Уистлер (радио)

ОНЧ- спектрограмма электромагнитной свистовой волны, полученная Стэнфордского университета приемником волн группы ОНЧ станции Палмер на в Антарктиде .

Свист , – это очень низкой частоты (ОНЧ) электромагнитная (радио) волна генерируемая молнией . Частоты наземных свистов составляют от 1 до 30 кГц, с максимальными частотами обычно от 3 до 5 кГц. Хотя это электромагнитные волны, они возникают на звуковых частотах и ​​могут быть преобразованы в звук с помощью подходящего приемника . Они производятся ударами молний (в основном внутриоблачными и обратными), когда импульс распространяется вдоль силовых линий магнитного поля Земли от одного полушария к другому. Они подвергаются дисперсии в несколько кГц из-за более медленной скорости прохождения более низких частот через плазменную среду ионосферы и магнитосферы . При этом они воспринимаются как нисходящий тон, который может длиться несколько секунд. Изучение свистящих сигналов подразделяет их на типы «Чистая нота», «Диффузия», «2-хоп» и «Эхо-последовательность».

Космические аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер -2» обнаружили в окрестностях Юпитера активность, подобную свисту , известную как «Юпитерианские свистящие люди». поддерживая визуальные наблюдения молний, ​​сделанные «Вояджером-1».

Земли Свисты были обнаружены в магнитооболочке , где их часто называют «львиным рыком» из-за их частот от десятков до сотен Гц.

Источники

Импульс электромагнитной энергии грозового разряда, создающий свисты, содержит широкий диапазон частот ниже электронной циклотронной частоты . Из-за взаимодействия со свободными электронами в ионосфере волны становятся высокодисперсионными и подобно направленным волнам следуют линиям геомагнитного поля. Эти линии обеспечивают полю достаточное фокусирующее влияние и препятствуют рассеянию энергии поля. Их траектории выходят в космическое пространство на расстояние, в 3–4 раза превышающее радиус Земли в плоскости экватора, и приносят энергию разряда молнии на Землю в точку в противоположном полушарии, которая является магнитным сопряжением положения радиоизлучения для свистуны. Отсюда свистовые волны отражаются обратно в то полушарие, из которого они стартовали. Энергия почти идеально отражается от поверхности земли 4 или 5 раз с увеличением дисперсии и уменьшением амплитуды. На таких длинных путях скорость распространения энергии составляет от с/10 до с/100 (где с — скорость света), а точное значение зависит от частоты.

Модулированный нагрев нижней части ионосферы с помощью ВЧ-нагревателя также можно использовать для генерации ОНЧ-волн, которые возбуждают распространение свистовых мод. Путем передачи мощных ВЧ-волн с модулированной огибающей мощности ОНЧ в ионосферу D-области можно модулировать проводимость ионосферной плазмы. Эта модуляция проводимости вместе с естественными электроструйными полями создает виртуальную антенну, излучающую на частоте модуляции. Массив высокочастотных нагревателей HAARP использовался для возбуждения ОНЧ-сигналов свистового режима, обнаруживаемых в точке магнитного сопряжения, при этом в полученных ОНЧ-данных видно до 10 скачков.

История

Свисты, вероятно, были услышаны еще в 1886 году на длинных телефонных линиях, но самое четкое раннее описание было сделано Генрихом Баркхаузеном в 1919 году. Британский ученый Ллевелин Роберт Оуэн Стори продемонстрировал свисты, генерируемые молниями, в своей докторской диссертации 1953 года . Примерно в то же время Стори предположил, что существование свистов означает, что плазма присутствует в атмосфере Земли и что она перемещает радиоволны в том же направлении, что и силовые линии магнитного поля Земли . Из этого он сделал вывод, но не смог окончательно доказать существование плазмосферы , тонкого слоя между ионосферой и магнитосферой . В 1963 году американский учёный Дон Карпентер и советский астроном Константин Грингауз — независимо друг от друга, причем последний использовал данные космического корабля «Луна-2» , — экспериментально доказали существование плазмосферы и плазмопаузы , основываясь на идеях Стори.

Американский инженер-электрик Роберт Хелливелл также известен своими исследованиями свистунов. Хелливелл и один из его студентов, Джек Маллинкродт, исследовали шум молнии на очень низких радиочастотах в Стэнфордском университете в 1950 году. Маллинкродт услышал некоторые свистящие звуки и обратил на них внимание Хелливелла. Как вспоминал Хелливелл в статье в октябрьском номере журнала Stanford Engineer за 1982 год , он сначала подумал, что это артефакт , но вместе с Маллинкродтом стоял на радиодежурстве, пока сам не услышал свистки. Хелливелл описал эти звуки как «странные, странные и невероятные, как летающие тарелки» в статье 1954 года в газете Palo Alto Times . Хелливелл пытался понять механизм образования свистящих сигналов. Он проводил эксперименты на заставе ОНЧ- станции Сипл в Западной Антарктиде , действовавшей с 1971 по 1988 год. Поскольку длина волны ОНЧ-радиосигналов очень велика ( частота 10 кГц соответствует длине волны 30 километров (19 миль)), станция Siple имела антенну длиной 13 миль (21 км). Антенна использовалась для передачи радиосигналов ОНЧ в магнитосферу Земли для обнаружения в Канаде . Эти сигналы можно было ввести в магнитосферу, поскольку ионосфера прозрачна для этих низких частот.

Этимология

Свистуны были названы британскими времен Первой мировой войны . радистами На широкополосной спектрограмме наблюдаемой характеристикой свиста является то, что тон быстро снижается в течение нескольких секунд — почти как свист человека или приближающаяся граната — отсюда и название «свистящие».

Номенклатура

Тип электромагнитного сигнала, распространяющегося в волноводе Земля-ионосфера , известный как радиоатмосферный сигнал или сферический сигнал , может выйти за пределы ионосферы и распространиться наружу в магнитосферу. Сигнал склонен к распространению в режиме отражения, отражаясь взад и вперед на противоположных сторонах планеты, пока полностью не затухает. Чтобы уточнить, в какой части этого шаблона переходов находится сигнал, он задается числом, указывающим часть пути отражения, на которой он находится в данный момент. На своем первом восходящем пути он известен как 0+. После прохождения геомагнитного экватора его называют 1−. Знак + или - указывает на восходящее или нисходящее распространение соответственно. Цифра обозначает текущий полуотскок. Отраженный сигнал переобозначается 1+, пока снова не пройдет геомагнитный экватор; тогда это называется 2−, и так далее.

См. также

• Хор рассвета (электромагнитный)
• Электромагнитная электронная волна
• Шипение (электромагнитное)
• Атмосферный шум
• Радио атмосферное
• Геликон (физика)

Соответствующий космический корабль

• Advanced Composition Explorer (ACE), запущенный в 1997 году, до сих пор работает.
• FR-1 , запущенный в 1965 году, один из первых космических аппаратов для измерения ионосферных и магнитосферных ОНЧ-волн, вышедший из строя, но все еще вращающийся вокруг Земли.
• Гелиос (космический корабль)
• MESSENGER (поверхность ртути, космическая среда, геохимия и дальнометрия), запущен в 2004 году, выведен из эксплуатации в 2015 году.
• Штормовые зонды радиационного пояса
• Обсерватория солнечной динамики (SDO), запущенная в 2010 году, до сих пор работает.
• Солнечная и гелиосферная обсерватория (SOHO), запущенная в 1995 году, работает до сих пор.
• Solar Maximum Mission (SMM), запущен в 1980 году, выведен из эксплуатации в 1989 году.
• Solar Orbiter (SOLO), запущен в феврале 2020 года, введен в эксплуатацию в ноябре 2021 года.
• Parker Solar Probe , запущенный в 2018 году, до сих пор работает.
• STEREO (Обсерватория солнечно-земных связей), запущенная в 2006 году, работает до сих пор.
• Transition Region and Coronal Explorer (TRACE), запущен в 1998 году, выведен из эксплуатации в 2010 году.
• «Улисс» (космический корабль) , запущен в 1990 году, выведен из эксплуатации в 2009 году.
• WIND (космический корабль) , запущен в 1994 году, работает до сих пор.

Дальнейшее чтение

• Руководство для начинающих по природным явлениям ОНЧ-радио – вторая часть.
• Проект INSPIRE - Исследование сверхнизкочастотного естественного радио (портфельная образовательная программа НАСА).
• Хелливелл, Роберт А. (1958). «Свистящие сигналы и ОНЧ-излучения» . В Одишоу, Хью; Руттенберг, Стэнли (ред.). Геофизика и МГГ: материалы симпозиума по случаю открытия Международного геофизического года . стр. 35–44.

• Ромеро, Р. (2008). Радио Природа . Поттерс-Бар: Радиосообщество Великобритании . ISBN  978-1-905086-38-2 .