Іоносферні нелінійні ефекти, що спостерігалися під час поширення КХ-сигналів на дуже великі відстані

Стаття присвячена дослідженням на станції «Академік Вернадський» ефектів наддалекого поширення короткохвильового (КХ) випромінювання наземних передавачів, яке відбувається в іоносферному хвилеводі. Стандартним способом поширення КХ-сигналу на дуже великі відстані прийнято вважати багатострибковий механізм – коли випромінювання до декілька десятків разів відбивається від іоносфери і поверхні Землі. Однак кожне відбиття від Землі і проходження крізь нижню іоносферу призводить до сильного поглинання сигналу і серйозно зменшує ефективність наддалекого КХ-зв’язку. Щоб знизити втрати потужності, потрібно, щоб сигнал після відбиття від основного іоносферного шару F не потрапляв на Землю, а поширювався в іоносферному хвилеводі між шаром F та шаром E, що знаходиться нижче від нього, та де поглинання КХ-хвиль є незначним. В роботі розглянуті три експерименти, які були спеціально проведені для «живлення» іоносферного хвилеводу. Щоб направити сигнал у хвилевід, автори використовували спеціальні дослідницькі передавачі – нагрівні стенди, випромінювання яких є настільки потужним, що «нагріває» іоносферу, генеруючи в ній велику кількість неоднорідностей різних просторових масштабів. Розсіюючись на них, КХ-сигнал потрапляє в іоносферний хвилевід в північній півкулі і виходить з нього тільки поблизу Української антарктичної станції, відбиваючись від іоносферних неоднорідностей, що виникають під час заходу Сонця.

Перший експеримент був проведений з нагрівним стендом EISCAT, розташованим у Норвегії. Прийом випромінювання вівся в Антарктиді і Україні. Виявилося, що на таких різних трасах сигнали поводяться повністю синхронно. Таку поведінку було пояснено відкритим авторами ефектом саморозсіювання сигналу в іоносферний хвилевід, коли випромінювання створює над нагрівним стендом неоднорідності на яких воно ж і розсіюється. Ці неоднорідності однаковим чином модулюють властивості сигналу перед потраплянням у хвилевід – тому властивості сигналу були подібними в обох пунктах прийому.

Другий експеримент був виконаний за більш складною схемою, щоб вивчити особливості нового ефекту. Досліджуваний сигнал випромінювався найпотужнішим у світі нагрівним стендом HAARP, який розташовано на Алясці. Прийом випромінювання проводився в Антарктиді і поблизу самого стенду. Причому в останньому випадку приймалося так зване штучне радіовипромінювання іоносфери (ШРІ) яке виникає при «нагріванні» плазми. Параметри цього випромінювання дозволяють визначити просторовий масштаб неоднорідностей, які генерує стенд. Під час експерименту частота «нагрівного» випромінювання спеціально змінювалася, що призводило до зміни масштабу неоднорідностей, які генеруює стенд. Вимірювання в Антарктиді показали, що як тільки масштаб неоднорідностей став сумірним з половиною довжини хвилі «нагрівного» випромінювання (такий масштаб є найбільш ефективним для розсіювання в хвилевід), інтенсивність сигналу на стнації «Академік Вернадський» різко зросла. Це підтвердило факт хвилеводного поширення.

Третій експеримент був проведений зі стендом в Аресібо (Пуерто-Ріко). Цей стенд розташований в місці, де кут між лініями магнітного поля і поверхнею Землі є дуже близьким до 45о. Оскільки неоднорідності, що їх створює стенд, витягуються уздовж ліній магнітного поля Землі, вони відбивають спрямоване вгору «нагрівне» випромінювання на південь, де знаходиться українська антарктична станція, та практично в горизонтальному напрямку. Це забезпечує ефективне «живлення» хвилеводу. Автори провели взаємну обробку інтенсивності сигналів ШРІ, які було зареєстровано поблизу стенду, і широкосмугової компоненти сигналу стенду, виміряної на станції. Виявилося, що коли стенд працював на повну потужність і для ШРІ спостерігалися нелінійні ефекти, штучне радіовипромінювання іоносфери було добре корельовано із сигналом, записаним в Антарктиді. При малій потужності стенду кореляція була відсутня. В цьому експерименті факт живлення хвилеводу також було підтверджено.

Проведені виміри показали, що нагрівний стенд можна використовувати для керованого «живлення» іоносферного хвилеводу і створення таким чином умов для передачі КХ-сигналів на наддалекі відстані з мінімальним поглинанням.