Совместные наблюдения вариаций параметров атмосферы интерферометром Фабри-Перо и Иркутским радаром некогеретного рассеяния

Работа построена на наблюдениях, выполненных в рамках научно-образовательного интенсива Байкальской международной школы молодых ученых по фундаментальной физике в Иркутске с 5 по 10 сентября 2022 года. Участники интенсива выполняли работы на уникальных научных установках ИСЗФ СО РАН: Иркутский радар некогерентного рассеяния (ИРНР) и Оптические приборы Национального гелиогеофизического комплекса Российской академии наук (НГК РАН).

На сегодня, ИРНР является единственной в России установкой, позволяющей определять параметры всей толщи ионосферы методом некогерентного рассеяния [1], в том числе восстанавливать такие параметры, как ионная и электронная температуры Ti и Te, а также электронная концентрация Ne [2].

Аэрономические интерферометров Фабри-Перо (ИФП) входят в НГК РАН и расположены на территории Геофизической обсерватории ИСЗФ СО РАН (п. Торы, Бурятия) [3]. С их помощью проводятся наблюдения различных характеристик естественного ночного свечения атмосферы, в том числе - за свечением красной линии 630 нм, что позволяет получать данные об изменениях температуры атмосферы и скорости ветра на высоте около 260 км.

Во время ночных наблюдений в период 28 августа - 2 сентября концентрация Ne (по ИРНР) и красное свечение I630 (по ИФП) показали схожие вариации. Характер динамики профилей Ne позволяет предположить, что ночные значения Ne определяются меридиональным ветром и вертикальным переносом нейтральной компоненты. Оценку вертикального дрейфа плазмы под действием ветра в верхней атмосфере можно получить из условия стационарности плазмы под действием силы Лоренца, электрического поля и столкновений с нейтральными частицами. Такая оценка показала, что ночной вертикальный дрейф плазмы (на основе данных ИФП), хорошо коррелирует с вертикальной динамикой ионосферной плазмы (по ИРНР), увеличение интенсивности I630 происходит одновременно с ростом Ne около 15 UT, когда скорость вертикального дрейфа имеет минимальные значения. По-видимому, рост I630 происходит за счет увеличения числа возбужденных атомов кислорода из-за притока электронов сверху.

Проведенное нами численное моделирование показывает, что определяющая реакция возбуждения атомов [O] ночью - это диссоциативная рекомбинация, интенсивность которой определяется Ne. Изменение числа электронов на высоте ~250 км, по-видимому, связано с динамикой нейтрального ветра, в том числе с интенсивностью вертикального переноса. Наблюдаемое явление указывает на важность корректного учета нейтрального ветра в задачах моделирования ионосферы и, по-видимому, указывает на необходимость введения использования вертикального переноса нейтральной атмосферы. Показанная связь Ne и I630 с учетом доминирующей роли единственной реакции образования возбужденных атомов кислорода (диссоциативной рекомбинации) может служить основой для калибровки оптических приборов с использованием радиофизических измерений параметров ионосферы.

1. Жеребцов Г.А., и др. // Радиотехника и электроника. 2002, т. 47, № 11, с. 1339—1345.

2. Алсаткин С.С., и др. // Солнечно-земная физика. 2015, т. 1, № 3, с. 28–36. DOI: 10.12737/11450

3. Васильев Р.В., и др. // Солнечно-земная физика. 2020, т. 6, №. 2, с. 105–122. DOI: 10.12737/szf-62202008