САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ РАЗРЯД В ИОНОСФЕРЕ ОТРИЦАТЕЛЬНО ЗАРЯЖЕННОЙ ЗЕМЛИ

Предложена математическая модель учёта бесконтактного нагрева электронов дальнодействующим электрическим полем в области заряженных структур, в частности в верхних слоях атмосферы отрицательно заряженной Земли. По соотношению Эйнштейна-Смолуховского (вернее Нернста-Таунсенда) впервые на базе экспериментальных значений плотности числа частиц воздуха - N аналитически рассчитан возможный профиль температуры - Te электронов в мезосфере и ионосфере, в зависимости от заряда Земли и расстояния до её поверхности. Установлено, что на высотах порядка 36 км над поверхностью отрицательно заряженной до 500 000 Кл Земли параметр E/N достигает пробойных значений (100 Тд), и, следовательно, на этих высотах загорается самостоятельный разряд. На этих высотах может развиваться компенсационный слой положительного объёмного заряда (стоячая ударная волна электрического поля). Там же в процессах рождения плазмы важны процессы прямой ионизации частиц воздуха электронами в электрическом поле отрицательно заряженной Земли. Расчёты параметров электронов в атмосфере и ионосфере сравниваются с имеющимися экспериментальными наблюдениями. На базе математической модели впервые аналитически получен для мезосферы и ионосферы отрицательно заряженной Земли профиль (от высоты над уровнем моря) концентрации электронов ne. Сравнение этих результатов с экспериментальными наблюдениями показывает, что переходные профили концентрации электронов в мезосфере и ионосфере Земли определяются процессами амбиполярного дрейфа, обусловленного различными зависимостями дрейфовых скоростей электронов и ионов от напряжённости электрического поля. Полученные результаты представляют практический интерес для разработчиков таких систем как ГЛОНАСС и GPS.

нарушение нейтральности, ионосфера Земли, заряд Земли, амбиполярный дрейф плазмы, амбиполярные диффузии

1. Сборник тезисов докладов Тринадцатой ежегодной конференции «Физика плазмы в солнечной системе» (12-16 февраля 2018, ИКИ РАН, г. Москва) [Электронный ресурс]. URL: https://plasma2018.cosmos.ru/docs/abstract-book-plasma2018.pdf (дата обращения: 10.11.2018).

2. Тонкие токовые слои: от работ Гинзбурга - Сыроватского до наших дней / Зелëный Л.М., Малова Х.В., Григоренко Е.Е., Попов В.Ю. // Успехи физических наук. 2016. Т. 186. Выпуск 11. С. 1153-1188.

3. Динамические характеристики плазменной турбулентности ионосферы, инициированной воздействием мощного коротковолнового радиоизлучения / Грач С.М., Сергеев Е.Н., Мишин Е.В., А.В. Шиндин // Успехи физических наук. 2016. Т. 186. Выпуск 11. С. 1189-1228.

4. Формирование плазменно-пылевых облаков при ударе метеороида о поверхность Луны / Попель С.И., Голубь А.П., Захаров А.В., Зеленый Л.М., Бережной А.А., Зубко Е.С., Итен М., Лена Р., Спозетти С., Великодский Ю.И., Терещенко А.А., Атаманюк Б. // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2018. Т. 108. Выпуск 6. С. 379-387.

5. Vysikaylo Ph.I., Korotkova M.A. Determination of the Sun’s charge by the parameters of heavy ions in the solar wind [Электронный ресурс] // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 1009 : [сайт]. URL: http://china.iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1009/1/012020/pdf (дата обращения: 10.11.2018).

6. Гуревич А.В. Нелинейные явления в ионосфере. // Успехи физических наук. 2007. Т. 177. Выпуск 11. С. 1145-1179.

7. Высикайло Ф.И. Кумуляция электрического поля в диссипативных структурах в газоразрядной плазме. // Журнал экспериментальной и технической физики. 2004. Т. 125. № 5. С. 1071-1081.

8. Высикайло Ф.И. Скачки параметров неоднородной столкновительной плазмы с током, обусловленные нарушением квазинейтральности // Физика плазмы. 1985. Т. 11. № 10. С. 1256-1261.

9. Высикайло Ф.И., Напартович А.П., Стационарная одномерная модель разряда в электроотрицательном газе [Электронный ресурс] // Теплофизика высоких температур : [сайт]. 1981. Т. 19. Выпуск 2. С. 421-424. URL: http://www.mathnet.ru/links/21054ac583852318f473ea0a9ddfa156/tvt8261.pdf (дата обращения: 10.11.2018).

10. Особенности переноса тока в разряде в поперечном сверхзвуковом потоке газа при формировании цилиндрических, кумулятивных структур (плазмоидов) / Высикайло Ф.И., Ершов А.П., Кузьмин М.И., Тивков А.С., Чекалин Б.В. [Электронный ресурс] // Физико-химическая кинетика в газовой динамике: [сайт]. 2007. Т. 5. URL: http://chemphys.edu.ru/issues/2007-5/articles/44/ (дата обращения: 10.11.2018).

11. Столетов А.Г. Актино-электрические исследования // Журнал Русского физико-химического общества. Часть физическая. 1889. Т. 21. Вып. 7-8. С. 159-206.

12. Хаксли Л., Кромптон Р. Диффузия и дрейф электронов в газах. М.: Мир, 1977, С. 626-627.

13. Мак-Даниель И., Мэзон Э. Подвижность и диффузия ионов в газах. М.: Мир, 1976. 422 с.

14. Высикайло Ф.И. Процессы амбиполярного переноса в формировании неоднородных профилей в структурах в газоразрядной плазме: дис. … докт. ф.-м. наук. Троицк, Московская область, 2003, 268 с.

15. Высикайло Ф.И., Кузьмин М.И., Чекалин Б.В. Решение уравнений Громека-Ламба по теории возмущений [Электронный ресурс] // Математическое моделирование: [сайт]. 2006. Т. 18. № 12. С. 52-66. http://www.mathnet.ru/php/archive.phtml?wshow=paper&jrnid=mm&paperid=132&option_lang=rus#forwardlinks (дата обращения: 10.11.2018).

16. Смирнов Б.М. Физика глобальной атмосферы. Парниковый эффект, атмосферное электричество, эволюция климата. Долгопрудный: Интеллект, 2017. 256 с.

17. Квазиадиабатическое описание динамики заряженных частиц в космической плазме / Зеленый Л.М., Нейштадт А.И., Артемьев А.В., Вайнштейн Д.Л., Малова Х.В. // Успехи физических наук. 2013. Т. 183. Выпуск 4. С. 365-415.

18. АТМОСФЕРЫ СПРАВОЧНЫЕ. Параметры. ГОСТ 24631-81 [Электронный ресурс]. URL: http://www.complexdoc.ru/ntdpdf/48147.3/atmosfery_spravochnye_parametry.pdf (дата обращения: 10.11.2018).

19. Мартынов Д.Я. Курс общей астрофизики. М.: Наука, 1971. 616 с.

20. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Том 1. Механика. 5-е изд. М.: Физматлит, 2013. 224 с.

21. Высикайло Ф.И. «Квазикуперовские» бициклоны. Турбулентные структуры с вращением и кумулятивными струями // Инженерная физика. 2013. № 7. С. 3-36.

22. Паркер Э. Солнечный ветер // Успехи физических наук. 1964. Т. 84. Выпуск 9. С. 169-182.

23. Высикайло Ф.И. Точки, линии и поверхности либрации (кумуляции) Высикайло-Эйлера в неоднородных структурах в плазме с током // XXXVII Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС. 8-12 февраля 2010 г. [Электронный ресурс]. URL: http://www.fpl.gpi.ru/Zvenigorod/XXXVII/T.html#Sekcija%20T (дата обращения: 10.11.2018).

24. Vysikaylo P.I. Cumulative Point-L1 Between Two Positively Charged Plasma Structures (3-D Strata) // IEEE Transactions on Plasma Science. 2014. Vol. 42. Iss. 12. PP. 3931-3935.

25. Высикайло Ф.И. Архитектура кумуляции в диссипативных структурах. Saarbrucken: Palmarium Academic Publishing, 2013. 352 p.