плоскости и зависит от знаков отдельных компонент eí и с '. Это означает, что при плавном переходе через 0 может возникать скачок потенциала, а в случае переменного заряда - скачок фасч напряжения. Этот эффект имеет продолжение и в волновой зоне в виде резонансных поверхностей, на которых показатель преломления становится большим. Обнаружение скачка фазы в квазистационарной зоне возможно методом взаимного импеданса (гл.III). Однако гидродинамическое приближение, на основе которого вычислено выражение для потенциала точечного заряда, справедливо только для расстоя-

,. ний, превышающих ларморовский радиус ионов (./^ = 10 м для высоты 1000 км). Несколько меньше радиус Лармора на ионосферных высотах. Но на низких высотах значительный вклад вносят соударения, которые вследствие диссипации энергии источника полностью маскируют эффект. Необходим выбор оптимальных условий эксперимента, что н было вшолнено автором на спутнике "Интеркосмос-14".

Влияние магнитоактивной плазмы на емкость зондов различной конфигурации учитывается путем преобразования системы координат х,у,2 в х,у,г', где 2' = аг и а = т с /с'. При этом поверхность зонда 5Сх,у,г) преобразуется в 5'(х,у,г'). Потенциал точечного заряда в системе х,у,2' записывается в виде <р' =

0,/АпУхг+ уг+г'г. Если отнести заряд источника к потенциалу в данной точке, то мы получим величину, имеющую размерность емкости и характеризующую емкость данной точки среды по отношению к источнику. Сравнение выражений для потенциала точечного заряда в системах х,у,г и х,у,г' показывает, что <р'= ез при выполнении

условия \а\г « ¿х 2 +у 2, что, в свою очередь, приводит к соотношению для емкости " = С'т^ёГТГ, где С - емкость зонда в системе х,у,г, а С' - в системе х.у.г'. Этот приближенный метод, развитый автором, эффективен в тех случаях, когда конфигурации зондов к окружающих их тел достаточно сложны, и для вычисления их емкости используются численные или графические методы. Выбор знака перед корнем выполняется тем же методом, что и для точечного зонда, и отражает фазовые соотношения в источнике между зарядом и потенциалом (положительные действительные величины соответствуют емкостному характеру импеданса, отрицательные - индуктивному и мнимые -диссипативным потерям, которые могут быть связаны с возбуждением плазменных волн или с соударениями, если последние учитываются в выражениях для с ).

Этим методом решена задача об импедансе двойного электрического зонда и выполнен учет влияния тела космического аппарата на импеданс зондов в том случае, когда космический аппарат расположен на линии, соединяющей зонды. Показано, что благодаря взаимодействию зондов импеданс двойного зонда уменьшается. Присутствие тела КА приводит к увеличению импеданса вследствие уменьшения взаимной емкости зондов.

Для интерпретации показаний зондов предложена эквивалентная

схема, в которой свойства однородной плазмы учитываются параметром l/ju£, где С - комплексная емкость зондов, а свойства неоднородной плазмы (ионного экрана у поверхности зондов) - введением параметров Г^ и . Эти параметры вычисляются из кинетических уравнений. Емкость зонда £ зависит от отношения заряда зонда JT ds, где £ - нормальная компонента электрического

поля у поверхности зонда, к потенциалу плазмы р пл% kT д'е \ где 7 и е - температура и заряд электронов, к - постоянная Больцма-на. Нормальная компонента электрического поля Еп по порядку величины равна /Тв , где rD -радиус Дебая. В результате для сферы радиусом а получаем С э ~а /гЕ, т.е. емкость сферы в плазме возрастает в a/rD раз. При этом вводится коэффициент, учитывающий зависимость Е от потенциала зонда. Аналогичным методом

п

можно оценить и параметр R э, который по порядку величины определяется отношением потенциала плазмы к. току на зонд, обусловленному средним хаотическим током в плазме с плотностью j = snevo, где ri и ив - плотность и тепловая скорость электронов. В выражение для вводится коэффициент, учитывающий реальную зондовую характеристику I (р).

В эквивалентную схему зондов входит параметр R иэл, учитывающий потери на излучение в волновой зоне. Сопротивление излучения коротких электрических антенн в ОНЧ-диапазоне мало вследствие больших значений R В этих условиях невозможно ввести в антенну большой ток при напряжениях, применимых в условиях КА.

С точки зрения излучаемой мощности более перспективной представляется рамочная магнитная антенна. В диссертации рассмотрено излучение круглой рамки на разных высотах. Показано, что поле рамки медленно убывает с расстоянием (порядка г вдоль поверхностей, которые совпадают с поверхностями плазменных реэонансов в квазистатике. Зависимость сопротивления излучения от частоты имеет максимум на частоте нижнего гибридного резонанса /нгр. определяемой выражением: тв/о/в/трС/°+'в)М эфф- н эфф= «Л1 +

+ If1 •»-...+ a tf - масса ионов £-го сорта; a t - относительное содержание ионов ¿-го сорта; m ,m - массы электрона и

e р

протона; fg - плазменная частота; /в - гирочастога электронов. Величина максимума на порядок превышает значение вне резонанса. В диапазоне частот / < /нгр с точки зрения излучаемой ыоц-

кости преимущество имеют магнитный диполь, ориентированный вдоль геомагнитного поля, и электрический, перпендикулярный к нему.

В диссертации обсуждены конструктивные особенности электрических и магнитных датчиков, разработанных автором и при его участии. Так, на спутниках "Интеркосмос-19" и "Космос-1809" успешно применялись электрические датчики БВУ с палладиевым покрытием, а на спутнике "Интеркосмос-24" - стеклографитовые, разработанные совместно с болгарскими специалистами. На спутниках "Ин-теркс:лос-13,-14" применялись рамочные магнитные антенны, а на спутниках "Интеркосмос-24,-25" - ферритовые магнитные антенны МПЗ с обратной связью, разработанные совместно с ФШ С г.Львов, Украина).

В основу регистрации данных был принят метод двухканальноЯ системы, в которой один из каналов представлял собой широкополосный усилитель в диапазоне частот 70-2-10 ^ Гц с динамическим диа пазоном 60 дБ, а второй - параллельный спектроанализатор с набо ром фильтров в той £е полосе. Первый канал предназначался для регистрации быстропротекаювдх динамических процессов, второй - для измерения интенсивности отдельных спектральных компонент. Этот метод был реализован в аппаратуре АНЧ-2МЕ для каналов регистрации электрической и магнитной компонент и получен большой объем данных, сопоставимых по пространственным и временным характеристикам.

При реализации эксперимента "БЕГА" применялся спектроанализатор для регистрации электрической компоненты поля в диапазоне 0-300 кГц. В приборе была предусмотрена возможность плазменных измерений с помон&ю зонда Ленгмюра. Информация с последнего использовалась для создания противотока с целью компенсации пространственного заряда вокруг зондов.

Дальнейшим шагом в развитии НЧ-аппаратуры явилась разработка приемного устройства НВК.-0НЧ для регистрации трех магнитных г двух электрических компонент, в испытаниях которого принимал участие диссертант. Из пяти компонент поля три компоненты (две магнитных и одна электрическая) регистрировались спектроанализато-ром, две (одна электрическая и одна магнитная) - широкополосным устройством. " Эти приборы успешно функционировали на спутниках "Интеркосмос-24,-25". Сравнение использованной нами бортовой аппаратуры с зарубежной показало, что ее характеристики соответст-

ьовалн лучшим образцам зарубегпой, а з ряде случаев и иревосходи-яи их. Совместно с польскими специалистам! разработан прибор GII4-2, п котором на боргу осуществлялась оцифровка и спектральный анализ данных. Этот прибор успеэно функционировал на спутнике "Питсркосмос-24".

Третья глава посвящена активной низкочастотной диагностике, преимущество которой, ка:с известно, состоит в всзгогиостп контролировать источник излучения. Основная цель отсй дпагпсстахи - cü— сте:'атпчосксо опрэделонтш частоты идгиого гибридного рскзопапса пл-13!'"!. Banr.ni ::p:rr<?pro't дня зхтгзшас волпслдд тесяз'Лспглй иа

нлдл 6а тс потенциалу ""аз-:.! п -v I'-T^/o. ^содействия, up:* г:отсг:::: » с: !гТ /о, счптгзтсл слайпа, а пзморяо;«гД импеданс - лпнеЛ1;>"г.

' о о

При йкаэяпггял сгГп--.7"с;*э г.грагс-пстаа еоздсйстйпо счзтаотся спль-

л . - ллл ;ле::;лл!. Гзуородля ллдсллого идледлг;сп лд

^лудлллэ "глд:~р:-д.:. -zz-lZ" экспорптхнтальио подтвердил:: рале? лледслс "ллдл: э<-'угхт гсэрастаки.т с.'зсостп зонда з а/г. раз.'

Б гддк^д накренил лллеллсго импеданса с5лл реализован г.егод ллаллпсге импеданса. При лтл:: измерения:; одна пара зондов являет-гл г.злу.гг.сЛ, л. другая - лрдемлсЛ. Пел ксг'.эпеякп частота кллу'-г-пил в у.см.сн? ярохеггдэипя частота ИГР, всяэдепдао упомянутого иго скачха потеличал?,, фаса нрллимлсмего сигнала меняет она::, что слупит пндиг.аццей частот-.! Iff?. Епепв-ле такой эксперимент-бил реализован на ракете на внеотп:.; "100 к?г в условиях сильного влияния соударения С Doghin С. Space Res. Berlin: 1971. V.U. P. 1071.). Автор совместно с чехословацкими специалиста*« виполкил измерения взаимного импеданса на спутнике "Кнтеркосмос-14" при разкера::- измерительной базы ~ 3 м, Эксперимент пс:сазал возможность четко": регистрации скачка фазы при оптимальной ориентации плоскости :сва-друпольного диполя по отнокешш к геомагнитному пола (вектор ?-?аг-нитного поля должен логать в плоскости квалрупольного зонда с точностью не нуле 5-10°}.

Другой ;.?этод определения частоты ИГР состоит в измерении отклика плазш. При этом в плазму инжектируются НЧ-волиы большей ксзкостп при напряжении, значительна прзвкзащем потенциал плаз-1.!ы. Этот эксперимент выполнен на спутнике "Интеркосмос-24" с помощью приборов ПВП и БКИ-А, разработанных ОКБ 1Ш под руководством автора. Прибор ПВП представлял собой электрический генератор.

излучавший импульсы длительность» 0,25с с.периодом следования 1с и частотой заполнения, которая изменялась в диапазоне 1,5-19,5 кГц дискретно с шагом 1 кГц. В качестве антенны использовалась двухлучевая цилиндрическая антенна с длиной луча 7,5 м. Разработка и изготовление антенны выполнены в КБ "Южное" Сг.Днепропетровск). Нелинейный импеданс измерялся прибором БИИ-А. При подаче на антенну напряжений до 400 В в плазме возникали токи до 5 мА. При этом вследствие нелинейности зондовой характеристики происходит детектирование сигнала, и в плазме наряду с полями 0НЧ-диапазона возникают квазистатическиечполя, которые имеют продольную . относительно геомагнитного поля В компоненту. Это приводит к ускорению частиц и возбуждению широкого спектра волн от ионно-циклотронных до нилснегибридных. Небольшой максимум амплитуды спектра, а затем спад интенсивности использовались для идентификации частоты ИГР. Измеренная таким образом частота сравнивалась со значением, рассчитанным на основе прямых масс-спектрометричес-ких измерений. Результаты, полученные двумя этими методами, хорошо согласуются ме;;сду собой в пределах 15-20%. Тем самым показана возможность систематического определения частоты ИГР вдоль орбиты спутника.

В процессе эксперимента измерялось также уширение спектральной линии в плазме на частоте заполнения импульса. Оказалось, что доплеровская ширина линии не превышает 0,005-0,01 от центральной частоты / . Наблюдаемое в отдельных случаях аномальное уширение до 0,1■/ сопровождалось эффектом, аналогичным для сигналов наземного ОНЧ-передатчика и связанным с сильной турбулизацпей плазмы в окрестности спутника. Кроме того, наблюдался эффект "затяжки" импульсов, т.е. продолжение звучания в плазме частоты генератора после его выключения. Подобный эффект наблюдался в эксперименте АПЭКС, когда частота модуляции пучка ионов репетировалась после окончания импульса инжекции. Одно из возможных объяснений эффекта - регистрация эхо-сигнала, отраженного, от нижележащих слоев ионосферы.

Эксперимент с излучателем на борту спутника "Интеркосмос-24" показал наличие нескольких зон, потенциально нестабильных, в которых могут возбуждаться ОНЧ-волны. Это зона главного ионосферного провала. СI = 3-4), область аврорального овала (I = 6-11) и полярной шапки (I > 15). При энергии источника, большей тепловой

плазмы, .плазменная турбулентности . возбуждается• презде всего в областях минимальней собственной энергии плазмы, пропорциональной пеТе (I = 3-43, и в областях, где имеются потоки высыпающихся частиц СI = 6-11, I. > 15). Функции распределения частиц в этих областях ухе содержат максимумы, связанные с существованием, потоков. Поэтому введение дополнительного источника в плазму увеличивает количество максимумов, делает функцию резко немонотонной, что и приводит к раскачке колебаний .•

Были изучены также эффекты, возникающие при напуске нейтрального газа (Нг) как в условиях межпланетной среды Св ходе эксперимента БЕГА [35]), так и в ионосфере С"Интеркосмос-24"). Показано, что напуск газа в межпланетной среде сопровождается широкополосным волновым излучением (до сотен кГц), возрастанием плотности электронов и квазистатического электрического поля, изменен«-' ем потенциала спутника. Зарегистрировано такие"вращение вектора магнитного поля В, что может быть объяснено возникновением продольных токов. На ионосферных высотах СИ % 500 км С 421) при напуске азота регистрировался КНЧ-шум с верхней частотой обрезания, равной 0,4-/ „__ , где / „„_ - значение частоты до напуска. Воз-

Н1 р гН р

мохное объяснение этого эффекта - обеднение электронами зоны напуска или образование тяжелых молекулярных ионов СИ*).

В четвертой главе рассматриваются результаты измерения низкочастотных волн в магнитосфере Земли.

Интенсивность ОНЧ-излучений определяется уровнем магнитной активности. Эмпирическое соотношение между среднесуточным уровнем интенсивности магнитной компоненты ОНЧ-шумов по наблюдениям на. высоте 1 ООО км и суммарным суточным А'р-индексом записывается'

так: В/В С дБ) ~ 2 Кр, здесь В - минимальный уровень шумов на ' входе аппаратуры, выраженный в интенсивности магнитной компоненты: Во = 4-10 нТлТц~1/2. Процесс развития шумовой бури характеризуется следующими ОНЧ-событиями. Внезапное начало отмечено отдельными всплесками ОНЧ-шумов. Вслед за ним следует процесс накопления энергии в "хвосте" магнитосферы,.который сопровождается • возрастанием статических и квазистатических электрических полей на высоких ¿-оболочках. Зтот эффект подтверждается данными высо-коапогейных европейских, спутников. Возрастание ОНЧ-аунов начинается на ночной стороне Земли и предшествует главной фазе бури.-Высыпание частиц и интенсивность ОНЧ-шумов коррелируют между со-

бой; а потоки электронов с энергией больше 2,0 ко В имеют значение 5„ ~ Ю7 к сзязаш с ицтеиспвпостьз магнитной :са:.;-

Е r -1 7R+n рч

поненты ОНЧ-еолн соотнесением: S ~ В '1 . Время перехода

0!ГЧ-из лучений с ночной стороны на дневную, равное двум-трэм часам, и характер перехода. „по высоким L-оболочкам) указывают на связь этого процесса с ыагиитосферной конвекцией. Г-змэнения L-оболочек плазмопауэы L п , главного ионосферного провала L и максимума интенсивности ОНЧ-шумоз L ь,аксонч совпадает ме:-:ду собой как в главной фазе, так и в большей части воссгаковителкюй фазы бури. При этом в восстановительный период интенсивность и.умов достигает максимума. Лишь в конце восстаноьптольной сазы кривые Lpp к L расходятся, и кривая ¡-^у^ОШ следует за Lpp. Изменение экваториальной границы высыланий по динамике близко к изкоизпию Lpp п L . Это подтверждает гипотезу о возбуждении ОНЧ-1'уцов нрг. взаимодействии электронов внзииего радиационного г.о.:са с плотно;': плазмой вблизи граница плазмссГорь:, v. е. ь пла^чзпгу:г.-. Одним г.г источников шумов в плазмэпаузе является процесс зозбу;:-деш:я иоа-но-циклотронпой турбулентности в восстановительную сазу бур;: протопай: кольцевого тока С V.Cornwall, F. V. Coroniti, Е. К. Thorn J. Geophys. Res. 1971. V. 16. Ко. 19. ?. 4420). Частота г.ошю-цкклотрокнш: золи ~ 10-15 Гц, а амплитуда магнитной компоненты ~ 2 иТл. В провале, который рассматривается как проекция плазмопау-зы на ионосферные высоты, нами регистрировались в диапазоне 0.1-70 Гц электрические поля -» 10 -5-10 В/и. Поскольку поля в •плазмопаузе и в' провале обратно пропорциональны продольной прово. дикости, то • оцениваемая наш величина полей в плазмопаузе

В/к. Для отношения Е/Н находим величину - 10^-10'", , которая согласуется с соответствующие соотношением в турбулентной кошга-цпклотрэнной полно.

Из измерений, выполненных на спутнике "Интеркосмос-10", установлено, что в условиях стабильной структуры провала сохраняется подобие пространственного распределения электрических полей в УНЧ-, КНЧ- к 0НЧ-диапазонах. Электрические поля ~ 10 иВ/м способны вызвать дрэйа электронов со скоростью ~ 1 км/с, а это приводит к дрейфовой или пучкозой неустойчивости и последующей рас. качке КГР-колебаний. Поскольку в минимуме плотности электронов их температура имеет максимум, то область минимальной собственной snepnni плазмы to-JT находится вблизи границ провала.

Изучение широкополосных НГР-шумов в разные фазы цикла солнечной активности показало, что их свойства на одних и тех же высотах меняются с изменением плотности плазмы: в фазе максимума солнечной активности /о > ^ и /нгр~ В/ЛЩ^; в фазе минимума /о < /в и /нгр^ у"7/уМэфф. Также наблюдаются коррелированные изменения нижней отсечки полосы шумов НГР и плотности электронов. Наряду с плавными изменениями, наблюдавшимися на экваториальной границе провала, регистрировались ступенчатые изменения спектра НГР-шумов в области резких градиентов плотности и сопровождавшиеся всплеском электростатического поля. Инкремэнт возбуждаемых шумов пропорционален /нгр, максимум амплитуды колебаний соответствует /НГр, а нижняя частота обрезания /со лежит несколько ниже /НГр и определяется условиями распространения. Это было подтверждено совместными волновыми и касс-спектрометрическими измерениями на спутнико "Интвркосмос-24", где показано, что определение частоты НГР по максимуму в спектре НГР-шумов дает более точное совпадение с данными масс-спектрометра.,

Условия распространения ОНЧ-волн в магнитосфере анализировались в пространственно-разнесенных экспериментах, выполненных впервые на спутниках "Интеркосмос-18" и "Интеркосмос-19", а затем "Косиос-1809" и "Ингеркосмос-24". При канализированном способе свистящие атмосферики распространялись в узких каналах или дак-тах, и время их распространения из одного полушария в другое или. время задержки зависело от ¿.-оболочки, вдоль которой вытянут канал. На высотах ~ 3 ООО км волны вьподят из канала и распространяются в широком конусе. Если два. спутника попадают в этот конус, то сигналы, наблюдаемые на высоте ~ 1 ООО км, по характеру дина- -мическнх спектров совпадают между собой. Зона высокой степени корреляции по данным двух экспериментов составляет ~ 20-3(Г по широте и ^ 20-23 по долготе. Времена задержки канализированных сигналов, регистрируемых в конусе засветки, также совпадают между собой. В то же время наблюдались свистящие атмосферики, времена задержки которых увеличивались с ростом широты (0,1 с при увеличении инвариантной широты от 40 до 50°Ю . Эти сигналы отнесены к типу неканализированных или частично канализированных, а зависимость Д^рШ, где Д^ - время запаздывания. Л - инвариантная широта, позволяет, используя результаты расчета траекторий для неканализированных сигналов, определить возможный набор траекто-

рий-для наблюдаемых свистящих атмосфериков .

Рассмотрен эффект модуляции ОНЧ-шумов ионно-циклотронными пли МГД-волнами. Этот эффект наблюдался как на спутниках, так и в наземных условиях. Спектральный анализ события 2 апреля 1979 г. показал, что отношение частоты модуляции к частоте ОНЧ-сигнала

о

равно ~ 5-10 , что соответствует отношению т ^/т. . Этот результат сзгдотэльствует о том, что источником модуляции являются протонные циклотронные волны. В ряде случаев частота модуляции составляла величину частоты ОНЧ-волн. В этом случае источником модуляции, по-видимому, являлись МГД-волны.

В пятой главе методы, апробированные в земной магнитосфере, применены для измерения электрических и магнитных полей в окрестности кометы Галлея. На основе прямых измерений и последующего анализа приведено распределение электрических и магнитных полей в окрестности кометы в диапазоне частот 1(Г^-3 105Гц для электрической и 10 -3 Гц для магнитной компонент. По мере прохождения КА основных областей кометарного окружения: ударной волны, кометошисса, кометопаузы, интенсивность электрической компоненты возрастает, и спектр расширяется от частот 8-14 Гц до 8-300 кГц, при этом интенсивность возрастает от 1 мкВ-м ~*-Гц "^^до 1 мВ-м •

Если после ударной волны всплески волновой активности наблюдались в диапазоне 80-1(Я Гц и вблизи нижней гибридной частоты 15 Гц, то после кометопаузы электростатические шумы, обусловленные пылевой плазмой и последующими процессами, создают сплошной шум в диапазоне частот от единиц Гц до 300 кГц и затрудняют выделение границ, близлежащих к ядру. Статическое магнитное поле изменяется от 5 до 80 нТл, при этом флуктуации в диапазоне Ю-З-Ю"1 Гц - 1-3 нТл, а в точке максимального приближения к ядру .кометы С г ~ 10 ^км) наблюдаются значительные флуктуации на частоте ~ Ю-2 Гц .

Подробно исследована область кометошисса между ударной волной и кометопаузой (1,15-106-1,25-103 км). Эта область делится, в свою очередь, на внешний, средний и внутренний кометошисс. Область среднего кометошисса С8,5-5,3)-103 км выделена границами, которые называют "странными". Анализ волновых свойств этих границ . позволил установить следующее: вращательный разрыв магнитного поля, депрессию магнитного поля, сильные флуктуации полей на внешней стороне границы и срыв их на внутренней. С помощью компьютер-

ного фильма удалось проследить скорость вращения в разрыве, которая соответствует частоте ~ 4,57■ 10"^ Гц, что в четыре раза вина циклотронной частоты ионов водной группы СH „О +). Наличие вращательного разрыва магнитного поля, о существовании которого впервые высказал предположение автор диссертации, доказано путем построения годографа в системе координат, где одна из осей соответствует максимальной изменчивости поля, а другая - минимальной. Признаком стабильности разрыва язляется S-форма годографа. Граница среднего кометошисса на расстоянии 7,5-10° от ядра по данным КА "ВЕГА-1" соответствовала четкой S-форме годографа, по данным КА "ВЕГА-2" она был размыта, а на КА "Джотто" совсем отсутствовала. Эта эволюция разрыва позволяет сделать предположения относительно времени его жизни, равного нескольким суткам.

Специальный анализ величин В , В , В , |В|, Е , п г облас-

х у z 1 1 у е

-1 -3

ти внешнего и среднего кометошиссов в диапазоне 10 -10 Гц показал, что частотная скала максимумов интенсивности соответствует шкале масс основных кометарных ионов С N0 H О1 Hf Ср+ Ре , что указывает на ионно-цкклотронный характер возбуждаемых волн. Подобный результат получен при анализе магнитометрических данных при пролете кометы Грига-Скъеллерупа. Это показало возможность определения ионного состава волновыми методами. Те же .частоты выделены при спектральном анализе огибающих на выходе фильтровых каналов ОНЧ-диапазона. Последний в окрестности кометы смещен в сторону более низких частот: 8-14, 16-25, 25-40, 40-75 Гц. Для идентификации нестабильностей,'которые могут возбуждать 0НЧ-волны, предложена модель, согласно которой в системе координат космического аппарата распределение протонов и электронов солнечного ветра ССВ) описывается бимаксвелловской функцией распределения с продольным дрейфом V__wCos Ф, где скорость СВ, а 5 -угол между солнечным ветром и магнитным полем вблизи кометы:

, ГСИ,, - Y cos Щг

/„ = -1-ехр —Я-у**- .

11 *nVim L t.

Функция распределения для перпендикулярной компонента формируется как разность двух максвелловских распределений с различными температурами

■ht- & - M'

где индекс в соответствует е для электронов и р для протонов; = 1,5Ь - параметры распределения; V - тепловые скорости частиц. Инкремгнт такой системы определяется численным методом. Угол Ф

изменяется в соответствии с вариациями В. Далее, используя уравнение переноса и то обстоятельство, что траектория проходит вблизи области генерации, нами вычислены сормы огибающих на выходе 5нльтровых каналов, которые хорошо согласуются с эксперименталь-кыч'л данйми.

Заключительная часть главы посвящена проблеме возбуждения электростатических шумов в пылевой плазме. Пылевые частицы обладают высоким электрическим зарядом, а их количество сравнительно невелико. Однако по мере приближения к ядру их количество становится значительным, и создаваемый ими электростатический шум возрастает по интенсивности и расширяется по спектру. ■ В этот же спектр вносят вклад и шумы, связанные с ионизацией частиц, сублимируемых с поверхности кометы. Суммарная интенсивность шума достигает значений ~ 0,1 Бум в полосе до 300 кГц.

Сформулированы выводы, касающиеся сравнительных свойств низкочастотных электрических и магнитных полей в магнитосфере Земли и в окрестности кометы Галлея.

1. Определяющим процессом в магнитосфере Земли и б окрестности кометы является воздействие кинетической энергии СВ на газовые оболочки этих тел. В СВ альвеновское число Маха ~ 5-10, после ударных волн падает до 2, а затем поток становится дозвуковым. Торможение СВ в магниитосфере Земли определяется взаимодействием давления СВ и противодавлением Вг/2п собственного магнитного поля Земли. Равенство этих величин определяет размер магнитопаузы

= 6-10 ^ км. В окрестности кометы торможение СВ определяется процессами взаимодействия между СВ и встречным потоком сублимированного и затем ионизованного газа с поверхности кометы. Это взаимодействие характеризуется размером кометопаузы (для кометы Галлея * 9-104-1,5-105 км).

2. Отношение кинетического давления к магнитному принято характеризовать параметром /3. В пределах земной магнитосферы (3 мало, за исключением областей плазменного слоя и кольцевого тока. Как показывают результаты прямых измерений, в окрестности кометы ¡3 также мало. Это подтверждает общность свойств плазмы в магнитосфере Земли и вблизи кометы.

3. Величину мощности, поступающей в магнитосферу из СВ, можно оценить как З'Ю11 Вт Значение электрического поля в СВ ~ 10 мВ/м, при этом только одна десятая часть этой величины передается внутрь магнитосферы благодаря пересоединению силовых линий магнитного поля 1 мВ/м). Для Земли среднее значение магнитного поля у поверхности ~ 40-10^ нТл, вариации во время бурь достигают

(1-3)-10^ нГл, амплитуда магнитной компоненты ОНЧ-излучений ~

—Л

0,1-1 нТл, что составляет 10 -10 от D -вариации и * 10"6-10-5 от среднего поля. Что касается электрической компоненты, то в ОНЧ-диапазоне она составляет величину ~ 100 мкВ/м и соответственно равна 0,1 от среднего электрического поля, поступающего в магнитосферу. Однако следует отметшь, что в отдельных областях магнитосферы в диапазоне > 1 Гц поля могут достигать значений - 10-100 мВЛ1, т.е. превышать поля, проникающие в магнитосферу кэ СВ.

Для кометы Галлея отношение электрических полей в СВ к полям у поверхности кометы - 0,1-1. Амплг.туда магнитной компоненты ко отношению к полю в СВ достигает значений ~ 0,2-1. Это. объясняется иным, нежели пересоединенив, механизмом взаимодействия электрических и магнитных полей СВ с комой кометы.

В Заключении приведены основные результаты диссертации:

1. Разработаны методы измерения электрических и магнитных полей в плазме в диапазоне частот от единиц Гц до нескольких десятков кГц и создан комплекс высокочувствительной аппаратуры.

2. Проведена длительная серия экспериментов на ИСЗ, в которых получено пространственно-временное распределение электрических и магнитных полей и их следующие свойства:

а) в серии пространственно-разнесенных СНЧ-эксперимен-тов, выполненных впервые автором, определена зона высокой степени корреляции различных ОНЧ-сигналов, пришедших из сопряженного полушария по разным траекториям, и зависимость времени задержки от широты для неканализированных сигналов;

б) показана последовательность развития шумовой бури, включающая процессы магнитосферной конвекции, корреляцию полого-ния максимума ОНЧ-шумов с положением плазмспауэы и провала;

в) установлена связь ОНЧ-шумов, генерируемых в главном ионосферном провале, с квазистатическими электрическими полями в провале и в области плазмопаузы. Обнаружены скачки спектра 0НЧ-

цушв, сопровождающиеся всплесками электрического поля и скачками плотности электронов.

3. Разработан метод активной низкочастотной волновой диагностики с использованием электрических антенн.

4. Проведены активные эксперименты, в которых показана возможность систематического определения частоты нижнего гибридного рс; станса и эффективной массы ионов вдоль траектории ИСЗ.

5. На основе выполненных прямых измерений и последующей комплексной обработки данных выделена тонкая структуру, электрических

полей в диапазоне КГ^-З-Кр Гц и магнитных полей в диапазоне

„о

10 -5 Гц в области кометошисса кометы Галлея и установлены их следующие свойства:

а) шкала частот максимумов электромагнитных полей и плотности электронов в диапазоне Гц соответствует икала иасс основных кометарннх ионоь, что указывает на ионно-циклотрон-ний характер вообуядаеыых волн;

б) обнарухена модуляция интенсивности НЧ-шумов в диапазоне 8-7S Гц и показано, что она определяется изменение« угла между СВ и магнитит/ полем вблизи кометы в предположении, что функция распределения электрснов и ионов бикаксвелловская с продольным дрейфом.

6. Обнаружены характерные особенности на границах среднего комэтслисса вблизи кометы Галлея: вращательный разрыв магнитного поля, депрессия его модуля, скачок интенсивности УНЧ-волн .

Перечень работ, в которых опубликованы основные научные результаты диссертации:

1. Михайлов Ю. М. К вопросу о методике измерения электрических полей. "Научная конференция ИЗМИРАН, посвященная Дню радио". ИЗМИР АН. 1951. С. 41-53.

2. Дорман Л. И. , Михайлов Ю. И. Исследование электромагнитных полей при обтекании тел в магнитном поле. ЯЭТФ. 1982 В. 9. С. 47-55.

3. Михайлов D.M. Импеданс электрических антенн в плазме. Радиотехника и электроника. 1970. Т 15. Но. 9. С. 235 (резюме). ВИНИТИ, деп. No. 1598-70 от 10 04.1970 г.

Михайлов U.M. Импеданс двойного сферического зонда в присутствии тела космического аппарата. Геомагнетизм и аэроноиая. 1971. Т. XI. No. 3. С. 102-105.

5. Михайлов D.M. Интерпретация низкочастотных импедансных измерений в приземной плазме. Геомагнетизм и аэрономия. 1971, Т. XI No. 5. С. 916-919.

6. Комраков Г. П. , Лихтер Я. И. , Митячова Э. Е. , Михайлов Ю.!!., Писарева D.D.. Трахтенгерц D.В. ОНЧ-излучения, потоки электронов и флуктуации электронной плотности во время магнитной бури 14 декабря 1970 г. "Низкочастотные волны и сигналы во внешней ионосфере". Апатиты: 1Ьд-во Кольского филиала AM СССР, 1974. С. 103-109.

7. Михайлов В. М Низкочастотные импедансние измерения в приземной плазма. "Низкочастотные излучения v сигналы в магнитосфере". И. : Сов. радио, 1975. No. 2. С. 9]-99.

8. Bettac D , Gdalevitch GL., Gubski V. F., Debalov A.S. , Jiri-chek F., Kapustin I.N. Kikhailov Yu.M. , Savin S. P. , Títova E E , Triska P. Some effects in the region of through fron the lntercosBos-10 data. Space Res. XVI. Borlln: Academic Verlag, 1976. P 575

9. Михайлов D.H. Ионный состав, определяемый по измерениям шумов нижнего гибридного резонанса и локальной электронной концентрации на НСЗ Физика и эмпирическое моделирование ионосферы. М Наука, 1976. С. 124-130.

10 Михайлов Ю М , Войта Я. Низкочастотные гмпедансные измерения на спутниках "Интеркосмос-10" к "Интиркосыос-14". 'Труди международного симпозиума по физике ионосферы, иагнитосфери и солнечного ветра". Губаново: !5зд-во Словацкой АН, 1977. С. 185-197.

11. Гдалевич ГЛ., Губский В.Ф. , Лихтер Я. И., Михайлов D.M., Титова Е. Е. , Иржичек Ф. , Триска П. , Бест А. , Леман X. -Р., Тройман Р. , Вагнер К. У. , Рустенбах Ю. , Беттак Д. , Ликфельд? П. Связь изменений электронной концентрации и температуры холодной плазмы с вариациями спектра ОНЧ-иэлучений в средних и высоких широтах. "Труды международного симпозиума по физике ионосферы, магнитосферы и солнечного ветра". Губанова: Изд-во Словацкой АН. 1977. С.167-177.

12. Михайлов С.М. ОНЧ-явления и ионосферные возмущения во время

' магнитной' dypK 14 декабря 1970 г. "Волновые процессы в приземной плазме". М. : ИЗМИР АН, 1977. С. 83-96. tí. Лихтер Я.И., Ларкина Б.И., Михайлов D.M. Развитие геомагнитной бури в ОНЧ/КНЧ-шумах. "Физика ионосферы и магнитосферы". N. : ИЗМИР АН, 1879. С. 31-76. U. likhter Ya. I., .Larkina V.l., Mikhailov Yu.M., Afonin V.V., Sdalevich G.L., Dachev Ts. P.P.. Trendafilov H.S., Jirlchek F., Sniilauer J. , Triska P. , Voita J. ELF-VLF emission, ion density and electron temperature in the ionospheric trough, i Cospar Space Res. Oxford-New-York: Pergamon, 1979. P.339-f 342.

¡15. Воробьев О.Б., Коробовкин B.B., Михайлов D.M., Рожков В. Б., Соболев Я.П. Приемная аппаратура для регистрации естестзеи-кшс низкочастотных сигналов и шумов АШ-2МЕ. "Аппаратура для , . исследования внешней ионосферы". М. : ИЗМИР АН, 1980. С. 133-142.

16. Бает А., Вагнер К. У., Леман Х.Р. , Климов С. И, Ноздрачев М.Н., Савин С.П, Михайлов D.M., Иряичек Ф. , Триска П. Низкочастотная турбулентность в "электростатических скачках" по данный "Интеркосыос-10". Artificial satellites. Warszava: 1830. V. 75. No. 3. P. 119-123. 47. Михайлов D. M., Соболев Я. П., Никифоров Е. А., Толстых Е. N. Прибор для измерения импеданса электрических антенн в 0НЧ-даапазоне. "Аппаратура для исследованиия внешней ионосферы". М.: ИЗМИР АН, 1980. С. 199-202. ■/18. Лихтер Я.И., Гдалевич Г.Л., Афонин В.В., Ларкина В.И., Михайлов D.M., Озеров В. Д., Серафимов К. Б. .Банков Л. Г., Дачев • Ц.П., Трендафилов Н. С., Чапканов С. К., Триска П., Иряичек ' Ф., Емилауэр Я. Связь низкочастотных излучений и характеристик плазмы в области ионосферного провала по данным спутника "Интеркосмос-14". Artificial satellites. Warszava: 1980. À'/ V.75. Ко. 3.-P. 184-194.

19. Бест А., Леман X. P., Михайлов D.M., Климов С. И., Ноздрачев H.H., Савин С.П, Иржичек Ф., Триска П. Вопросы электромагнитной связи магнитосферы с ионосферой - результаты эксперимента, проведенного на борту спутника ИК-10. Artificial sa; : ' tellites. Warszava: 1980. V.75. No.3. P.73-79.

20. Михайлов D.M., Климов С.И, Савин С.П. Квазистатические, КНЧ-

и ОНЧ-электрические поля в области главного ионосферного провала. "Низкочастотные волны и сигналы в магнитосфере Земли". М.: Наука, 1980. С. 93-98.

21. Гдалевич Г. Л., Лихтер Я. И., Ларкина В. И., Михайлов Ю. М. Вариации интенсивности и спектра КНЧ- и ОНЧ-излучений в главном ионосферном провале. "Низкочастотные волны и сигналы а магнитосфере Земли". М.,: Наука, 1980. С. 93-98.

22. Larkina V.I., Likhter Ya. I., Mol chano v O.A., Mlkhailov Yu.H.. Sobolev YA. P., Titova E.E. , Yurov V.E., Jirichek F., Triska P., Gonsales S. , Mederas A., Barrías E. Low frequency measurements on Intercosmos-19 satellite. Early results. Preprint Ho. 36A. M.: IZMIRAH, 1980. 24p.

23. Михайлов й. M., Соболев Я. П. , Титова Е. Е. , Яхнина Т. А., Ди

B. И. Пространственно-разнесенный ОНЧ-эксперимент на спугни- ■ ках Интеркосмос-18 и Интеркосмос-19. "Низкочастотные излучения в ионосфере и магнитосфере Земли". Апатиты: Изд-во Коль-' ского филиала АН СССР, 1981. С.99-106.

24. Михайлов Ю. М. Низкочастотные импеданснке измерения (обзор). "Низкочастотные излучения в ионосфере и магнитосфере Земли". Апатиты: Изд-во Кольского филиала АН СССР, 1981. С. 99-106.

25. Михайлов D. М. , Лихтер Я. И. , Коробовкин В. В.-, Соболев Я. П., Воробьев О.В. Аппаратура для низкочастотных волновых исследований на ИСЗ. "Распространение декаметрових волн". 14.:,. ИЗМИРАН, 1982. С. 78-89. \

26. Михайлов Ю. М. Низкочастотные- волновыэ процессы вблизи кометы -Галлея. Магнитосферные исследования. II.: Наука, 1984. Но. 12.

C. 93-10. 1

27. Grard R. , Pedersen А., Knott К., Trotignon J.-G., Beghin С.', Formisano V. Mogilevsky M.M, , Mikhailov Yu.M, Molchanov O.A. Wave and plasma measurements on the Vega-1 and Vega-2 spacecrafts in the environment of .comet. Hal ley. Adv. Space Res.

1985. V.5. No. 12. P. 175-180.

28. Грард P., Педерсен A., Тротиньон Я. -Г., Бегян К., Могллезс-кий М. М. , Михайлов Ю. М., Молчанов 0. А., Форашзазо В. Наблюдение плазмы и волн вблизи кометы Галлея // &сьиа э A3.

1986. Т. 12. No. 9. С. 688-704.

29. Беллюстин Н.С., Михайлов D.M., Фздеяас Б. В. СЬсротгагэзз» излучения и импеданс раиочнсЗ -антеплэ на взягх чгаисатх а

ионосферной плазме. "Низкочастотные излучения в магнитосфере

• Земли". М.: ВЗМИРАН, 1986. С. 126-129.

30. Grard R., Pedersen A., Trotignon J.-G., Beghin С.. Mogilevsky

• M.M., Mikhailov Yu.M. , Molchanov O.A., Formisano V. Observations of waves and plasma in environment of comet Halley. Nature. 1986. V.321. P. 290-291.

31. Mikhailov Y.M. , Mogilevsky M.M. , Eroshenko E.G. Molchanov O.A., Grard R., Pedersen A., Beghin C., Trotignon J.-G., Foraisa.no V. Correlation between magnetic and electric field fluctuations during fly-by near Halley's comot. Proc. Syrapo-siua on Diversity and Similarity of comets. ESASP-278, 1987. P. 109-112.

32. fogilevsky M.M., Mikhailov Yu.M., Molchanov O.A., Grard R., Pedersen A., Trotignon J.G., Beghin C., Formisano V., Shapiro V., Shevchenko V. Identification of boundaries in the co-netary environments from ac electric field measurements. Astron. Astrophys. 1987. V.187. P. 80-82.

33. Trotignon J. -G., Beghin C. ,, Grard R. , Pedersen A. , Forraisano V., Mogilevsky M.M., Mikhailov Yu.M. Dust observations of

;. comet P/Halley by plasma-wave analyser. Astron'. Astrophys. 1987. V.187. P. 83-88.

34. Pedersen A., Grard R., Trotignon J.-G., Begin C., Mikhailov Yu.M., Mogilevski M.M. Measurements of low energy electrons and spacecraft potential near comet P/Halley. Astron. Astrophys. 1987. V.187. P. 83-88.

j 33. Грард P., Могилевский M. M., Михайлов Ю. M., .Молчанов 0. A., Педерсен A., Тротиньон Ж. -Г. , Бегин К., Форыизано В. Плаз/ '•: кенно-волновыэ измерения в окрестности коыеты Галлея. Кос. «ич. исслед. 1988. Т. 24. Вып. 1. С. 3-8.

35.' Grard R. ,'Laakso Y., Trotignon J.-G., Pedersen A., Mikhailov Yu.M. Observations of plasma environment of comet Halley during the fly-bys. Ann. Geophys.. 1989. 7C2). P. 141-150.

37. Mikhailov Yu.M., Kapustina 0.V,, Mikhailova G. A. Eroshenko E.G., Styazhkin V.A., Trotignon J.-G., Sauer K. Spectral structure of ultralow frequency elecrtomagnetic fields near coroet Halley. Cometary Plasma Processes. Geophysical Monograph 61, / Ed. A.D.Johnstone. Washington: AGU, 1991. P. 171. 177. . ..

33. Михайлова Г.А., Голявин А.И., Михайлов Ю. М. Динамически® спектры ОНЧ-излучений во внешней ионосфере, связанные с Иранским землетрясением 21 иен я 1990 г. СИСЗ ИК-24) //Геомагнетизм и аэрономия. 1991. Т.31. No.5. С.801-809.

39. Михайлов Ю. М. , Капустина 0. D., Михайлова Г. А., Ерошенко Е. Г., Стягкин В. А., Тротиньон К. -Г. , Зауер К. Спектральная структура ультраниэкочастотных электромагнитных полей вблизи кометы Галлея. "Волновые процессы в приземной плазме". М.: ИЗМИРАН, 1992. С.93-108.

10. Михайлов Ю. М. , Соболев Я. П. , Воробьев 0. В., Рожков В. Б. Динамика плазмопаузы и спектров ОНЧ-шумов во время геомагнитной бури 14 декабря 1970 г. "Волновые процессы в приземной плазме". М.: ИЗМИРАН, 1992. С. 83-87.

41. 'Mikhailov Yu. М. bfodulation of plasma instabilities near comet Hal ley by KHD waves. C0SPAR COLLOQUIA V.4. 1993. P. 7580.

42. Михайлов Ю. M. Возбуждение низкочастотных волн в ионосфере с помощь» короткого диполя. Магнитосферные исследования. М.: Наука, 1991. No. 16. С. 70-74. •

43. Михайлов Ю. М., Ершова В. А. , Росте 0.3., Шульчишин Ю. А. „ Шки- • лауер Я. .Капустина О.В., Кочнев В. А. Низкочастотные волновые

и масс-спектроыетрнческие измерения на спутнике "Иятеркос-мос-24". Геомагнетизм и аэрономия. 1994. Т.34. No. 2. С.88--75.

44. Mikhailov Yu.M., Kapustina "0. V., Ershova V. A., Roste 0.2. „; Shulchishin Yu.A., Kochnev V. A., Shrailauer Ya. Definition of the low hybrid frequency by active wave methods on Intercos-mos-24 satellite and comparison these data with raass-spectrometric measurements. Adv.Space Res. 1995. V. 15. No. 12. P. 147-150.

45. Oraevscy V.N. , Sobolev Ya.P., Mikhailov Yu.M. VLF triggered emissions received on the board Intercossos-25 satellite. ■ IUGG XXI General Assembly. Boulder, Colorado. 1995. Theses. P.A177.

46. Mikhailov Yu.M., Maslenitsin S.F. The rotational disccnti- . nuities of the magnetic field on the outer cometosheath boundary near comet Halley. Ann.Geophys. 1995. V. 13,. Pt.lIL