Глава 2. Постановка эксперимента

Для создания возмущенной области ионосферы (генерации искусственного оптического свечения и радиоизлучения) с помощью излучения мощной коротковолновой радиоволны использовался радиопередающий комплекс стенда «Сура» (географические координаты 56,13° с.ш, 46,10° в.д, восточное магнитное склонение ? 10,5°, магнитное наклонение ? 71.5°). Первые эксперименты на стенде проводились в 80-х годах [3] с помощью оптического телескопа Казанского государственного университета, в 90-х годах - с использованием цифровых ФПЗС-камер американских и английских ученых [8,11]. В течение 2006-2008 г.г. на стенде «Сура» был создан собственный комплекс аппаратуры для исследований искусственного оптического свечения. В его состав входят четыре специально изготовленных фотометра и цифровая телевизионная ФПЗС-камера S1C/079-FP(FU). Однако в силу низкой активности Солнца, и следовательно, низких критических частот ионосферы в течение 2006-2009 гг. искусственное ионосферное свечение наблюдалось всего лишь однажды 29 августа 2009 г. в течение нескольких циклов нагрева. Первая удачная серия исследований с использованием созданного фотометрического комплекса была проведена в марте 2010 года.

Эксперимент проводился следующим образом: стенд «Сура» излучал вертикально вверх или под углом 12° к югу от вертикали в плоскости магнитного меридиана мощную радиоволну на частоте 4.3 МГц. Воздействие на ионосферу осуществлялось во временном режиме чередования длинных импульсов с короткими паузами и коротких импульсов, в темное время суток, в период новолуния при критической частоте F-области ионосферы, превышающей значение 4.3 МГц - минимальную рабочую частоту стенда «Сура». Эффективная мощность излучения составляла 120 МВт. Временной ход излучаемого излучаемого сигнала показан схематически на рисунке 4.

Рис.4. Схема временного хода сигнала стенда «Сура».

Длительность коротких пауз составляла 0.03 с, период повторения - 1 с, длительность коротких импульсов - 0.05 с, период повторения - 3 с. Реально наблюдения проводились 15-18 марта, после 19:00 московского времени (16:00 UT).

Ширина диаграммы направленности излучающей системы стенда «Сура» на частоте 4.3 МГц составляет ? 12° при вертикальном излучении и приблизительно на 1-2° шире для угла наклона луча примерно на 12°. Полный нагревный цикл излучения во все дни исследований составлял 6 минут. 15 марта длительность квазинепрерывной посылки составляла 2 мин., длительность излучения коротких импульсов - 4 мин.; 16 марта соответственно -- 1.5 мин. и 4.5 мин. ; 17 марта сначала использовалась длительность квазинепрерывной посылки 2 мин. (до 20:31 LT), затем 3 мин. (до 21:07 LT), а после этого снова 2 мин. Время начала эксперимента определялось уменьшением (после захода Солнца) сигнала с фотометров при открытых крышках ниже уровня насыщения (это происходит приблизительно через 1.5 часа после захода Солнца, Солнце при этом находится на ? 9є ниже горизонта).

Для регистрации оптического свечения использовалась следующая аппаратура: (а) цифровая телевизионная ФЗПС камера S1C/079- FP(FU) для регистрации черно-белых изображений с низким уровнем освещённости, оснащенными светофильтром на длину волны 630.0 нм и светосильным объективом NC-2 ; (б) 2 фотометра с полем зрения ~ 7є со светофильтрами на длины волн 630.0 нм и 557.7 нм с постоянной времени интегрирования 1 мс. Выходные сигналы с камеры S1C/079- FP(FU) подавались через специализированный PCI-адаптер на компьютер Pentium-4, где и записывались. Выходные сигналы в фотоэлектронном умножителе фотометров регистрировались с помощью АЦП с частотой оцифровки 1 кГц.

Камера S1C/079- FP(FU) представляет собой фотоприемное устройство с числом эффективных пикселей 578х576, с размером пикселя 22х22 мкм. Спектральная чувствительность составляет 58% на длине волны л=630 нм.

Во время наблюдений на камеру был установлен светосильный объектив NC-2 с диаметром входной линзы 34 мм и фокусным расстоянием 35 мм, снабженный интерференционным светофильтром на длину волны 630 нм (линия O¹D атомарного кислорода) с шириной полосы пропускания 10 нм и коэффициентом пропускания 77%. Луч передающей антенны стенда «Сура» был ориентирован 15 марта и 16 марта вертикально в зенит, 17 марта был наклонен на юг на 12° к вертикали в плоскости магнитного меридиана. Поляризация излучаемой волны - обыкновенная. Следует отметить, что в соответствии с рельефом местности, диаграмма направленности стенда «Сура» имеет регулярный сдвиг наклона диаграммы на 2° к югу, что учитывалось нами при анализе данных. Одновременно с измерением оптического свечения производилось снятие ионограмм каждые 10 мин для определения ионосферной обстановки. Однако некоторые ионограммы, полученные в ходе работы на установке «Сура», было невозможно проанализировать вследствие сильного аномального поглощения сигнала ионозонда во время воздействия волны накачки. В соответствии с анализом ионограмм отражение волны накачки и, следовательно, взаимодействие волны накачки с плазмой происходило на высотах порядка 250-270 км. В задачу дипломной работы входила обработка и предварительный анализ предоставленных мне данных эксперимента по регистрации искусственного оптического свечения с помощью ФПЗС камеры, а также сопоставление полученных результатов с результатами работы 2007 г., где были обнаружены некоторые закономерности поведения пятна искусственного свечения в красной линии.