Свист — это очень низкочастотная (ОНЧ) электромагнитная (радио) волна, генерируемая молнией . [1] Частоты наземных свистов составляют от 1 кГц до 30 кГц, с максимальными частотами обычно от 3 кГц до 5 кГц. Хотя это электромагнитные волны, они возникают на звуковых частотах и могут быть преобразованы в аудио с помощью подходящего приемника . Они производятся ударами молнии (в основном внутриоблачными и обратного пути), где импульс проходит вдоль линий магнитного поля Земли из одного полушария в другое. Они подвергаются дисперсии в несколько кГц из-за более медленной скорости более низких частот через плазменные среды ионосферы и магнитосферы . Таким образом, они воспринимаются как нисходящий тон, который может длиться несколько секунд. Изучение свистов классифицирует их на типы Чистая нота, Рассеянный, 2-скачковый и Эхо-поезд.
Космические аппараты «Вояджер-1» и « Вояджер-2» обнаружили свистоподобную активность в окрестностях Юпитера , известную как «юпитерианские свистуны» [2], что подтверждает визуальные наблюдения молний, сделанные «Вояджером-1». [3]
Свистящие звуки были обнаружены в магнитооболочке Земли , где их часто называют «львиным рыком» из-за их частот от десятков до сотен Гц. [4]
Импульс электромагнитной энергии разряда молнии, создающий свистящие волны, содержит широкий диапазон частот ниже электронной циклотронной частоты . Благодаря взаимодействию со свободными электронами в ионосфере, волны становятся сильно дисперсионными и, как направляемые волны, следуют линиям геомагнитного поля. Эти линии обеспечивают полю достаточное фокусирующее влияние и предотвращают рассеивание энергии поля. Их пути достигают внешнего пространства на расстояние, равное 3–4 радиусам Земли в плоскости экватора, и переносят энергию разряда молнии на Землю в точке в противоположном полушарии, которая является магнитным сопряжением положения радиоизлучения для свистящих волн. Оттуда волны свистящих волн отражаются обратно в полушарие, из которого они стартовали. Энергия почти идеально отражается от поверхности земли в 4 или 5 раз с увеличением дисперсии и уменьшением амплитуды. Вдоль таких длинных путей скорость распространения энергии составляет от c/10 до c/100 (где c — скорость света), а точное значение зависит от частоты.
Модулированный нагрев нижней ионосферы с помощью массива нагревателя HF также может использоваться для генерации волн VLF, которые возбуждают распространение свистящей моды. Передавая мощные волны HF с огибающей модулированной мощности VLF в ионосферу D-области, можно модулировать проводимость ионосферной плазмы. Эта модуляция проводимости вместе с естественными полями электроджета создает виртуальную антенну, которая излучает на частоте модуляции. Массив нагревателя HF HAARP использовался для возбуждения сигналов VLF свистящей моды, обнаруживаемых в магнитной сопряженной точке, с видимыми до 10 скачками в полученных данных VLF. [5]
Свистящие звуки, вероятно, были слышны уже в 1886 году на длинных телефонных линиях, но самое ясное раннее описание было сделано Генрихом Баркгаузеном в 1919 году. Британский ученый Ллевелин Роберт Оуэн Стори продемонстрировал, что свистящие звуки генерируются молниями, в своей докторской диссертации 1953 года . [1] [6] [7] Примерно в то же время Стори предположил, что существование свистящих звуковых сигналов означает , что в атмосфере Земли присутствует плазма , и что она перемещает радиоволны в том же направлении, что и линии магнитного поля Земли . [6] [7] Из этого он сделал вывод, но не смог окончательно доказать существование плазмосферы , тонкого слоя между ионосферой и магнитосферой . [7] В 1963 году американский учёный Дон Карпентер и советский астроном Константин Грингауз — независимо друг от друга, а последний использовал данные с космического корабля «Луна-2» — экспериментально доказали существование плазмосферы и плазмопаузы , развив идеи Стори. [6]
Американский инженер-электрик Роберт Хелливелл также известен своими исследованиями свистунов. Хелливелл и один из его студентов, Джек Маллинкродт, исследовали шум молнии на очень низких радиочастотах в Стэнфордском университете в 1950 году. Маллинкродт услышал какие-то свистящие звуки и обратил на них внимание Хелливелла. [8] Как вспоминал Хелливелл в статье в выпуске Stanford Engineer за октябрь 1982 года , он сначала подумал, что это артефакт , но стоял на вахте по радио с Маллинкродтом, пока сам не услышал свистунов. Хелливелл описал эти звуки как «странные, необычные и невероятные, как летающие тарелки» в статье 1954 года в Palo Alto Times . [8] Хелливелл пытался понять механизм, участвующий в производстве свистунов. Он проводил эксперименты на станции ОНЧ Siple Station в Западной Антарктиде , которая была активна с 1971 по 1988 год. [8] Поскольку длина волны ОНЧ-радиосигналов очень велика ( частота 10 кГц соответствует длине волны 30 километров (19 миль)), станция Siple имела антенну длиной 13 миль (21 км). Антенна использовалась для передачи ОНЧ-радиосигналов в магнитосферу Земли, которые должны были быть обнаружены в Канаде . Было возможно ввести эти сигналы в магнитосферу, поскольку ионосфера прозрачна для этих низких частот. [8]
Свое название свистуны получили от британских радистов времен Первой мировой войны . [6] На широкополосной спектрограмме наблюдаемая характеристика свиста заключается в том, что тон быстро понижается в течение нескольких секунд — почти как у свистящего человека или летящей гранаты — отсюда и название «свистуны». [6]
Тип электромагнитного сигнала, распространяющегося в волноводе Земля-ионосфера , известный как радиоатмосферный сигнал или сферический , может выходить из ионосферы и распространяться наружу в магнитосферу. Сигнал склонен к распространению в режиме отскока, отражаясь назад и вперед на противоположных сторонах планеты до полного затухания. Чтобы прояснить, в какой части этого скачкообразного паттерна находится сигнал, он указывается числом, указывающим часть пути отскока, на которой он в данный момент находится. [9] На своем первом пути вверх он известен как . После прохождения геомагнитного экватора он упоминается как . Знак + или - указывает либо на распространение вверх, либо на распространение вниз соответственно. Цифра представляет полуотскок, который в данный момент происходит. Отраженный сигнал переименовывается , пока снова не пройдет геомагнитный экватор; затем он называется , и так далее.0+1−1+2−