Основная научная проблема, на решение которой направлен проект:
Построение детальной численной модели высокоширотной ионосферы, как основы мониторинга и
прогнозирования состояния этой области.
Конкретные задачи в рамках проблемы, на решение которой направлен проект:
1) Численное описание пространственно-временной многомасштабной структуры высокоширотных
ионосферных возмущений, вызванной высыпаниями авроральных частиц.
Особенностью высокоширотной ионосферы является существенный вклад ионизирующих атмосферу
потоков энергичных частиц, формирующихся в переходных динамических процессах в магнитосферной
плазме под воздействием солнечного ветра. Разнообразная структура потоков энергичных частиц
наглядно отображается в формах полярных сияний. При этом диапазон охватываемых масштабов по
пространству лежит между размером ночной ионосферы (10 тыс.км) и характерным гирорадиусом
энергичных электронов (сотни метров), по времени задействованы масштабы от нескольких дней
(магнитная буря), до долей секунд (физико-химические процессы в ионосфере). В значительной
степени физические процессы, проходящие в этой области, изучены, однако построение детальной
динамической модели магнитосферно-ионосферной системы в реальном солнечном ветре ещё далеко от завершения.
Многие играющие важную роль процессы имеют только вероятностное описание, взаимосвязи между
отдельными процессами (неустойчивостями плазмы) на разных пространственно-временных масштабах
приводят к каскадным процессам, к формированию диссипативных структур. Численное описание структур
в динамике позволит продвинуться в задачах мониторинга и прогнозирования состояния высокоширотной ионосферы.
2) Характеристики влияния пространственной ионосферной структуры на прохождение электромагнитных
волн естественного и искусственного происхождения.
Ионосферные неоднородности электронной концентрации влияют на прохождение электромагнитных волн
в широком частотном диапазоне, что может быть использовано для мониторинга состояния ионосферы.
Риометрическое поглощение, поглощение волн КНЧ/ОНЧ диапазона, сцинтилляции сигналов навигационных
систем зависят от высоты и структуры ионосферных неоднородностей. Прямое численное моделирование
и анализ натурных наблюдений даст характеристики влияния пространственной ионосферной структуры
на прохождение электромагнитных волн, что необходимо для мониторинга состояния высокоширотной
ионосферы при отсутствии оптических наблюдений.
Ожидаемые результаты по годам:
2022 г.:
- Результаты отбора типичных авроральных событий разного масштаба в различных секторах MLT.
- Результаты анализа отобранных событий: привязка к параметрам солнечного ветра, фазе переходного процесса, физическим магнитосферным доменам и границам (с привлечением дополнительных данных со спутников Van-Allen Probe, ARASE, Themis и т.д.), определение характеристик пространственной структуры полярных сияний в динамике (учитывая вклад детерминированных регулярных, фрактальных и периодических структур).
- Для выбранных конкретных событий низкочастотных излучений различных типов будет проанализирована связь высыпаний электронов с неоднородностями и градиентами холодной плазмы в магнитосфере, зарегистрированными на спутниках Van Allen Probes, CLUSTER, THEMIS, Arase.
- Результаты исследования влияния экстремально высоких и экстремально низких уровней кинетической энергии солнечного ветра на характеристики и структуру ночных авроральных высыпаний.
- Предварительная рабочая модель авроральных ионосферных возмущений (вариант модели аврорального овала с детализацией в зависимости от параметров солнечного ветра и уровня возмущения магнитосферы).
2023 г.:
- Результаты дополнительного отбора типичных событий авроральных событий разного масштаба в различных секторах MLT.
- Результаты анализа отобранных событий: привязка к параметрам солнечного ветра, фазе переходного процесса, физическим магнитосферным доменам и границам (с привлечением дополнительных данных со спутников Van-Allen Probe, ARASE, Themis и т.д.), определение характеристик пространственной структуры полярных сияний в динамике (учитывая вклад детерминированных регулярных, фрактальных и периодических структур).
- Результаты статистической обработки и обобщения полученных характеристик– построение эмпирической модели структуры переходного процесса в полярных сияниях.
- Результаты моделирования прохождения волн КНЧ/ОНЧ диапазона из магнитосферы в ионосферу при наличии ионосферных неоднородностей с типичными распределениями по масштабу.
- Детализация предварительной модели авроральных ионосферных возмущений.
- Результаты моделирования прохождения волн метрового диапазона в ионосфере при наличии ионосферных неоднородностей с типичными распределениями по масштабу.
2024 г.:
-
Результаты построения эмпирической модели структуры переходного процесса в полярных сияниях с параметризацией характеристиками солнечного ветра и положением магнитосферных доменов и границ. Численная реализация этой модели на сервере института.
- Результаты исследования связи структуры мелкомасштабных неоднородностей ионосферы выше F-слоя, рассчитанной по данным наземных наблюдений авроральных хиссов, и структуры неоднородностей F- и Е-слоев ионосферы, оцененной по данным сцинтилляций сигналов ГЛОНАСС/GPS спутников.
- Результаты моделирования прохождения волн метрового диапазона в ионосфере при наличии ионосферных неоднородностей с типичными распределениями по масштабу.