Проаналізовано можливості підсилення в магнітосфері УНЧ електромагнітного випромінювання літосферного походження. Отримано оцінку інтегрального підсилення альфвенівської хвилі (АХ) у випадку її резонансної взаємодії з захопленими в радіаційних поясах протонами. На базі моделей тонкої плівки та однорідного шару для іоносфери розраховано коефіцієнт відбиття АХ. Проаналізовано вплив основних параметрів системи на коефіцієнт відбиття АХ. Для отриманих коефіцієнтів підсилення та відбиття проаналізовано можливість утворення "активного" магнітосферного резонатора, де електромагнітне випромінювання сейсмогенної природи може підсилюватись.

Індекс рубрикатора НБУВ: Д214.2

Рубрики:

Геомагнетизм Землі

Шифр НБУВ: Ж26988 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Висвітлено сучасні наукові уявлення про феномен космічної погоди, охарактеризовано засоби її моніторингу. Розглянуто ідею впливу сонячної активності на живий і неживий світ, а також соціальні процеси, вперше обгрунтовану А.Л. Чижевським на початку XX ст. Розкрито сутність і магнітогідродинамічну природу явища сонячної активності. Описано структуру сонячної корони, наведено матеріали про сонячний спалах, спіральність магнітного поля, стримери, корональні діри, сонячний вітер і сонячні протуберанці (волокна), магнітносферні суббурі, магнітні бурі та пульсації. Розглянуто захисні оболонки землі (атмосферу, іоносферу, магнітосферу), досліджено процеси та явища, що формують сонячну погоду, зокрема, корональні викиди маси та магнітні хмари, швидкий і повільний потоки сонячного вітру, ударні хвилі. Визначено шляхи впливу космічної погоди на біологічні об'єкти.

Освещены современные научные представления о феномене космической погоды, охарактеризованы средства ее мониторинга. Рассмотрена идея влияния солнечной активности на живые и неживые объекты, а также социальные процессы, впервые обоснованную А.Л. Чижевским в начале прошлого столетия. Раскрыты сущность и магнитогидродинамическая природа явления солнечной активности. Описана структура солнечной короны, приведены материалы о солнечной вспышке, спиральности магнитного поля, стримерах, корональных дырах, солнечном ветре и солнечных протуберанцах (волокнах), магнитосферных суббурях, магнитных бурях и пульсациях. Рассмотрены защитные оболочки земли (атмосфера, ионосфера, магнитосфера), исследованы процессы и явления, формирующие солнечную погоду, в частности, корональные выбросы массы и магнитные облака, быстрый и медленный потоки ветра, ударные волны. Определены пути влияния космической погоды на биологические объекты.

Індекс рубрикатора НБУВ: О6е(4УКР)л2

Шифр НБУВ: Ж72292 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Досліджено генерацію, стійкість і спектр власних поперечно-дрібномасштабних ультранизькочастотних збурень магнітосферного резонатора з урахуванням тиску, його градієнта, кривини силових ліній і скінченної провідності іоносфери. Одержано систему рівнянь для малих поперечно-дрібномасштабних збурень статичної магнітогідродинамічної рівноваги, що описують "зачеплені" альвенівські та повільні магнітозвукові моди у дипольній моделі внутрішньої магнітосфери Землі. Ці рівняння доповнено комплексними граничними умовами на іоносфері з дисипацією. За допомогою енергетичного принципу встановлено, що стійкість системи визначається жолобковими модами за скінченної провідності іоносфери та ідеальними балонними - за нескінченної. Для обох типів збурень одержано критерії стійкості. Встановлено, що спектр власних збурень є дискретним, його лінії мають скінченну ширину через наявність різних поляризацій, а частоти альвенівських мод зменшуються при зменшенні провідності, внаслідок чого за певної провідності перша альвенівська мода зникає. Ці результати перевірено числовими розрахунками та спостережними даними.

Індекс рубрикатора НБУВ: Д214.2

Рубрики:

Геомагнетизм Землі

Шифр НБУВ: Ж14258 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Досліджено вплив високочастотної вібрації на стійкість фронту кристалізації в ампулі Бріджмена за умов космічного експерименту. Знайдено можливий вид збурень фронту кристалізації.

В 2013 - 2014 рр. в Україні було проведено два комплексних наземно-космічних експерименти з вивчення ефектів акустичного збурення іоносфери. Аналіз отриманих даних разом з експериментальними даними попередніх років дав нові знання про вплив низькочастотного звуку (в тому числі інфразвуку) на верхню атмосферу та іоносферу і відкрив перспективні напрямки подальших досліджень. В орбітальному сегменті космічні використовувались апарати DEMETER та "Чибіс-М", а в наземному - наземний низькочастотний акустичний випромінювач ННАВ (ЛЦ ІКД НАНУ та ДКАУ), радіотелескоп УРАН-3 ФМІ ім. Г. В. Карпенка НАН України (Львів). При аналізі виявлено періодичні та аперіодичні варіації статистичних характеристик даних і їхню кореляцію з приходом штучних акустичних збурень. Вперше розроблені фізико-математична модель та числовий алгоритм для моделювання поширення випромінювання ННАВ на шляху від поверхні Землі до іоносфери з урахуванням реальних параметрів середовища. Запропоновано вдосконалену схему проведення подальших наземно-космічних акустичних експериментів.

Представлено основні результати експериментальних та теоретичних досліджень резонансних явищ в магнітосферно-іоносферній плазмі. А саме: розроблено теоретичні моделі резонансних хвильових УНЧ-явищ в магнітосфері; на основі супутникових вимірювань досліджено глобальні коливання нейтральної верхньої атмосфери та іоносфери; за супутниковими даними виявлено ефекти магнітосферно-іоносферної взаємодії.

Проведено дослідження властивостей турбулентних процесів у плазмі сонячної фотосфери, сонячному вітрі та перехідних областях магнітосфери Землі. Для аналізу використано наземні спостереження флуктуацій конвективної складової швидкості в активних і спокійних областях сонячної фотосфери, одержані на 70-см німецькому вакуумному баштовому телескопі VTT в Ізаньї (о. Тенериф, Іспанія), та супутникові виміри флуктуацій магнітного поля, одержані космічним апаратом C3 місії "Кластер-2" (дані представлені з часовою дискретністю 22,5 Гц). Для визначення характеристик турбулентних процесів на різних масштабах проведено аналіз моментів функції розподілу флуктуацій швидкості та магнітного поля, спектральний розгляд та вейвлет-аналіз. Одержані залежності порівнювалися з наявними на сьогодення моделями як однорідних так і неоднорідних турбулентних процесів. Крім різних типів турбулентних процесів у проаналізованих областях відмічено можливість реалізації самоорганізованих магнітних плазмових структур в активних областях сонячної фотосфери та багатомасштабний характер динаміки магнітосфери. Магнітосфера веде себе як самоорганізована система з різними характерними масштабами. При цьому, за наявності різких стрибків параметрів у перехідних областях магнітосфери Землі спостерігається поява зворотних каскадних процесів.

Дослідження процесів у хвості магнітосфери суттєво ускладнюються наявністю турбулентності за рахунок розвитку нестійкостей, у результаті яких відбувається "катастрофічна" перебудова потоку і структури магнітного поля. Складні турбулентні процеси, які спостерігаються у магнітосфері Землі, не вдається описати в межах аналітичних моделей МГД-течій. Для розгляду властивостей турбулентності на великих часових і просторових масштабах слід залучати методи статистичної фізики і каскадні моделі, розвинені в гідродинамічних теоріях. При цьому з експерименту вдається визначити статистичні властивості турбулентності, пов'язані з масштабною інваріантністю. Даний підхід дозвоволяє одержати уявлення про фізичні властивості турбулентності плазми і надає змогу якісно і кількісно описати процеси переносу в турбулентних областях. В ході роботи проаналізовано властивості дрібномасштабної розвиненої турбулентності у хвості магнітосфери Землі за вимірами ферозондових магнітометрів трьох космічних апаратів місії "Кластер-2" з частотою опитування 22,5 Гц для 17 жовтня 2005 р. Для досягнення поставленої цілі було використано фрактальні та мультифрактальні методи дослідження, які було доповнено спектральним і вейвлет-аналізом. Зокрема було проведено: аналіз крил функції густини ймовірності флуктуацій магнітного поля (фрактальний розгляд); аналіз розширеної самоподібності (ESS-аналіз, мультифрактальний розгляд); аналіз спектральної густини потужності (спектральні дослідження); аналіз амплітуди та wavelet power spectral сигналу (вейвлет-аналіз). В ході виконання роботи одержано залежності порівнювалися з наявними на сьогодні моделями опису як однорідних, так і неоднорідних турбулентних процесів. В результаті проведеного аналізу можна зробити висновок, що функція розподілу флуктуацій магнітного поля під час суббурі вказує на негауссову статистику процесів, а також на надлишок великомасштабних збурень, що генеруються джерелом. За порівняння структурних функцій флуктуацій магнітного поля під час ініціації суббурі із моделями Колмогорова, Крейчнана та ізотропною логпуасонівською 3D-моделлю із параметрами Ше і Левека одержано, що дані турбулентні процеси неможливо описати ізотропними однорідними моделями, і, крім того, вони характеризуються наявністю супердифузії. Відмічено суттєву відмінність спектрального індексу для моментів до і під час ініціювання суббурі: так, до суббурі спектральний індекс приблизно відповідає моделі Колмогорова, а під час суббурі він близький до індексу у моделі електрон-магніто-гідродинамічної турбулентності. Вейвлет-аналіз показав наявність як прямих, так і зворотних каскадних процесів, а також наявність Pc-пульсацій.

Активні наземно-космічні експерименти, виконані Інститутом космічних досліджень Національної академії наук України і Державного космічного агентства України (ІКД), Львівським центром Інституту космічних досліджень Національної академії наук України і Державного космічного агентства України (ЛЦ ІКД) та Фізико-механічним інститутом Національної академії наук України (ФМІ) у 2013 р. (з залученням мікросупутника "Чибис-М"), а у 2005 р. - ЛЦ ІКД спільно з ФМІ (з залученням мікросупутника DEMETER) були присвячені вивченню програмованого інфразвукового впливу на іоносферу Землі від акустичного джерела штучного походження. В даній роботі зосереджено увагу на вимірюваннях, виконаних вказаними супутниками під час активної дії наземного акустичного генератора. Надано описання специфіки експериментів, відповідних до цього методів аналізу даних, наведено деякі результати аналізу. Аналіз записів супутникових вимірювань низькочастотних варіацій електричного й магнітного полів в іоносфері на висотах 420 км (МС "Чибис-М") та 710 км (МС DEMETER) надав змогу виявити проходження супутників крізь локалізовані області збудження, що відрізняються від оточуючого середовища іншою просторово-часовою варіабельністю. Аналіз просторово-часових зв'язків, які існували під час експериментів, дозволив інтерпретувати деякі зі знайдених подій як кандидатів до збуджень, викликаних дією акустичного випромінювання наземного керованого акустичного випромінювача. Аналіз даних виконувався за допомогою реалізацій методів ковзного нормованого медіанного абсолютного відхилення, вейвлетної ентропії у ковзному вікні та мультифрактального аналізу. Вироблено рекомендації щодо подальших етапів аналізу. Створене методичне та програмне забезпечення буде використано в дослідженнях космічного проекту "Іоносат-Мікро".

Широка світова мережа передавачів і приймачів радіохвиль дуже низьких частот (ДНЧ) надає змогу систематично досліджувати стан нижньої іоносфери в глобальному масштабі. Проте визначення характеристик іоносферної плазми та нейтральної атмосфери за даними вимірювань амплітуд і фаз ДНЧ-радіосигналів стикається зі значними труднощами. Їх причиною є складний характер взаємодії радіохвиль із середовищем під час відбиття хвиль від іоносфери, а також складність хімічних процесів, що перебігають за наявності заряджених і нейтральних частинок у нижній іоносфері. У даній роботі в межах уявлень геометричної оптики досліджено можливість встановлення властивостей акустико-гравітаційних хвиль за даними вимірювань амплітуд радіосигналів на відносно коротких трасах (протяжністю менше 1500 км). Проаналізовано можливі фізичні механізми впливу поширення акустико-гравітаційних хвиль на іоносферних висотах на амплітуди ДНЧ-радіосигналів. Одержано теоретичні співвідношення, що надають змогу розрахувати флуктуації електронної концентрації, вертикальне зміщення висоти відбиття радіосигналів та оцінити амплітуди флуктуацій нейтральної концентрації внаслідок поширення акустико-гравітаційних хвиль. Досліджено сезонні та добові флуктуації амплітуд ДНЧ-радіохвиль на кількох європейських трасах протягом 2013 - 2014 рр., для чого було використано дані передавачів на станціях в Німеччині (DHO38), Великобританії (GQD) та Італії (ICV) з пунктом прийому у Франції (All 8). Проаналізовано особливості флуктуацій амплітуд радіосигналів за денних і нічних умов. За вимірами амплітуд ДНЧ-радіосигналів розраховано фоновий рівень акустико-гравітаційних хвиль на висотах відбиття, який становить 200 - 400 м для флуктуацій вертикального зміщення об'єму та 1 - 2 % для флуктуацій відносної концентрації нейтральних частинок. Показано, що значення фонових рівнів акустико-гравітаційних хвиль у мезосфері середніх широт вдень на висотах 70 км і вночі на висотах 90 км є близькими.

Запропоновано концепцію виникнення глобальних гідродинамічних течій (ГДТ) речовини та генерування глобальних магнітних полів (МП) у сонячній конвективній зоні, провідну роль в якій відіграє нестійкий профіль диференційного обертання. Внаслідок втрати стійкості диференційного обертання генеруються всі глобальні ГДТ речовини на Сонці: полоїдальна циркуляція, торсійні коливання та просторово-часові варіації полоїдальної течії. Подібний результат не отримувався у жодній із відомих нам моделей, в яких, як правило, торсійні коливання та варіації меридіональної циркуляції розраховуються окремо, і тому вважаються незалежними течіями. Натомість проведені в межах нашої моделі розрахунки надають можливість стверджувати, що зазначені течії насправді слугують тороїдальною та полоїдальною складовими єдиної тривимірної течії. Продемонстровано визначальну роль торсійних коливань у генерації радіального змінного МП. У результаті числового моделювання встановлено, що змінне в часі радіальне МП на поверхні Сонця досягає своєї максимальної величини на полюсах, де воно змінює свою полярність із періодом приблизно 22-х років. Цей процес можна ототожнити з ефектом спостережуваного переполюсування полярного поля впродовж магнітного циклу Хейла. Виявлено, що лінії нульових значень (зміни полярності) поверхневого радіального МП проходять по максимумах величини модуля швидкості зональних течій (торсійних коливань). При цьому лінії зміни магнітної полярності радіального поля і максимальні значення швидкості поверхневих зональних течій дрейфують від полюсів до екватора. Відзначено, що отримані результати про широтну еволюцію поверхневих зональних течій корелюють із поведінкою глибинних зональних течій, отриманих при обробці геліосейсмологічних даних.

Із багаторічних теоретичних та експериментальних досліджень акустико-гравітаційних хвиль (АГХ) відомо, що вони значною мірою визначають динаміку та енергетичний баланс атмосфер планет і Сонця. Лінійні хвильові збурення в атмосфері можуть бути описані за допомогою системи рівнянь другого порядку для вертикальної та горизонтальної складових збуреної швидкості. З цієї системи випливає, що малі збурення в атмосфері можна розглядати як коливання зв'язаних осциляторів із двома ступенями свободи. Це спонукає до більш детального вивчення лінійних акустико-гравітаційних хвильових мод в атмосфері за допомогою добре розроблених методів теорії коливань. Для вивчення малих збурень в атмосфері Землі використано методи теорії зв'язаних коливальних систем. Показано, що АГХ в ізотермічній атмосфері можна розглядати як суперпозицію коливань, які відбуваються одночасно на двох власних частотах: акустичній і гравітаційній. Отримано рівняння для власних частот коливань, а також для складових збуреної швидкості при заданих початкових умовах. Проаналізовано зміни складових збуреної швидкості залежно від часу та виявлено нові особливості їхньої поведінки. Всі розв'язки наведено з використанням тільки дійсних величин. Це зручніше для зіставлення з даними спостережень, ніж зазвичай прийняте в теорії АГХ комплексне подання. Вивчено умови, за яких в атмосфері може реалізуватися звичайний одночастотний режим коливань. Результати роботи можуть бути використані для пояснення деяких особливостей супутникових спостережень хвильових збурень в атмосфері Землі, які виходять за рамки відомих теоретичних уявлень.

У межах моделі дисипативної ізотермічної атмосфери досліджено затухання акустико-гравітаційних хвиль (АГХ) на основі модифікованих рівнянь Нав'є - Стокса і теплопереносу. Модифікація цих рівнянь полягає в урахуванні додаткового перенесення імпульсу та енергії при поширенні АГХ за рахунок градієнта щільності, окрім зазвичай розглядуваного градієнта швидкості. Це призводить до появи нових доданків у гідродинамічних рівняннях руху та теплопереносу. У цих припущеннях отримано локальне дисперсійне рівняння АГХ в ізотермічній дисипативній атмосфері, а також вираз для декремента затухання в часі. У граничних випадках високих частот (звук) і низьких частот (гравітаційні хвилі) характер затухання допускає наочну фізичну інтерпретацію. Розглянуто особливості затухання в часі різних типів еванесцентних акустико-гравітаційних мод, зокрема хвиль Лемба та коливань Брента - Вяйсяля.

Індекс рубрикатора НБУВ: Д235.1

Рубрики:

Поширення звукових хвиль в атмосфері. Чутність

Шифр НБУВ: Ж14258 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Теорія акустико-гравітаційних хвиль (АГХ) розглядає вільні хвильові збурення атмосфери в межах одночастотного підходу (ОЧП). При цьому з теорії випливає можливість виникнення двох окремих типів хвиль із різними власними частотами - акустичних і гравітаційних. У ОЧП хвильові флуктуації щільності, температури, швидкості пов'язані між собою через спектральні характеристики хвилі, причому ці зв'язки є незмінними. Однак супутникові спостереження параметрів АГХ не завжди можна пояснити в межах ОЧП. Наведено двочастотний підхід (ДЧП) до дослідження АГХ за допомогою моделі двох зв'язаних осциляторів. Показано, що збурені рухи елементарного об'єму середовища відбуваються одночасно на двох власних частотах. У цьому випадку зв'язок між хвильовими флуктуаціями параметрів визначається початковими умовами, які можуть бути довільними. Отримано рішення в дійсних функціях для ізотермічної атмосфери. Досліджено умови, за яких із загального двочастотного розв'язку випливають розв'язки одночастотних АГХ. Числово змодельовано вимірювані з супутника хвильові форми АГХ для швидкостей і зміщень в одночастотному та двочастотному режимах. Результати моделювання двочастотних АГХ узгоджуються з даними супутникових вимірювань. Двочастотні АГХ не завжди реалізуються на двох різних частотах. Показано, що при зближенні частот реалізується ефект биття, і дві близькі моди стають нерозрізнюваними. За однакової довжини хвилі у них однакові середні частоти та однакові фазові швидкості. Головна особливість ДЧП до вивчення АГХ полягає в розширенні зв'язків між хвильовими параметрами середовища. Це надає можливість досягти задовільного узгодження модельних хвильових форм із даними супутникових вимірювань. Таким чином, використання двочастотного розгляду АГХ відкриває нові можливості в інтерпретації експериментальних даних.

Індекс рубрикатора НБУВ: В652.49 в641

Рубрики:

Магнітне поле і електричний заряд Сонця

Шифр НБУВ: Ж14258 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Акустико-гравітаційні хвилі (АГХ) є важливим механізмом перенесення енергії в атмосфері від джерел збурень приземного та космічного походження. Наслідком поширення АГХ є флуктуації атмосферних параметрів, які можуть реєструватися наземними та супутниковими методами вимірювань. Проте кожен із цих методів має певні обмеження щодо отримання інформації про властивості хвиль. У зв'язку з цим важливе значення має розробка методик, які надають змогу відтворювати спектральні характеристики АГХ на основі обмежених експериментальних даних. Запропоновано аналітичний спосіб визначення спектральних характеристик АГХ за даними прямих супутникових вимірювань. Спосіб базується на використанні поляризаційних співвідношень, які пов'язують між собою хвильові флуктуації різних параметрів атмосфери (температури, густини та швидкості частинок). В основу покладено визначення зсувів фаз між коливаннями різних фізичних параметрів атмосфери, які доступні в супутникових вимірах. Отримано прості аналітичні співвідношення, що надають можливість визначити спектральні характеристики АГХ, характер поширення хвиль (горизонтальна або вільно поширювана під кутом до горизонтальної площини), а також їх напрямок відносно супутника. Показано, що ознакою еванесцентних хвиль є син- або протифазність коливань густини та температури. У вільно поширюваних АГХ ці коливання мають певний зсув фаз, величина якого залежить від спектральних властивостей. Отримані результати надають змогу за експериментальними вимірами одразу визначити, до якого типу хвиль відноситься спостережуване атмосферне збурення. За експериментальними даними здійснено перевірку запропонованого способу визначення спектральних характеристик АГХ. Використано вимірювання параметрів атмосферних АГХ у полярних областях на супутнику Dynamics Explorer 2.