Ионосферный нагреватель , или ионосферная высокочастотная накачка , представляет собой мощный передатчик радиоволн с массивом антенн , который используется для исследования турбулентности плазмы, ионосферы и верхних слоев атмосферы. [1]
Эти передатчики работают в высокочастотном (ВЧ) диапазоне (3–30 МГц), в котором радиоволны отражаются от ионосферы обратно на землю. С помощью таких установок можно полуконтролируемым образом возбуждать ряд явлений плазменной турбулентности с земли в условиях, когда ионосфера естественным образом спокойна и не нарушается, например, полярными сияниями. Этот тип исследования «стимул-реакция» дополняет пассивные наблюдения за естественными явлениями, чтобы узнать об ионосфере и верхних слоях атмосферы.
Изучаемые явления плазменной турбулентности включают различные типы нелинейных волновых взаимодействий, при которых различные волны в плазме соединяются и взаимодействуют с прошедшей радиоволной, образование и самоорганизацию нитевидных плазменных структур, а также ускорение электронов. Турбулентность диагностируется, например, с помощью радара некогерентного рассеяния путем обнаружения слабых электромагнитных излучений турбулентности и оптических излучений. Оптическое излучение возникает в результате возбуждения атомов и молекул атмосферы электронами, ускоренными в плазменной турбулентности. Поскольку этот процесс такой же, как и для полярного сияния , оптическое излучение, возбуждаемое ВЧ-волнами, иногда называют искусственным полярным сиянием, хотя для обнаружения этих излучений необходимы чувствительные камеры, чего нельзя сказать о настоящем полярном сиянии.
Ионосферные ВЧ-насосные установки должны быть достаточно мощными, чтобы обеспечить возможность исследования турбулентности плазмы, хотя любая радиоволна, распространяющаяся в ионосфере, воздействует на нее, нагревая электроны. Влияние радиоволн на ионосферу было обнаружено еще в 1930-х годах с помощью эффекта Люксембурга . Хотя исследовательские установки должны иметь мощные передатчики, поток мощности в ионосфере для самой мощной установки (HAARP) составляет менее 0,03 Вт/м 2 . [2] Это дает плотность энергии в ионосфере, которая составляет менее 1/100 плотности тепловой энергии самой ионосферной плазмы. [1] Поток мощности можно также сравнить с потоком солнечной энергии на поверхности Земли, составляющим около 1,5 кВт/м 2 . Во время полярных сияний, как правило, никакие ионосферные эффекты не наблюдаются с помощью ВЧ-накачки, поскольку мощность радиоволн сильно поглощается естественно нагретой ионосферой.