Ионосфера — это слой в верхних слоях атмосферы Земли, расположенный на высоте от 50 до 1000 километров. Он состоит из заряженных частиц: ионов (атомов, которые приобрели или потеряли отрицательно заряженный электрон) и свободных электронов. Ионосфера изменяет траекторию электромагнитных волн, достигающих её, включая радиосигналы и сигналы GPS, поэтому её изучение полезно для понимания систем связи и навигации.
Один из способов изучения ионосферы — воздействие на неё мощными радиоволнами, посылаемыми с земли, чтобы увидеть, как она реагирует. В местах, где волны достигают ионосферы, они временно нагревают её, изменяя плотность заряженных частиц и создавая нерегулярные паттерны, которые можно обнаружить по тому, как они рассеивают радиосигналы. Изучая эти неоднородности, известные как искусственные периодические неоднородности (API), учёные могут узнать больше о составе и поведении ионосферы.
Однако такие факторы, как космическая погода и солнечная активность, могут препятствовать как формированию, так и обнаружению API. В статье, опубликованной в журнале Radio Science, Ла Роза и Хайселл стремились повысить надёжность и полезность метода исследования API, изучая формирование API во всех трёх основных областях ионосферы: D, E и F. Предыдущие методы были сосредоточены только на формировании API в области E.
Для этого исследователи вернулись к данным, собранным в апреле 2014 года на объекте программы высокочастотных активных авроральных исследований (HAARP) на Аляске. Радиопередатчики HAARP создавали небольшие возмущения в ионосфере, а приёмники на объекте фиксировали возникающие рассеянные радиосигналы.
Первоначальный анализ данных 2014 года выявил некоторые API в области E, но эта группа исследователей переработала данные с более высоким разрешением. Этот повторный анализ позволил им впервые задокументировать одновременное присутствие API во всех трёх областях, вызванное одним радиоимпульсом.
Формирование API в каждой из трёх областей определяется различным набором механизмов, включая химические взаимодействия, эффекты нагрева и силы, изменяющие плотность заряженных частиц; эта изменчивость затрудняла разработку автономной модели формирования API по всей ионосфере.
Чтобы решить эту задачу, исследователи расширили модель, ранее созданную для описания формирования API в области E, включив в неё соответствующие механизмы для областей D и F. В ходе имитационных испытаний модель успешно воспроизвела поведение, наблюдаемое во всех трёх областях. Эта модель может помочь углубить понимание физических процессов, происходящих в ионосфере.
Предоставлено Американским геофизическим союзом.