Ионосферный нагреватель , или ионосферная установка ВЧ-накачки , представляет собой мощный передатчик радиоволн с решеткой антенн , который используется для исследования турбулентности плазмы, ионосферы и верхних слоев атмосферы. [1]
Эти передатчики работают в диапазоне высоких частот (HF) (3-30 МГц), в котором радиоволны отражаются от ионосферы обратно на землю. С помощью таких установок ряд явлений плазменной турбулентности может быть возбужден полуконтролируемым образом с земли в условиях, когда ионосфера естественным образом спокойна и не возмущена, например, полярным сиянием. Этот тип исследований стимул-реакция дополняет пассивные наблюдения естественно возбужденных явлений, чтобы узнать больше об ионосфере и верхней атмосфере.
Изучаемые явления турбулентности плазмы включают различные типы нелинейных волновых взаимодействий, в которых различные волны в плазме соединяются и взаимодействуют с переданной радиоволной, формирование и самоорганизацию нитевидных плазменных структур, а также ускорение электронов. Турбулентность диагностируется, например, с помощью радара некогерентного рассеяния , путем обнаружения слабых электромагнитных излучений от турбулентности и оптических излучений. Оптические излучения возникают в результате возбуждения атмосферных атомов и молекул электронами, которые были ускорены в плазменной турбулентности. Поскольку этот процесс такой же, как и для полярного сияния , оптическое излучение, возбуждаемое HF-волнами, иногда называют искусственным полярным сиянием, хотя для обнаружения этих излучений необходимы чувствительные камеры, что не относится к настоящему полярному сиянию.
Ионосферные ВЧ-насосные установки должны быть достаточно мощными, чтобы обеспечить возможность исследования турбулентности плазмы, хотя любая радиоволна, распространяющаяся в ионосфере, влияет на нее, нагревая электроны. То, что радиоволны влияют на ионосферу, было обнаружено еще в 1930-х годах с эффектом Люксембург . 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 от плотности тепловой энергии самой ионосферной плазмы. [1] Поток мощности также можно сравнить с солнечным потоком на поверхности Земли, составляющим около 1,5 кВт/м 2 . Во время полярного сияния, как правило, никакие ионосферные эффекты не могут наблюдаться с помощью ВЧ-насосных установок, поскольку мощность радиоволн сильно поглощается естественно нагретой ионосферой.