Прямые измерения

Прямые методы измерения параметров магнитосферы включают стратосферные

исследования, ракеты и спутники. Как правило, это измерения комплексные, каждый

аппарат имеет на борту целую группу приборов, и поэтому в данном разделе, в отличие от

предыдущих, мы не можем выделить какое-то одно научное направление. На отдельном

сайте мы дадим описание нескольких комплексных проектов.

Стратосферные исследования исторически наиболее древние: собственно уже на

первом полете аэростата открытого типа, шарльере, его изобретатель парижский

профессор Шарль проводил измерения температуры воздуха и атмосферного давления

(1883г.).

Ракетные исследования начали развиваться в послевоенное время с появлением

соответствующих средств подъема. В СССР это были в основном метеорологические

ракеты, и попытки использовать ракеты для магнитосферных исследований не дали

больших результатов. За рубежом были созданы научные ракетные полигоны - на Аляске

в США и в Кируне, Швеция, европейский ракетно-аэростатный полигон ESRANGE.

С появлением спутников многие экспериментальные группы оставили или резко

сократили аэростатные и ракетные программы и перешли на создание спутниковой

аппаратуры. Собственно общая или близкая по принципу действия аппаратура, как

научная, так и вспомогательная, служебная, и объединяет все эти три направления.

Перечислим основные группы приборов.

Датчики заряженных частиц, начиная от простейших счетчиков Гейгера до

сложных систем типа калориметра Григорова, составляют большую разветвленную

группу инструментов, сведения о которых мы будем накапливать в специальном сайте

" приборы для измерения частиц".

Магнитометры являются непременной частью каждого спутника и каждой научной

подвески аэростата. Они несут и чисто научную нагрузку и служат вспомогательными

датчиками ориентации (например, отслеживая вращение аэростата). Как правило, это

феррозондовые датчики (flux-gate magnetometers), обладающие большим диапазоном

измерений и высокой чувствительностью.

Электрическое поле в стратосфере и магнитосфере измерять очень важно и очень

трудно. Трудно потому, что из-за низкой проводимости среды приходится применять

датчики с очень высоким внутренним сопротивлением, кроме того, чтобы измерить

слабое электрическое поле, приходится датчики разносить на расстояние до нескольких

десятков метров. Кроме того, сам спутник вносит искажение в локальную структуру поля,

на корпусе может накапливаться статический заряд, к тому же и само поле очень

изменчиво. Все это создает сложности при интерпретации результатов измерений. Тем не

менее нам известно довольно много о крупномасштабной структуре электрического поля.

На рис 1p приводится картина распределения напряженности электрического поля

поперек хвоста магнитосферы, измеренный на спутнике OGO-6: в центральной части

хвоста поле направлено с утра на вечер, а на флангах - в обратную сторону, что

соответствует конвективному переносу плазмы к Земле в центре и от Земли - вдоль

границы с магнитопаузой.

Полярные сияния рассмотреть сверху стало возможным сначала как побочный

результат работы американских шпионских спутников серии DMSP, имевших полярную

орбиту и линейку фотодатчиков, сканирующих ночную картину освещенности

поверхности Земли.

Позднее уже на научных спутниках были установлены специальные датчики полярных

сияний, при этом использование ультрафиолетового диапазона позволило различать

сияния и на дневной, освещенной Солнцем, части авроральной зоны.

Риометр (Relative Ionospheric Opacity meter).

Специальный радиоприемник для непрерывного измерения уровня поглощения

космического радиошума в слое D ионосферы Земли. Используется для мониторинга

высыпающихся а атмосферу авроральных электронов и протонов солнечного

происхождения.

Рис. 2. Риометр: схема, результат.

Риометр работает в диапазоне 15-50 Мгц (стандартная частота 32 Мгц). Принцип

работы основан на сравнении излучения, принимаемого антенной типа " волновой канал" с

излучением шумового диода. Риометр был изобретен американскими геофизиками

Лейнбахом и Чиверсом в пятидесятые годы и используется на десятках станций

преимущественно в высоких широтах.