Локализация плазменных слоев в ионосфере Венеры по данным двухчастотного радиопросвечивания Фрязинский филиал Учреждения Российской академии наук Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН Гаврик А.Л., Гаврик Ю.А., Самознаев Л.Н., Копнина Т.Ф.

Mariner-5 2 Mariner-10 2 Pioneer-Venus >200 Венера-15, Magellan 20 Venus-Express >120 Венера-9, Число солнечных пятен Год Количество сеансов радиопросвечивания Количество сеансов радиопросвечивания ~600

Cхема эксперимента двухчастотного радиопросвечивания на трассе спутник Bенеры наземная антенна Высотный профиль электронной концентрации в ионосфере Венеры N(h), см -3 Изменение мощности радиосигналов в ионосфере и атмосфере Х СМ Х ДМ 8 см 32 см Изменение частоты сигнала в ионосфере f ДМ 32 см Длительность сеанса радиопросвечивания 1 … 20 минут атмосфера Результаты измерений на Земле

Analog-digital converter 550 Hz Схема приема и регистрации когерентных сигналов 32 см и 8 см в экспериментах со станциями ВЕНЕРА-15,-16 Количество сеансов радиопросвечивания Диапазон зенитных углов Солнца 51 o < Z O < 160 o Интенсивность излучения Солнца F – 135 Дальность Венера – Земля 77 – 250 млн. км 32 см 8 см г. Евпатория dispersion interferometer г. Фрязино Closed-loop system of Tape-recorder

Высота над поверхностью Венеры, км Концентрация электронов в дневной ионосфере Венеры, см -3 Высотные профили электронной концентрации N(h), полученные с помощью станций ВЕНЕРА-15, г г г стабильность г г г изменчивость г г г стабильность г г г изменчивость

4·10 5 2· · · · ׀ ׀ ׀ ׀ ׀ Контурная карта высотного распределения электронной концентрации в дневной ионосфере Венеры для зенитных углов Солнца от 51 0 до 91 0 по данным станций ВЕНЕРА-15,-16 Зенитный угол Солнца, град. Высота над поверхностью Венеры, км.

Теория образования дневной ионосферы Венеры Исследуется турбулентная структура Обнаружено расслоение ионосферы Исследуются выявленные радиоэффекты Обнаружена нижняя ионосфера

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ Справедливы следующие приближения: Из выражений для p(t), (t), X(t) получен важный вывод: Известные приближенные соотношения Прицельный параметр радиолуча Н – высота прямолинейного радиолуча Угол рефракции радиолуча Δf – изменение частоты в ионосфере ΔF – изменение частоты в атмосфере Рефракционное ослабление мощности L – расстояние от КА до перицентра радиолуча V – скорость захода КА за планету Электронная концентрация в ионосфере f – частота зондирующего сигнала Вариации рефракционного ослабления совпадают с вариациями градиента частоты

Методика анализа экспериментальных данных - Высокоточное измерение частот ДМ- и СМ- сигналов - Формирование f(t)= 16/15* {Δf дм (t) Δf см (t) 4 }, приведенной разности частот Влияет: только плазма Δf дм = 4*Δf см Исключаются: нестабильность генераторов ΔF дм = ΔF см 4 погрешности траекторных данных ΔF дм = ΔF см 4 влияние нейтральной атмосферы ΔF дм = ΔF см 4 - Определение из f(t) влияния плазмы на изменение частоты ДМ-сигнала Δf(t) Высота линии прямой видимости спутника h, км изменение частоты ДМ-сигнала в дневной ионосфере Венеры При отсутствии плазмы частота 0 Гц Среднеквадратичное значение флуктуаций от до 0.03 Гц Δf, Гц

Методика анализа экспериментальных данных (продолжение) - Корреляция рефракционного ослабления двух сигналов Х ДМ (t) Х СМ (t) при отсутствии корреляции амплитудных и частотных данных Х ДМ (t) Х f (t) свидетельствует о влиянии регулярных структур нейтральной атмосферы Высота линии прямой видимости спутника h, км Рефракционное ослабление ДМ- сигнала в атмосфере Рефракционное ослабление СМ- сигнала в атмосфере Корреляция рефракционных ослаблений ДМ- и СМ-сигналов в атмосфере слои в атмосфере На ночной стороне влияние ионосферы незаметно Х10Х10

Методика анализа экспериментальных данных (продолжение) - Корреляция рефракционного ослабления двух сигналов Х ДМ (t) Х СМ (t) при отсутствии корреляции амплитудных и частотных данных Х ДМ (t) Х f (t) свидетельствует о влиянии регулярных структур нейтральной атмосферы. Высота линии прямой видимости спутника h, км Рефракционное ослабление ДМ-сигнала в атмосфере Рефракционные эффекты в дневной ионосфере Рефракционное ослабление СМ-сигнала в атмосфере корреляция рефракционных ослаблений ДМ- и СМ-сигналов в атмосфере нет корреляции ДМ- и СМ-сигналов Х10Х10

Рефракционное ослабление ДМ-сигнала Рефракционное ослабление, вычисленное из частоты ДМ-сигнала корреляция вариаций Х дм и Х f в ионосфере Высота линии прямой видимости спутника h, км Х210Х210 Рефракционные ослабления Х дм и Х f в атмосфере различаются Методика анализа экспериментальных данных (продолжение) - Корреляция амплитудных и частотных данных Х ДМ (t) Х f (t) при отсутствии корреляции рефракционного ослабления двух сигналов Х ДМ (t) Х СМ (t) свидетельствует о влиянии регулярных структур ионосферы и уменьшает влияние шума ( для шума нет корреляции флуктуаций Х ДМ и Х f ). атмосфера

1 2 Х Высота линии прямой видимости спутника h, км Х ДМ и Х СМ : в атмосфере корреляция, в ионосфере корреляция отсутствует Х ДМ и Х f : в атмосфере нет корреляции, в ионосфере корреляция Δt =0.116 В ионосфере полное совпадение Х ДМ и Х f Выявлено расслоение ионосферы Эффект сильной фокусировки Обнаружена нижняя ионосфера Венеры Экспериментально установленные новые радиоэффекты РАДИОПРОСВЕЧИВАНИЕ ДНЕВНОЙ ИОНОСФЕРЫ ВЕНЕРЫ , выход станции ВЕНЕРА-15, зенитный угол Z O = Рефракционные ослабления сигналов Х ДМ, Х СМ и рассчитанные значения Х f Δt =0.058

Высота линии прямой видимости спутника h, км Х Рефракционные ослабления сигналов Х ДМ, Х СМ и рассчитанные значения Х f Регулярное существование выявленных радиоэффектов Сильная фокусировка В ионосфере полное совпадение Х ДМ и Х f Обнаружена нижняя ионосфера Венеры Выявлено расслоение ионосферы РАДИОПРОСВЕЧИВАНИЕ ДНЕВНОЙ ИОНОСФЕРЫ ВЕНЕРЫ , выход станции ВЕНЕРА-15, зенитный угол Z O = Δt =0.116 Δt =0.058 Х ДМ и Х СМ : в атмосфере корреляция, в ионосфере корреляция отсутствует Х ДМ и Х f : в атмосфере нет корреляции, в ионосфере корреляция

Рефракционные ослабления сигналов Х ДМ, Х СМ и рассчитанные значения Х f 1 2 Х Высота линии прямой видимости спутника h, км РАДИОПРОСВЕЧИВАНИЕ ДНЕВНОЙ ИОНОСФЕРЫ ВЕНЕРЫ , выход станции ВЕНЕРА-15, зенитный угол Z O = Δt =0.116 Δt =0.058 Х ДМ и Х СМ : в атмосфере корреляция, в ионосфере корреляция отсутствует Х ДМ и Х f : в атмосфере нет корреляции, в ионосфере корреляция Аномальное проявление радиоэффектов, они слабо зависят от Δt В ионосфере полное совпадение Х ДМ и Х f Расслоение ионосферы слабо выражено Эффект сильной фокусировки отсутствует Обнаружена многослойная структура нижней ионосферы

1 2 Х Высота линии прямой видимости спутника h, км РАДИОПРОСВЕЧИВАНИЕ ДНЕВНОЙ ИОНОСФЕРЫ ВЕНЕРЫ , выход станции ВЕНЕРА-15, зенитный угол Z O = Рефракционные ослабления сигналов Х ДМ, Х СМ и рассчитанные значения Х f Δt =0.116 Х ДМ и Х СМ : в атмосфере корреляция, в ионосфере корреляция отсутствует Х ДМ и Х f : в атмосфере нет корреляции, в ионосфере корреляция Δt =0.058 Подтверждается стабильное существование выявленных радиоэффектов В ионосфере полное совпадение Х ДМ и Х f Наблюдается расслоение ионосферы Наблюдается нижняя ионосфера Венеры Наблюдается сильная фокусировка

ПОГРЕШНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ Error N N 0, cm -3 N 0 (h), N(h), cm -3 N N 0 N 0, % f Dm f f Dm f Dm d dt f Dm d dt h,km

Заключение Доказано, что в дневной ионосфере Венеры на высотах от 80 км до 120 км регулярно существует ионосферная плазма. В ночной ионосфере эти слои не наблюдаются. Доказательство существования нижней части ионосферы стало возможным в результате очень точных измерений параметров радиосигналов и выявления теоретических взаимосвязей между параметрами когерентных радиосигналов. Работа выполнена при частичной поддержке: грант РФФИ а программа Президиума РАН 16 Спасибо за внимание