Поглощение радиоволн в полярной шапке (ППШ)

Очень крупные солнечные вспышки сопровождаются помимо усиления волнового излучения выбросами энергичных протонов с энергиями в десятки мегаэлектронвольт и более. Такие вспышки называют протонными, а их высокоэнергичное корпускулярное излучение – солнечными космическими лучами (СКЛ). Последние сожержат помимо протонов α-частицы и в незначительных количествах более тяжелые частицы, а так же электроны. Протоны с энергиями (Рис. 3) , вторгаясь в нижнюю ионосферу и ионизуя D-область, вызывают поглощение радиоволн, характеризуемое уменьшением интенсивности принимаемого на Земле космического радиошума и ростом минимальной частоты радиоволн, отраженных от ионосферы при ВЗ. Вплоть до полного отсутствия радиоотражений на ионограммах (так называемые блэкауты). По данным сети риометров было установлено, что поглощение в периоды протонных вспышек ограничено приполюсными областями (Ф≳65 процентов ), поэтому явление получило название ППШ (его именуют так же SPE – solar proton event). Локализация явления в полярных областях обусловлена низкой плотностью частиц в потоке СКЛ, позволяющей считать их невзаимодействующими и подчиняющимися теории Штермера и ее модификации ^[1]. , учитывающей недипольность геомагнитного поля. Согласно этой теории заряженные частицы энергией в несколько мегаэлектронвольт, происходящие из бесконечности к Земле, обладающей дипольным магнитным полем, могут приближаться к ее поверхности лишь в приполюсных областях из-за отклоняющего действия силы Лоренца. Широта обрезания Фс , ниже которой частица не может проникнуть к Земле, определяется ее жесткостью G (Рис. 4), где p и e - импульс и заряд частицы; R – гирорадиус; B – магнитное поле. Чтобы частица попала на широту , нужно, чтобы ее жесткость превышала величину (Рис 5) .

В дипольном поле на широте Ф~65 процентов , до которых реально может простираться ППШ, в состоянии проникнуть лишь протоны с энергиями E>100 МэВ , однако фактические пороговые энергии меньше соответствующих из-за отличия реальной конфигурации геомагнитного поля от дипольной. Обычно СКЛ, ответственные за ППШ, генерируя при вспышках, сопровождаемых интенсивными всплесками солнечного радиоизлучения . Их приход и соответственно время начала ППШ задержаны относительно момента начала вспышки на время от 20 минут до нескольких (~20) часов. Эта задержка определяется не только энергией протонов, но и длиной пути их распространения от Солнца, которое происходит вдоль сложных траекторий, зависящих от места вылета и характера силовых линий ММП ^[2]. Неоднородности последнего препятствуют распространению СКЛ к земле и способствуют их изотропизации. С этим обстоятельством связано также то, что длительность ППШ значительно превышает длительность вспышки и составляет от десятков часов до нескольких суток и то, что с ростом солнечной активности длительность задержки увеличивается.

Увеличение электронной концентрации в области D в периоды ППШ. Наиболее ощутимое в самой нижней ее части (h = 50 - 70 км), может превосходить эффекты волнового (рентгеновского) излучения сильных вспышек. Учитывая, что длительность ППШ много больше длительности ВИВ и явление развивается не только на дневной. Но и на ночной стороне Земле, его следует считать наиболее значительным типом возмущений высокоширотной нижней ионосферы. Ночью, однако, интенсивность ППШ примерно в 5 раз меньше, чем днем, из-за уменьшения содержания свободных электронов ночью вследствие замедления их отлипания от отрицательных ионов. В ^[3] установлена связь максимального потока протонов с Е 10 МэВ со средней продолжительностью (в мин) солнечных радиовсплесков в диапазоне 8 – 20 ГГц и интенсивностью ППШ (Рис. 6), где А – дневное поглощение на частоте 30 МГц при вертикальном падении радиоволн.

Используемые источники

1. ↑ Осепян А. П. 1978 г.
2. ↑ Обаяши Т., Хакура Ю. 1965 г.
3. ↑ Croom D. L.1968 г.