Техника - молодёжи 1987-10, страница 17

сти эти природные эффекты оказалось очень сложно. (Искусственные сигналы, да и то небольшой амплитуды, удавалось возбудить в ионосферной плазме лишь исключительно энергоемким путем — локальным разогревом электронной компоненты плазменного газа при помощи модулированного излучения мощных радиопередатчиков, а также с помощью пучков частиц, излучаемых с ракет или спутников.) А наука без хорошо поставленного модельного эксперимента развиваться не может. Рассказу о таких вот экспериментах, лабораторным полем которых является вся планета, и посвящена наша статья.

Зададимся на первый взгляд странным вопросом: может ли быть магнитосфера в сейсмическом шоке? Казалось бы, трудно подыскивать дисциплины более разнородные, чем наука о том, что происходит глубоко под землей, и наука о процессах, которые идут высоко над поверхностью планеты. Тем не менее причудливые пути научных поисков привели к пересечению интересов сейсмологов и специалистов по околоземному космическому пространству и даже к проведению ими совместных глобальных геофизических экспериментов.

Именно землетрясения подсказали исследователям простой способ искусственной генерации электромагнитных возмущений в ближнем космосе. Уже при первых попытках радиозондажа ионосферы ученые заметили, что крупным подвижкам земной коры сопутствует появление специфических аномалий «наверху».

Физический механизм процесса оказался довольно прост. Колебания земной поверхности возбуждают в атмосфере акустические волны, которые распространяются до самых верхних слоев газовой оболочки Земли. Наблюдается интересный парадокс. Амплитуда звукового возмущения (то есть амплитуда «дрожания» вовлеченных в движение молекул газа) не убывает, а нарастает с высотой. Поднимаясь все выше, звуковые волны «вырываются на простор» ионосферы. В разреженном воздухе атомы-камертоны уже не прижимаются друг к дружке столь плотно, как в нижних слоях, у поверхности Земли. Атом атому не мешает звучать.

Нейтральные частицы вовлекают в движение и ионизированные атомы. «Ионный звук» сопровождается удивительными эффектами. Возникают токи, неоднородности структуры, в том числе довольно сложные электрически заряженные газовые образования. (Причина их возникновения в том, что электроны и ионы имеют разную подвижность.)

В итоге структура радиосигнала, отраженного от ионосферы и случайно совпавшего по времени с землетрясением, начинает дробиться и распадаться на отдельные фрагменты. Это происходит по мере того, как в ионосфере распространяются акустические возмущения.

Сейсмическая волна бежит в земле со скоростью от 1 до 10 км/сек. «Эхо» крупного землетрясения расходится тысяч на десять километров, порождая на своем пути «отклики» в ионосфере. Так была зафиксирована девиация (изменение) частоты радиосигнала на обсерватории Боулдер, удаленной на 4 тыс. км от эпицентра аляскинского землетрясения. Девиация возникла из-за эффекта Доплера при отражении луча от колеблющейся ионосферы.

Явление легло в основу предложенного японскими учеными метода прогноза цунами. Система установок наклонного (луч направляется под углом к зениту) доп-леровского зондирования постоянно следит за состоянием ионосферы над Тихим океаном. Появление характерного ионосферного возмущения над эпицентром подводного землетрясения служит предупреждением о возможном подходе мощной океанской волны.

Но землетрясения не происходят по заказу. Использовать их в качестве источника модельного воздействия на ионосферу нельзя. Зато есть другой, вполне предсказуемый источник акустических колебаний — мощные промышленные взрывы, которые применяют при строительстве плотин и каналов, рудных разработках и т. п. Научные результаты станут в этом случае «побочным продуктом» строительства и не потребуют практически никаких специальных затрат.

Эта идея и легла в основу серии экспериментов, организованных и проведенных рядом институтов Академии наук.

Участники работ поставили задачу: детально изучить картину распространения интенсивной акустической волны до высот ионосферы, поймать отклик ионосферы на различных удалениях от места взрыва, оценить возможность трансформации акустической волны в колебания другого типа.

Исключительно широк был диапазон экспериментальных методов. Ученые использовали обширную сеть наземных установок радиозондирования ионосферы, большое число инфразвуковых датчиков. Кроме того, наблюдения велись на радиотрассах, проходящих вблизи района взрыва, проводилась регистрация электромагнитных излучений. Даже те атмосферные сигналы, которые уходили в открытый космос, были перехвачены учеными (над ионосферой, на высоте порядка 800 км). «Высотную миссию» обеспечивал спутник «Ореол-3» в рамках советско-французского проекта.

Время взрывов подбиралось так, чтобы к моменту прихода акустической волны в ионосферу (то есть через 5 минут после взрыва) спутник пролетал бы вблизи силовой линии геомагнитного поля, проходящей через эпицентр взрыва. Наблюдательная сеть, использованная при одном из первых взрывов, показана на рисунке.

О результатах экспериментов можно рассказывать долго. Они дали «информацию к размышлению» специалистам в самых разных областях геофизики. Например, атмосферщикам удалось расширить представления о возможностях дальнего распространения инфразвука. А вот ионосферщики столкнулись, по-видимому, со «следами» каких-то новых типов волн, которые бегут по ионосфере с необычными скоростями.

Здесь, пожалуй, стоит сделать небольшое отступление. До сих пор физики-атмосферщики имели дело только со звуковыми волнами, скорость распространения которых на больших высотах что-то около 0,5 км/сек. У плазменщи-ков, напротив, были свои единицы отсчета — тысячи км/сек. Так быстро распространяются магнитные возмущения в плазме (так называемые альвеновские моды).

Однако во время экспериментов поймали очень странный импульс. Для звукового (скорость незнакомца составляла десятки км/сек) он был слишком резв, до альвенов-

15