Космические циклотронные мазеры (стр. 3 из 3)

Рис. 4. Частотные зависимости модуля коэффициента отражения альвеновских волн R(w) от ионосферы и логарифмического усиления волн G(w) при однократном прохождении радиационного пояса в протонном мазере (мгновенная картина).

Как видно из рис.4, при таком дрейфе R(w, t) относительно G(w) возможна ситуация, когда величина G – |lnR| по мере возбуждения волн в космическом циклотронном мазере не уменьшается, а растет, пока максимум G(w) в процессе дрейфа кривой не встретится с ближайшим максимумом R(w, t). Когда полное усиление мазера ведет себя подобным образом, последний переходит в автоколебательный режим пичковой генерации. С данным режимом удается связать широкий класс наблюдаемых короткопериодных геомагнитных пульсаций типа “жемчужины” в диапазоне Рс 1 (0.1-5 Гц - см. рис. 5).

Рис. 5. Примеры динамических спектров в диапазоне короткопериодных геомагнитных пульсаций (Pc 1), которые удается объяснить на основе автоколебательного режима генерации в протонном мазере. Борок (Ярославская обл.) и Кергелен (Kerguelen - остров в южной части Индийского океана, владение Франции) - названия наблюдательных пунктов. Заметим, что эти пункты находятся в противоположных полушариях в окрестности одной и той же силовой линии магнитного поля (как говорят, они магнитно сопряжены)

О недосказанном

Мы видим, что разработанная теория функционирования космического циклотронного мазера в магнитосфере Земли находит убедительное экспериментальное подтверждение. Удается количественно объяснить самые разные типы электромагнитных излучений, которые приходят к нам из ближнего космоса. Космический циклотронный мазер играет ключевую роль в понимании динамики радиационного пояса Земли и количественной интерпретации процессов высыпания частиц высоких энергий в верхнюю атмосферу. Аналогичные процессы наблюдаются и в радиационных поясах других планет.

В то же время остаются очень важные и не понятые до конца проблемы объяснения тонкой структуры излучения. Новые подходы к их решению предложены в работах [6-7]; они опираются на то, что в процессе развития циклотронной неустойчивости деформируется функция распределения электронов радиационных поясов, возникают движущиеся ступени - своеобразные ударные волны в фазовом пространстве скоростей. При этом возможны новые режимы генерации волн в космическом мазере, способные объяснить возникновение дискретных КНЧ-ОНЧ излучений, пример которых показан на рис. 2, в.

За пределами данной статьи остались и чрезвычайно интересные новые приложения теории к таким объектам, как активные области в солнечной короне и атмосферах звезд. Условия существования плотной плазмы, которые там реализуются, радикально меняют динамику мазера, приводя к возникновению взрывных явлений в генерации волн и обмену энергией между горячей и холодной компонентами плазмы [8]. Но об этом - как-нибудь в другой раз.

Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований. Проект 99-02-16175.

Список литературы

1. Гапонов-Грехов А.В., Петелин М.И. Мазеры на циклотронном резонансе // Наука и человечество. М., 1980. С.283-290.

2. Тверской Б.А. Динамика радиационных поясов Земли. М., 1968.

3. Helliwell R.A. Whistlers and Related Ionospheric Phenomena. Standford, 1965.

4. Беспалов П.А., Трахтенгерц В.Ю. Альвеновские мазеры. Горький, 1986.

5. Demekhov A.G., Trakhtengerts V.Y. // Journal of Geophysical Research. 1994. V.99. P.5831-5841.

6. Trakhtengerts V.Y. // Journal of Geophysical Research. 1995. V.100. P.17205-17210.

7. Демехов А.Г., Трахтенгерц В.Ю. // Изв. вузов. Радиофизика. 2001. Т.44. №1-2. С.111-126.

8. Трахтенгерц В.Ю. // Изв. вузов. Радиофизика. 1996. Т.39. С.699-712.